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内存相关

3 Dec 2024
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DDR 初始化

BROM 阶段仅系统 SRAM 可用，大小为 96 KB。在 BROM 阶段 Cache 关闭，SRAM 的运行频率为 24 MHz.

DDR 的初始化在 PreBoot Program (PBP) 程序中进行。PBP 是保存在 AIC 启动镜像中的一段程序， BROM 在运行 SPL 之前先运行 PBP 程序，PBP 程序执行成功之后，才跳转执行 SPL 程序。

PBP 程序的主要功能是完成 DDR 初始化。
注： PBP 阶段，并不会使能 Cache，Cache 的使能放在 SPL 阶段执行。

Cache

由于打开 Cache 对程序执行效率和内存访问效率都有很大的提升，SPL 的配置默认打开 I-Cache 和 D-Cache。使能 Cache 的流程如下：

  • SPL 阶段，执行时立刻使能 I-Cache。
  • SPL 退出时不关闭 Cache，因此后续 OpenSBI、U-Boot 阶段，默认是在 Cache 使能的情况下运行的。
    注：
    • RISCV CPU 中，Cache 与 MMU 两个功能是分开设置的。此处只描述 Cache 的相关配置，与 MMU 没有关系。
    • Cache 的使能必须在 RISCV M-Mode 下操作，由于 U-Boot 运行在 S-Mode，因此 U-Boot 阶段不能开关 Cache。

ArtInChip 平台默认使能 I-Cache 和 D-Cache，如果需要关闭相关功能，可以使用下面的配置：

  • CONFIG_SYS_ICACHE_OFF
  • CONFIG_SYS_DCACHE_OFF
表 1. Cache 相关 API
API SPL 可用 U-Boot 可用
icache_enable 是 否
icache_disable 是 否
icache_status 是 否
dcache_enable 是 否
dcache_disable 是 否
dcache_status 是 否
flush_dcache_all 是 是
flush_dcache_range 是 是
invalidate_dcache_range 是 是

其实现在 arch/riscv/cpu/c906/cache.c 。

SPL 中 Cache 初始化流程如下：
_start // arch/riscv/cpu/start.S
|-> save_boot_params
|-> board_init_f_alloc_reserve
|-> harts_early_init
|-> board_init_f_init_reserve
|-> icache_enable   // arch/riscv/cpu/c906/cache.c
|-> dcache_enable   // arch/riscv/cpu/c906/cache.c
|-> board_init_f

内存分配

启动阶段的内存空间是通过预分配的形式进行使用。
  • BROM 阶段
    表 2. BROM 的内存分配
    地址范围 存放内容 说明
    0x00100000 ~ 0x00102000 BROM DATA, BSS 8 KB
    0x00102000 ~ 0x00103000 BROM Stack 4 KB
    0x00103000 ~ 0x00118000 SPL, PBP 84 KB
  • SPL 阶段
    表 3. SPL 的内存分配
    地址范围 存放内容 说明
    0x00103000 ~ 0x00115F00 SPL 初始栈空间 0x00118000 是配置的栈顶位置，但实际运行时需要预留 HEAP 空间和 GD 全局变量的空间，因此实际的栈顶地址是 0x00115F00。

    配置：CONFIG_SPL_STACK, rch/riscv/cpu/start.S

    位置：include/configs/d211.h
    0x00115F00 ~ 0x00116000 Global Data GD 全局变量的初始空间
    0x00116000 ~ 0x00118000 HEAP 初始 HEAP 的空间

    配置：CONFIG_SYS_MALLOC_F_LEN

    位置：Kconfig
    0x40000000 ~ 0x42000000 Kernel SPL 直接启动 Kernel 时使用，从 U-Boot 启动时不用

    配置：its

    位置：kernel.its
    0x40004000 ~ 0x41000000 U-Boot SPL 启动 U-Boot 时使用，直接启动 Kernel 时不用，预留约 16MB

    配置：its

    位置：u-boot.its
    0x42000000 ~ 0x42000100 SPL AIC 信息头 SPL 的 AIC 头信息
    0x42000100 ~ 0x42020000 SPL bin 0x42000100 是 SPL 的程序入口地址，SPL 大小不应该超过 128KB

