u-boot中环境变量的实现

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U-boot中通过环境参数保存一些配置，这些配置可以通过修改环境参数、保存环境参数、读取环境参数等操作进行灵活的配置，便于调试开发。这篇文章主要来分析一下u-boot中环境参数的实现。文章主要分为四个部分，第一是环境参数的存储格式，第二部分是环境参数的初始化，第三部分是环境参数的读取，第四个部分是环境参数保存过程。

 

首先，我们来看一下环境参数的存储格式。一般嵌入式系统的第一个分区是boot分区，而环境参数一般会采用一种格式保存到boot代码区之后，当然，这个位置不能超出第一个分区的边界。

typedef    struct environment_s 
{ 
    unsigned long    crc;        /* CRC32 over data bytes    */ 
#ifdef CFG_REDUNDAND_ENVIRONMENT 
    unsigned char    flags;        /* active/obsolete flags    */ 
#endif 
    unsigned char    data[ENV_SIZE]; /* Environment data        */ 
} env_t; 

环境参数就是以这样的格式存储到flash上的，其中crc表示对整个环境参数数据的校验码。Data中保存环境参数，参数的组织格式是这样的。

static uchar default_environment[] = 
{ 
#if defined(CONFIG_BOOTARGS) 
    "bootargs=" CONFIG_BOOTARGS "" 
#endif 
#if defined(CONFIG_BOOTCOMMAND) 
    "bootcmd=" CONFIG_BOOTCOMMAND "" 
#endif 
#if defined(CONFIG_RAMBOOTCOMMAND) 
    "ramboot=" CONFIG_RAMBOOTCOMMAND "" 
#endif 
#if defined(CONFIG_NFSBOOTCOMMAND) 
    "nfsboot=" CONFIG_NFSBOOTCOMMAND "" 
#endif 
#if defined(CONFIG_BOOTDELAY) && (CONFIG_BOOTDELAY >= 0) 
    "bootdelay=" MK_STR (CONFIG_BOOTDELAY) "" 
#endif 
#if defined(CONFIG_BAUDRATE) && (CONFIG_BAUDRATE >= 0) 
    "baudrate=" MK_STR (CONFIG_BAUDRATE) "" 
#endif 
#ifdef    CONFIG_LOADS_ECHO 
    "loads_echo=" MK_STR (CONFIG_LOADS_ECHO) "" 
#endif 
#ifdef    CONFIG_ETHADDR 
    "ethaddr=" MK_STR (CONFIG_ETHADDR) "" 
#endif 
#ifdef    CONFIG_ETH1ADDR 
    "eth1addr=" MK_STR (CONFIG_ETH1ADDR) "" 
#endif 
#ifdef    CONFIG_ETH2ADDR 
    "eth2addr=" MK_STR (CONFIG_ETH2ADDR) "" 
#endif 
#ifdef    CONFIG_ETH3ADDR 
    "eth3addr=" MK_STR (CONFIG_ETH3ADDR) "" 
#endif 
#ifdef    CONFIG_ETHPRIME 
    "ethprime=" CONFIG_ETHPRIME "" 
#endif 
#ifdef    CONFIG_IPADDR 
    "ipaddr=" MK_STR (CONFIG_IPADDR) "" 
#endif 
#ifdef    CONFIG_SERVERIP 
    "serverip=" MK_STR (CONFIG_SERVERIP) "" 
#endif 
#ifdef    CFG_AUTOLOAD 
    "autoload=" CFG_AUTOLOAD "" 
#endif 
#ifdef    CONFIG_ROOTPATH 
    "rootpath=" MK_STR (CONFIG_ROOTPATH) "" 
#endif 
#ifdef    CONFIG_GATEWAYIP 
    "gatewayip=" MK_STR (CONFIG_GATEWAYIP) "" 
#endif 
#ifdef    CONFIG_NETMASK 
    "netmask=" MK_STR (CONFIG_NETMASK) "" 
#endif 
#ifdef    CONFIG_HOSTNAME 
    "hostname=" MK_STR (CONFIG_HOSTNAME) "" 
#endif 
#ifdef    CONFIG_BOOTFILE 
    "bootfile=" MK_STR (CONFIG_BOOTFILE) "" 
#endif 
#ifdef    CONFIG_LOADADDR 
    "loadaddr=" MK_STR (CONFIG_LOADADDR) "" 
#endif 
#ifdef    CONFIG_PREBOOT 
    "preboot=" CONFIG_PREBOOT "" 
#endif 
#ifdef    CONFIG_CLOCKS_IN_MHZ 
    "clocks_in_mhz=" "1" "" 
#endif 
#if defined(CONFIG_PCI_BOOTDELAY) && (CONFIG_PCI_BOOTDELAY > 0) 
    "pcidelay=" MK_STR (CONFIG_PCI_BOOTDELAY) "" 
#endif 
#ifdef  CONFIG_EXTRA_ENV_SETTINGS 
    CONFIG_EXTRA_ENV_SETTINGS 
#endif 
    ""            /* Termimate env_t data with 2 NULs */ 
}; 

