背景
之前做过一次uboot的升级,当时留下了一些记录,本文摘录其中比较有意思的两个问题。
启动失败问题
问题简述
uboot代码中用到了一个库,考虑到库本身跟uboot版本没什么关系,就直接把旧的库文件拷贝过来使用。结果编译链接是没问题,启动却会卡住。
消失的打印
为了明确卡住的位置,就去修改了库的源码,添加一些打印(此时还是在旧版本uboot下编译的),结果发现卡住的位置或随着添加打印的变化而变化,且有些打印语句,添加后未打印出来。 我决定先从这些神秘消失的打印入手。 分析下uboot中的printf实现,最底层就是写寄存器,是一个同步的函数,也没什么可疑的地方。 为了确认打印不出来的时候,到底有没有调用到printf,我决定给printf增加一个计数器,在gd结构体中,增加一个printf_count字段,初始化为0,每次打印时执行printf_count++并打印出值。 设计这个试验,本意是确认未打印出来时是否确实也调用到了printf,但却有了别的发现,实验结果中printf_count值会异常变化,不是按打印顺序递增,而是会突变成很大的异常值。 printf_count是gd结构体的成员,那就是gd的问题了。进一步将uboot全局结构体gd的地址打印出来。确认了原因是gd结构体的指针变化了。 这也可以解释部分打印消失的现象,原因是我们在gd中有另一个字段,用于控制打印等级。当gd被改动了,printf就可能解析出错,误以为打印等级为0而提前返回。
gd的实现
那么好端端的,gd为什么会被改了呢?这就要先看看gd到底是怎么实现的了。 uboot中维护了一个全局的结构体gd。在代码中加入
DECLARE_GLOBAL_DATA_PTR; 即可使用gd指针访问这个全局结构体,许多地方都会借助gd来保存传递信息。 进一步看看这个宏的定义旧版本uboot: #defineDECLARE_GLOBAL_DATA_PTRregistervolatilegd_t*gdasm("r8") 新版本uboot: #defineDECLARE_GLOBAL_DATA_PTRregistervolatilegd_t*gdasm("r9") 居然不一样,一个是将gd的值放到r8寄存器,一个是放在r9寄存器。 那么就可以猜测到,库是在旧版本uboot中编译出来的,可能使用了r9,那么放到新版本uboot中去,就会破坏r9寄存器中保存的gd值,导致一系列依赖gd的代码不能正常工作。
验证改动
为了求证,将库反汇编出来,发现确实避开了r8寄存器,但使用了r9寄存器。 说明uboot在指定gd寄存器的同时,还有某种方法让其他代码不使用这个寄存器。 那是不是把旧uboot中的这个r8改成r9,重新编译库就可以了呢?试一下,还是不行。 那么禁止其他代码使用r8寄存器肯定就是通过别的方式实现的了。简单粗暴地在旧版本uboot下搜索r8,去掉.c .h等类型后,很容易发现了
./arch/arm/cpu/armv7/config.mkPLATFORM_RELFLAGS+=-fno-common-ffixed-r8-msoft-floa 将-ffixed-r8修改为-ffixed-r9,重新编译出库,这回就可以正常工作了,打印正常,启动正常。反汇编出来也可以看到,新编译出来的库用了r8没有用r9。 当然更好的改法,是直接在新版本的uboot中编译,这是最可靠的。
追本溯源
话说回来,为什么两个版本的uboot,会使用不同的寄存器呢?难道有什么坑? 这就得去翻一下git记录了。
commitfe1378a961e508b31b1f29a2bb08ba1dac063155 Author:JeroenHofstee
启动慢问题
问题简述
填了几个坑之后,新的uboot可以启动到内核了,但发现启动速度非常慢,内核启动速度慢了接近10倍!明明是同一个内核,为什么差异这么大。
排查寄存器
初步排查了下设备树配置,以及uboot跳转内核前的一些关键寄存器,确实在两个版本的uboot中有所不同,但具体去看这些不同,发现都不会影响速度,将一些驱动对齐之后寄存器差异基本就消失了。
差异的分界
那再细看,kernel的速度有差异,uboot呢?在哪个时间点之后,速度开始产生差异? 尝试在两个版本的uboot中插入一些操作,对比时间戳,发现两个uboot在某个节点之后的速度确实有区别。 进一步排查,原来是在打开cache操作之后,旧uboot的速度就会比新uboot快。尝试将旧uboot的cache关掉,则二者基本一致。尝试将旧uboot操作cache的代码,移植到新uboot,未发生改变。 此时可确认新uboot的开cache有问题。但觉得这个跟kernel启动慢没关系。因为uboot进入kernel之前都会关cache,由kernel自己去重新打开。 也就是不管是用哪份uboot,也不管uboot中是否开了cache,对kernel阶段都应该没有影响才对。 于是记录下来uboot的这个问题,待后续修复。先继续找kernel启动慢的原因。(注:现在看来当时的做法是有问题的,这里的异常这么明显,应该设法追踪下去找出原因才对)
锁定uboot
