MTK6577+Android启动----pre-loader

备注：

 

META mode：Mobile Engineering Test Architecture，移动工程师测试架构

ATE factory mode：automatic test environment，自动测试环境

ISRAM：internal system RAM

 

Bootloader能够准备一个至关重要的执行环境和引导linux操作系统及Android框架(framework)。

 

bootloader主要包括设置处理器和内存的频率、调试信息端口、可引导的存储设备等等。在可执行环境创建好之后，接下来把software装载到内存并执行。除了装载software，一个外部工具也能和bootloader握手(handshake)，可指示设备进入不同的操作模式，比如USB下载模式和META模式。就算没有外部工具的握手，通过外部任何组合或是客户自定义按键，bootloader也能够进入这些模式。

 

因为bootloader的一部分和系统有关，所以MTK为了不同的应用将它分为两部分的bootloader：

(1)  第1部分bootloader，也就是MTK内部(in-house)的pre-loader，这部分依赖平台。

(2)  第2部分bootloader，也就是u-boot，这部分依赖操作系统，负责引导linux操作系统和Android框架。

 

 

1.     Pre-loader源代码

 

1.1  源代码目录

 

(1)  Pre-loader的代码在xxx\mediatek\platform\mt6577\preloader

Pre-loader核心和平台驱动源码。

 

(2)  xxx\mediatek\custom\<project>\preloader

依赖于平台自定义文件的部分(platform dependent customization)，比如EMI(external memory interface，外部存储器接口)设置。

 

Inc文件夹：

1)     cust_bldr.h

pre-loader的一些定制的特征，比如是从SDMMC还是NAND启动、调试口选择(UART1或是UART4)和波特率的配置等宏定义。

 

2)     cust_msdc.h

MSDC的自定义，比如包括MSDC的时钟频率、命令锁存跳变沿(上升沿或是下降沿)、数据锁存的跳变沿、高速或是全速模式等等。

 

3)     cust_nand.h

定义了所支持的NAND FLASH信息，比如FLASH ID、多少块、一块多少页等信息，但这些被注释掉了，主要定义了默认的访问时间等

 

4)     cust_rtc.h

RTC年月日的默认设置。

 

5)     cust_sec_ctl.h

一些安全设置的定义，比如包括了项目名称(比如cust)、平台名称(MT6577)、S-Boot的一些属性等。

 

6)     cust_usb.h.h

USB设置的宏定义，包括USB制造商、USB供应商ID(VID)、USB识别码ID(PID)等。

 

7)     custom_emi.h

扩展存储器接口的寄存器和设置的结构体定义。

 

8)     custom_MemoryDevice.h

定了采用的内存设备类型，比如H9TP32A4GDMCPR。

 

9)     mt6577_emi.h

mt6577内存的一些函数原型，如：

extern voidmt6516_set_emi (void);

extern voidmt6516_256M_mem_setting (void);

 

10)  mt6577_emi_reg.h

内存控制寄存器的宏定义。

 

11)  mt6577_memory.h

内存的一些设置，比如用于内存测试的大小、E1和E2内存的大小和一些函数原型。

 

12)  mt6577_nfi.h

nfi是Nand Flash Interface的缩写，和cust_nand.h内容一样。

 

(3)  xxx\mediatek\source\preloader

开发工具，例如building、trace32 cmm文件等，pre-loader对象和镜像二进制输出文件

 

1.2  编译命令

Pre-loader单独的编译命令：./mk <$PROJECT> n pl

U-Boot单独的编译命令：./mk <$PROJECT> n ub

 

2.     bootloader的工作流程

 

2.1  bootloader正常的启动流程

先来看启动流程图：

图1

正常启动的主要工作如下：

(1)  设备上电后，Boot ROM开始运行。

(2)  BootROM初始化软件堆栈(software stack)、通信端口和可引导存储设备(比如NAND/EMMC)。

(3)  BootROM从存储器中加载pre-loader到内部SRAM(ISRAM)中，因为这时候还没有初始化外部的DRAM。

(4)  BootROM跳转到pre-loader的入口处并执行。

(5)  Pre-loader初始化DRAM和加载U-Boot到RAM中。

(6)  Pre-loader跳转到U-Boot中并执行，然后U-Boot做一些初始化，比如显示的初始化等。

(7)  U-Boot从存储器中加载引导镜像(boot image)，包括linux内核和ramdisk(Android呢？)