实际上就是”xxxx=xxxx”’’”xxxxx=xxxxxx”’’，每个环境变量之间用NULL隔开

 

U-boot的环境变量最开始是保存在flash上的，在u-boot第二阶段中会将环境变量从flash上读到内存里，并进行相应的初始化。

/*最开始，调用env_init函数对环境变量进行初始化， 
这里暂时不考虑ENV_IS_EMBEDDED的情况，所以，初始化 
工作就是设置env_addr地址，并设置env_valid为有限 
*/ 
int env_init(void) 
{ 
#if defined(ENV_IS_EMBEDDED) 
    ulong total; 
    int crc1_ok = 0, crc2_ok = 0; 
    env_t *tmp_env1, *tmp_env2; 
 
    total = CFG_ENV_SIZE; 
 
    tmp_env1 = env_ptr; 
    tmp_env2 = (env_t *)((ulong)env_ptr + CFG_ENV_SIZE); 
 
    crc1_ok = (crc32(0, tmp_env1->data, ENV_SIZE) == tmp_env1->crc); 
    crc2_ok = (crc32(0, tmp_env2->data, ENV_SIZE) == tmp_env2->crc); 
 
    if (!crc1_ok && !crc2_ok) 
        gd->env_valid = 0; 
    else if(crc1_ok && !crc2_ok) 
        gd->env_valid = 1; 
    else if(!crc1_ok && crc2_ok) 
        gd->env_valid = 2; 
    else 
    { 
        /* both ok - check serial */ 
        if(tmp_env1->flags == 255 && tmp_env2->flags == 0) 
            gd->env_valid = 2; 
        else if(tmp_env2->flags == 255 && tmp_env1->flags == 0) 
            gd->env_valid = 1; 
        else if(tmp_env1->flags > tmp_env2->flags) 
            gd->env_valid = 1; 
        else if(tmp_env2->flags > tmp_env1->flags) 
            gd->env_valid = 2; 
        else /* flags are equal - almost impossible */ 
            gd->env_valid = 1; 
    } 
 
    if (gd->env_valid == 1) 
        env_ptr = tmp_env1; 
    else if (gd->env_valid == 2) 
        env_ptr = tmp_env2; 
#else /* ENV_IS_EMBEDDED */ 
    gd->env_addr  = (ulong)&default_environment[0]; 
    gd->env_valid = 1; 
#endif /* ENV_IS_EMBEDDED */ 
 
    return (0); 
} 

 

初始化环境变量地址为default值之后，调用下面env_relocate函数具体分配内存空间，将环境变量从flash中读到内存中来，完成初始化过程

void env_relocate (void) 
{ 
    DEBUGF ("%s[%d] offset = 0x%lx ", __FUNCTION__, __LINE__, 
            gd->reloc_off); 
 
    /*后面需要从flash中读出环境变量来，首先分配一块buffer来装这些数据 
      这里调用malloc分配空间，env_ptr指向这个空间*/ 
    env_ptr = (env_t *)malloc (CFG_ENV_SIZE); 
    DEBUGF ("%s[%d] malloced ENV at %p ", __FUNCTION__, __LINE__, env_ptr); 
 