uboot的嫌疑非常大,但还不能完全确认,因为uboot之前还有一级spl。是否会是spl的问题呢? 尝试改用新spl+旧uboot,启动速度正常。而新spl+新uboot的启动速度则很慢,其他因素都不变,说明问题确实出在uboot阶段。
多做or少做
当时到这一步就卡住了,直接比较两份uboot的代码不太现实,差异太大了。 后来我就给自己提了个问题,到底新uboot是多做了某件事情,还是少做了某件事情? 换个说法,目前已知
spl-->旧uboot-->kernel(速度快) spl-->新uboot-->kernel(速度快) 但到底是以下的情况A还是情况B呢?A:spl(速度慢)-->旧uboot(做了某个会提升速度的操作)-->kernel(速度快) spl(速度慢)-->新uboot(少做了某个会提升速度的操作)-->kernel(速度慢) B:spl(速度快)-->旧uboot(没做特殊操作)-->kernel(速度快) spl(速度快)-->新uboot(多做了某个会限制速度的操作)-->kernel(速度慢) 为了验证,我决定让spl直接启动内核,看看内核到底是快是慢。 支持过程碰到了一些小问题 1.spl没有能力加载这么大的kernel 解决:此时不需要kernel能完全启动,只需要能加载启动一段,足以体现出启动速度是否正常即可,于是裁剪出一个非常小kernel来辅助实验。 2.kernel需要dtb 解决:内核有一个CONFIG_BUILD_ARM_APPENDED_DTB_IMAGE选项。选上重新编译。编译后再用dd将kernel和dtb拼接到一起,作为新的kernel。这样,spl就只需要加载一个文件并跳转过去即可。 试验结果,spl启动的kernel和使用新uboot启动的kernel速度一致,均比旧uboot启动的kernel慢。 说明,旧uboot中做了某个关键操作,而新uboot没做。
找出关键操作
那接下来的任务就是,找出旧uboot中的这个关键操作了。 怎么找呢?有了上一步的成果,我们可以使用以下方法来排查
spl加载kernel和旧uboot
spl跳转到旧uboot,此时kernel其实已经在dram中准备好了,随时可以启动
在旧uboot的启动流程各个阶段,尝试直接跳转到kernel,观察启动速度
如果在旧uboot的A点跳转kernel启动慢,B点跳转启动快,则说明关键操作位于AB点之间。
方法有了,很快就锁定到start.S,进一步在start.S中揪出了这段代码
#ifdefined(CONFIG_ARM_A7) @setSMPbit mrcp15,0,r0,c1,c0,1 orrr0,r0,#(1<<6) mcr p15, 0, r0, c1, c0, 1 #endif 新uboot的start.S中没有这段代码,尝试在新uboot的start.S中添加此操作,速度立马恢复正常了。 再全局搜索下,原来这个新版本uboot中,套路是在board_init中进行此项设置的,而这个平台从旧版本移植过来,就没有设置 SMP bit, 补上即可。
SMP bit是什么
SMP 是指对称多处理器,看起来这个 bit 会影响多核的 cache一致性,此处没有再深入研究。 但可以知道,对于单处理器的情况,也需要设置这个bit才能正常使用cache。 贴下arm的图和描述:
[6]SMP SignalsiftheCortex-A9processoristakingpartincoherencyornot. Inuniprocessorconfigurations,ifthisbitisset,thenInnerCacheableSharedistreatedasCacheable.Theresetvalueiszero. 搜下kernel的代码,发现也是有地方调用了的。不过这个芯片是单核的,根本就没配置CONFIG_SMP。#ifdefCONFIG_SMP ALT_SMP(mrcp15,0,r0,c1,c0,1) ALT_UP(movr0,#(1<< 6)) @ fake it for UP tst r0, #(1 << 6) @ SMP/nAMP mode enabled? orreq r0, r0, #(1 << 6) @ Enable SMP/nAMP mode orreq r0, r0, r10 @ Enable CPU-specific SMP bits mcreq p15, 0, r0, c1, c0, 1 #endif
总结
整理出来一方面是记录这两个bug,另一方面也是想记录下当时的一些操作。 毕竟同样的bug可能以后都不会碰到了,但解bug的方法和思路却是可以积累复用的。
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原文标题:坑!uboot升级过程遇到的两个bug
文章出处:【微信号:gh_c472c2199c88,微信公众号:嵌入式微处理器】欢迎添加关注!文章转载请注明出处。
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