    配置：CONFIG_SPL_TEXT_BASE, image_cfg.json

    位置：common/spl/Kconfig
    0x42200000 ~ 0x42300000 SPL STACK 1MB, 初始栈太小，在 board_r 之后切换到新的栈运行配置：CONFIG_SPL_STACK_R_ADDR - CONFIG_SPL_STACK_R_MALLOC_SIMPLE_LEN 预留完 Simple heap 之后，剩下的空间给 Stack 位置：Kconfig
    0x42300000 ~ 0x43F00000 SPL heap 28MB 在 SPL board_r 初始化 CONFIG_SYS_SPL_MALLOC_START 之前使用 D211 不会定义 CONFIG_SYS_SPL_MALLOC_START，只用 Simple Heap

    配置：CONFIG_SPL_STACK_R_ADDR =0x43F00000

    配置：CONFIG_SPL_STACK_R_MALLOC_SIMPLE_LEN = 0x1C000000,28MB

    位置：Kconfig
    0x43F00000 ~ 0x43F20000 Falcon 模式参数 SPL Falcon 模式才需要，所需空间不大

    配置：CONFIG_SYS_SPL_ARGS_ADDR

    位置：include/configs/d211.h
    0x43FE0000 ~ 0x44000000 OpenSBI 配置：CONFIG_SPL_OPENSBI_LOAD_ADDR

    位置：Kconfig
    表 4. USB 升级时下载地址
    地址范围 存放内容 说明
    0x40000000 ~ 0x41000000 SPL SPL 的下载地址，运行起来时会被搬运到指定的链接位置

    配置：image_cfg.json
    0x41000000 ~ 0x41100000 env.bin 存放启动升级程序（U-Boot）所用的环境变量，由于升级时不会直接运行 Kernel，因此与上面的 Kernel 地址空间不冲突

    配置：CONFIG_ENV_RAM_ADDR, image_cfg.json

    位置：env/Kconfig
    0x41100000 ~ 0x42000000 uboot.itb 存放升级程序

    配置：CONFIG_SPL_LOAD_FIT_ADDRESS, image_cfg.json

    位置：Kconfig
  • U-Boot 阶段
    地址范围 存放内容 说明
    0x40004000 ~ 0x41000000 初始 U-Boot U-Boot 的程序入口地址，但在初始化完成之后，U-Boot 会自行重定位到 DRAM 的末尾运行，该空间被空出来，用于加载 Kernel

    配置：CONFIG_SYS_TEXT_BASE

    位置：Kconfig
    0x40300000 ~ 0x40400000 初始 U-Boot HEAP 初始 gd, HEAP, STACK 的保留空间，重定位之后，该空间会被空出来。配置：CONFIG_SYS_INIT_SP_ADDR 位置：include/configs/d211.h

    配置：CONFIG_SYS_MALLOC_F_LEN

    位置：Kconfig
    0x40000000 ~ 0x42000000 Kernel Kernel 的程序入口地址，Kernel 最终会被加载到该空间
    0x41200000 ~ 0x42200000 kenrel.itb Kernel.itb 的加载地址，加载后 Kernel 被复制到 0x40000000 预留 16 MB

    配置：knl_addr

    位置：env.txt
    0x42200000 ~ 0x42300000 dtb 调试用，正常情况下不使用
    • 配置：dtb_addr
    • 位置：env.txt
    0x42400000 ~ ………. logo.itb Logo 数据的加载地址，logo.itb 中存储了多张 png 图片 uboot 会从该地址读取相应的 png 图片进行解码并显示

    配置：logo: { ram: }

    位置：image_cfg.json

    配置：CONFIG_LOGO_ITB_ADDRESS

    位置：drivers/video/artinchip/display/aic_display.c
    0x41000000 ~ ………. ENV U-Boot 环境变量的加载地址，USB 升级时使用，16KB 左右初始化加载之后可释放，不影响 Kernel 的使用

    配置：CONFIG_ENV_RAM_ADDR

    位置：env/Kconfig
    At the End of DRAM 保留内存 重定位后的 U-Boot、栈、堆，以及其他需要预留的内存。具体可以查看 board_f.c 相关处理。
    0x43F00000 ~ 0x43FDFFFF dtb 预留给 Kernel dtb 的内存空间，正常启动时加载到该空间

    配置：fdt-1: { load = }

    位置：kernel.its
    0x43FE0000 ~ 0x44000000 OpenSBI 预留给 OpenSBI 的内存空间

    配置：CONFIG_SPL_OPENSBI_LOAD_ADDR

    位置：Kconfig