    /* 
     * After relocation to RAM, we can always use the "memory" functions 
     */ 
    env_get_char = env_get_char_memory; 
 
    if (gd->env_valid == 0) 
    { 
#if defined(CONFIG_GTH)    || defined(CFG_ENV_IS_NOWHERE)    /* Environment not changable */ 
        puts ("Using default environment "); 
#else 
        puts ("*** Warning - bad CRC, using default environment "); 
        SHOW_BOOT_PROGRESS (-1); 
#endif 
 
        if (sizeof(default_environment) > ENV_SIZE) 
        { 
            puts ("*** Error - default environment is too large "); 
            return; 
        } 
 
        memset (env_ptr, 0, sizeof(env_t)); 
        memcpy (env_ptr->data, 
                default_environment, 
                sizeof(default_environment)); 
#ifdef CFG_REDUNDAND_ENVIRONMENT 
        env_ptr->flags = 0xFF; 
#endif 
        env_crc_update (); 
        gd->env_valid = 1; 
    } 
    else 
    { 
        /*调用下面的函数完成具体的环境参数读取动作*/ 
        env_relocate_spec (); 
    } 
    /*将环境变量具体内存中buffer位置赋值给env_addr中*/ 
    gd->env_addr = (ulong) & (env_ptr->data); 
 
} 

 

具体的读操作通过env_relocate_spec来说完成，u-boot根据flash种类不同，这个函数的实现方式也不一样。对于nandflash的实现，这个函数定义在env_nand.c这个文件中。函数具体实现如下

void env_relocate_spec (void) 
{ 
#if !defined(ENV_IS_EMBEDDED) 
    ulong total = CFG_ENV_SIZE; 
    int ret; 
 
#ifdef CONFIG_SURPORT_WINCE 
    nand_read_options_t opts; 
    memset(&opts, 0, sizeof(opts)); 
 
    opts.buffer = (u_char *)env_ptr; 
    opts.length = total; 
    opts.offset = CFG_ENV_OFFSET; 
    opts.readoob = 0; 
    opts.quiet   = 1; 
    opts.noecc   = 1; 
    opts.nocheckbadblk = 1; 
    ret = nand_read_opts(&nand_info[0], &opts); 
 
#else 
    ret = nand_read(&nand_info[0], CFG_ENV_OFFSET, &total, (u_char *)env_ptr); 
#endif 
    if (ret || total != CFG_ENV_SIZE) 
        return use_default(); 
 
    if (crc32(0, env_ptr->data, ENV_SIZE) != env_ptr->crc) 
        return use_default(); 
#endif /* ! ENV_IS_EMBEDDED */ 
} 

 

前面介绍了环境变量初始化的过程，在完成了初始化之后。U-boot其它部分的代码在要调用环境变的时候可以调用相应的接口读取。这个接口就是getenv

char *getenv (char *name) 
{ 
    int i, nxt; 
    WATCHDOG_RESET(); 
 
    for (i = 0; env_get_char(i) != ''; i = nxt + 1) 
    { 
        int val; 
 
        for (nxt = i; env_get_char(nxt) != ''; ++nxt) 
        { 
            if (nxt >= CFG_ENV_SIZE) 
            { 
                return (NULL); 
            } 
        } 
        if ((val = envmatch((uchar *)name, i)) < 0) 
            continue; 
        return ((char *)env_get_addr(val)); 
    } 
    return (NULL); 
} 

Getenv函数就是在gd->env_addr这个buffer中不断的寻找name相对应的字符串，找到这个字符串”name=xxxxxx”之后将第一个x的地址返回。

 

本文还需要分析一下的就是对环境参数的保存，如果通过u-boot命令setenv修改了环境参数，我们必须还要通过saveenv将修改的参数保存在能在下次启动是继续使用设置的参数

int saveenv(void) 
{ 
    ulong total; 
    int ret = 0; 
 
    puts ("Erasing Nand..."); 
    if (nand_erase(&nand_info[0], CFG_ENV_OFFSET, CFG_ENV_SIZE)) 
        return 1; 
 
    puts ("Writing to Nand... "); 
    total = CFG_ENV_SIZE; 
    ret = nand_write(&nand_info[0], CFG_ENV_OFFSET, &total, (u_char *)env_ptr); 
    if (ret || total != CFG_ENV_SIZE) 
        return 1; 
 
    puts ("done "); 
    return ret; 
} 

这个函数比较简单，首先就是擦除相应部分的flash，然后将环境变量结构体写到对应的flash部分，我分析的mini2440中环境变量的偏移地址是256K，总共大小为64K

#define CFG_ENV_OFFSET      0x40000

#define CFG_ENV_SIZE0x10000/* Total Size of Environment Sector */