(8)  U-Boot跳转到linux内核并执行。

 

2.2  bootloader正常的下载流程

先来看正常的下载流程图：

图2

正常的下载主要工作如下：

(1)  设备上电后，Boot ROM开始运行。

(2)  BootROM初始化软件堆栈(software stack)、通信端口和可引导存储设备(比如NAND/EMMC)。

(3)  BootROM通过UART/USB和flash工具握手。

(4)  BootROM通过UART下载pre-loader镜像到NAND flash/EMMC中，然后重启。

(5)  BootROM加载pre-loader到内部SRAM汇总，因为DRAM还没有初始化。

(6)  BootROM跳转到pre-loader并执行。

(7)  Pre-loader初始化DRAM和通过USB与flash工具握手。

(8)  Pre-loader通过USB下载其余镜像文件，比如U-Boot、boot image、recovery image、android system image、user data到NAND FLASH/EMMC中。

 

 

2.3  Bootloader备用的下载流程(emergency download procedure)

(1)  设备上电后，Boot ROM开始运行。

(2)  BootROM初始化软件堆栈(software stack)、通信端口和可引导存储设备(比如NAND/EMMC)。

(3)  BootROM在emergency DL按键按下后，通过USB和flash工具握手。

(4)  BootROM通过USB把指定的镜像文件下载到NAND FLASH/EMMC中。

 

 

3.     pre-loader的功能

pre-loader是MTK内置的loader，它的主要功能如下：

(1)  负责在芯片组平台(chipset platform)上准备好可执行的环境

(2)  如果外部工具有效，它会试图通过UART或是USB来和外部工具握手。

(3)  从NAND/EMMC加载U-Boot，并跳转到U-Boot。

(4)  使用工具握手，设备能够触发进入下载模式来下载需要的镜像，或是进入工厂/测试模式，比如META模式和ATE工厂模式，在这些模式下可以测试模块，或是通过传递引导参数给U-Boot和linux内核来校准设备(device calibration)

 

对于安全的执行环境，安全引导程序会检查(checking)或是查证(verification)，这样能够保护我们的芯片被攻击(hacked)。

 

4.     Bootloader硬件环境

当设备上电后，bootloaders被加载到不同的内存区域并执行，如下图所示：

 

图3

Pre-loader在芯片内部系统(chipset’s internal system)RAM的0Xc2010000位置开始执行，U-Boot在外部RAM的0x01E00000处执行。当bootloaders执行时，初始化多种硬件模块来创建一个可执行的环境，具体是哪些硬件模块，下面有详细的描述。

 

4.1  pre-loaders中涉及的硬件部分

当系统启动时，芯片组(chipset)内部的可引导ROM开始执行，并从可引导存储设备(NAND/EMMC等等)上拷贝pre-loader。所以，需要通过初始化一些硬件模块来为软件创造必要的可执行环境(essential execution environment)，所有这些硬件模块在接下来描述。

(1)  PLL模块

1)     PLL模块用于调整处理器和外部内存的频率。

2)     在PLL模块初始化后，处理器和外部内存的频率可由26MHZ/26MHZ增加到1GHZ/192MHZ。

(2)  UART模块

1)     UART模块用于调试或是META模式下的握手。

2)     默认情况下，UART4初始化波特率为9216000bps和用于调试信息的输出，UART1初始化为115200bps和作为UART META魔兽端口。但也可以使用UART1作为调试或是UART META端口。

 

(3)  计时器(timer)模块

这是个基本的模块，用来计算硬件模块所需要的延时或是超时时间。

 

(4)  内存模块

1)     Pre-loader由boot ROM加载和在芯片组内部的SRAM中执行，因为外部的DRAM还没有初始化。

2)     为了准备软件整个可执行环境，pre-loader采用内置的内存设置来初始化DRAM(DRAM is initialized upon pre-loader built-inmemory settigns)。这样，U-Boot就能够被加载到DRAM中并执行。

 

(5)  GPIO模块

(6)  PMIC模块

为了提供一些基本的硬件功能，比如控制外设电源，pre-loader初始化上层模块(upper modules)。

 

(7)  RTC模块

1)     当通过power按键开机后，pre-loader拉高RTC的PWBB来保持设备一直有电(keep the device alive)和继续引导U-Boot。

2)     RTC闹钟(alarm)有可能是设备开机的启动源，对于这种情况，设备部需要按power按键就可自动启动。

 

(8)  USB模块

当USB线插入时，它初始化来和外部工具通信，比如用于升级系统的下载工具或是META模式触发器的META工具。

 

(9)  NAND模块

(10) MSDC模块

Pre-loader可以从NAND flash或是EMMC中加载U-Boot，这两者只能选择其中一种来启动。

 

 

4.2   

 

5.     Pre-loader的过程(procedure)和流程(flow)

如下图：

图4

具体的源代码后面再分析了。

 

6.     Pre-loader的接口

 

主要描述pre-loader用到的主要结构体和接口。

 

6.1  上电情景(power on scenario)

 

当检测到按下power按键或是USB/充电线插入，pre-loader调用rtc_bbpu_power_on()函数来锁存RTC的PWBB来保持设备的一直供电，这样就算是松开power按键设备也不会关机。

 

此函数在xxx \mediatek\platform\mt6577\preloader\src\drivers\mt6577_rtc.c文件定义。

 

6.2  下载过程(download procedure)

Pre-loader检查下面的条件：

(1)  充电器已连接(charger is connected)

(2)  USB已连接

(3)  Flash工具的握手是否通过

如果满足上面这几种要求，pre-loader就会开始下载镜像。

 

接下来介绍下载的镜像定义，也允许增加我们要下载的镜像文件，这涉及的数据结构体和函数如下，在xxx\mediatek\platform\mt6577\preloader\src\core\inc中定义：

(1)  下载镜像类型定义

[cpp] view plaincopy

1. typedef enum  
2. {  
3.     DM_IMG_FORMAT_FAT = 0,  
4.     DM_IMG_FORMAT_YAFFS2 = 1,  
5.     DM_IMG_FORMAT_UNKNOWN = 0xFFFFFFFF  
6. } DM_IMG_FORMAT;  

(2)  下载镜像枚举定义

[cpp] view plaincopy

1. /************************************************************************** 
2. *  PARTITION PART 
3. *  : Tool team also refers to this datastructure 
4. *  : So, DO NOT modify the image type !! 
5. **************************************************************************/  
6. typedef enum  
7. {  
8.     DM_IMG_TYPE_LOGO                = 0,  
9.     DM_IMG_TYPE_BOOTIMG             = 1,  
10.     DM_IMG_TYPE_ANDROID             = 2,  
11.     DM_IMG_TYPE_USRDATA             = 3,  
12.     DM_IMG_TYPE_RECOVERY            = 4,  
13.     DM_IMG_TYPE_UBOOT               = 5,  
14.     DM_IMG_TYPE_AUTHEN_FILE         = 6,  
15.     DM_IMG_TYPE_SECSTATIC           = 7,  
16.     DM_IMG_TYPE_EU_FT_INFORM        = 8,  
17.     DM_IMG_TYPE_FT_LOCK_INFORM      = 9,  
18.     DM_IMG_TYPE_PT_TABLE_INFORM     = 10,  
19.    
20.     //cust pack image  
21.     DM_IMG_TYPE_CUST_IMAGE1         = 100,  
22.     DM_IMG_TYPE_CUST_IMAGE2         = 101,   
23.     DM_IMG_TYPE_CUST_IMAGE3         = 102,   
24.     DM_IMG_TYPE_CUST_IMAGE4         = 103,  
25.    
26.     DM_IMG_TYPE_UNKNOWN             = 0xFFFFFFFF  
27. } DM_IMG_TYPE;  

 

(3)  下载镜像的主函数download_handler

Pre-loader接收到从flash工具传递进来的“DOWNLOAD”字符串时，download_handler函数开始下载镜像：

图5

此函数在xxx\mediatek\platform\mt6577\preloader\src\core\download_legacy.c定义。