u-boot的环境变量用来存储一些经常使用的参数变量,uboot希望将环境变量存储在静态存储器中(如nand nor eeprom mmc)。

其中有一些也是大家经常使用,有一些是使用人员自己定义的,更改这些名字会出现错误,下面的表中我们列出了一些常用的环境变量:

bootdelay    执行自动启动的等候秒数
     baudrate     串口控制台的波特率
     netmask     以太网接口的掩码
     ethaddr       以太网卡的网卡物理地址
     bootfile        缺省的下载文件
     bootargs     传递给内核的启动参数
     bootcmd     自动启动时执行的命令
     serverip       服务器端的ip地址
     ipaddr         本地ip地址
     stdin           标准输入设备
     stdout        标准输出设备
     stderr         标准出错设备

上面这些是uboot默认存在的环境变量,uboot本身会使用这些环境变量来进行配置。我们可以自己定义一些环境变量来供我们自己uboot驱动来使用。

Uboot环境变量的设计逻辑是在启动过程中将env从静态存储器中读出放到RAM中,之后在uboot下对env的操作(如printenv editenv setenv)都是对RAMenv的操作,只有在执行saveenv时才会将RAM中的env重新写入静态存储器中。

这种设计逻辑可以加快对env的读写速度。

基于这种设计逻辑,2014.4版本uboot实现了saveenv这个保存env到静态存储器的命令,而没有实现读取envRAM的命令。

那我们就来看一下ubootenv的数据结构 初始化 操作如何实现的。

一 env数据结构

include/environment.h中定义了env_t,如下:

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  1. #ifdef CONFIG_SYS_REDUNDAND_ENVIRONMENT
  2. # define ENV_HEADER_SIZE    (sizeof(uint32_t) + 1)
  3. # define ACTIVE_FLAG   1
  4. # define OBSOLETE_FLAG 0
  5. #else
  6. # define ENV_HEADER_SIZE    (sizeof(uint32_t))
  7. #endif
  8. #define ENV_SIZE (CONFIG_ENV_SIZE - ENV_HEADER_SIZE)
  9. typedef struct environment_s {
  10. uint32_t    crc;        /* CRC32 over data bytes    */
  11. #ifdef CONFIG_SYS_REDUNDAND_ENVIRONMENT
  12. unsigned char   flags;      /* active/obsolete flags    */
  13. #endif
  14. unsigned char   data[ENV_SIZE]; /* Environment data     */
  15. } env_t;
#ifdef CONFIG_SYS_REDUNDAND_ENVIRONMENT
# define ENV_HEADER_SIZE    (sizeof(uint32_t) + 1)
# define ACTIVE_FLAG   1
# define OBSOLETE_FLAG 0
#else
# define ENV_HEADER_SIZE    (sizeof(uint32_t))
#endif
#define ENV_SIZE (CONFIG_ENV_SIZE - ENV_HEADER_SIZE)
typedef struct environment_s {uint32_t    crc;        /* CRC32 over data bytes    */
#ifdef CONFIG_SYS_REDUNDAND_ENVIRONMENTunsigned char   flags;      /* active/obsolete flags    */
#endifunsigned char   data[ENV_SIZE]; /* Environment data     */
} env_t;

CONFIG_ENV_SIZE是我们需要在配置文件中配置的环境变量的总长度。

这里我们使用的nand作为静态存储器,nand的一个block128K,因此选用一个block来存储envCONFIG_ENV_SIZE128K

Env_t结构体头4bytes是对datacrc校验码,没有定义CONFIG_SYS_REDUNDAND_ENVIRONMENT,所以后面紧跟data数组,数组大小是ENV_SIZE.

ENV_SIZECONFIG_ENV_SIZE减掉ENV_HEADER_SIZE,也就是4bytes

所以env_t这个结构体就包含了整个我们规定的长度为CONFIG_ENV_SIZE的存储区域。

4bytescrc校验码,后面剩余的空间全部用来存储环境变量。

需要说明的一点,crc校验码是uboot中在saveenv时计算出来,然后写入nand,所以在第一次启动ubootcrc校验会出错,

因为ubootnand上读入的一个block数据是随机的,没有意义的,执行saveenv后重启ubootcrc校验就正确了。

data 字段保存实际的环境变量。u-bootenvname=value”\0”的方式存储,在所有env的最后以”\0\0”表示整个env的结束。

新的name=value对总是被添加到env数据块的末尾,当删除一个name=value对时,后面的环境变量将前移,对一个已经存在的环境变量的修改实际上先删除再插入。 u-boot env_t的数据指针保存在了另外一个地方,这就 是 gd_t结构(不同平台有不同的gd_t结构 ),这里以ARM为例仅列出和env相关的部分

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  1. typedef struct global_data
  2. {
  3. unsigned long env_off;        /* Relocation Offset */
  4. unsigned long env_addr;       /* Address of Environment struct ??? */
  5. unsigned long env_valid       /* Checksum of Environment valid */
  6. } gd_t;
typedef struct global_data
{ … unsigned long env_off;        /* Relocation Offset */ unsigned long env_addr;       /* Address of Environment struct ??? */ unsigned long env_valid       /* Checksum of Environment valid */ …
} gd_t; 

二 env的初始化

ubootenv的整个架构可以分为3层:

(1) 命令层,如saveenvsetenv editenv这些命令的实现,还有如启动时调用的env_relocate函数。

(2) 中间封装层,利用不同静态存储器特性封装出命令层需要使用的一些通用函数,如env_init,env_relocate_spec,saveenv这些函数。实现文件在common/env_xxx.c

(3) 驱动层,实现不同静态存储器的读写擦等操作,这些是uboot下不同子系统都必须的。

按照执行流顺序,首先分析一下uboot启动的env初始化过程。

首先在board_init_f中调用init_sequenceenv_init,这个函数是不同存储器实现的函数,nand中的实现如下:

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  1. <span style="font-size:14px;">/*
  2. * This is called before nand_init() so we can't read NAND to
  3. * validate env data.
  4. *
  5. * Mark it OK for now. env_relocate() in env_common.c will call our
  6. * relocate function which does the real validation.
  7. *
  8. * When using a NAND boot image (like sequoia_nand), the environment
  9. * can be embedded or attached to the U-Boot image in NAND flash.
  10. * This way the SPL loads not only the U-Boot image from NAND but
  11. * also the environment.
  12. */
  13. int env_init(void)
  14. {
  15. gd->env_addr    = (ulong)&default_environment[0];
  16. gd->env_valid   = 1;
  17. return 0;
  18. }</span>
<span style="font-size:14px;">/** This is called before nand_init() so we can't read NAND to* validate env data.** Mark it OK for now. env_relocate() in env_common.c will call our* relocate function which does the real validation.** When using a NAND boot image (like sequoia_nand), the environment* can be embedded or attached to the U-Boot image in NAND flash.* This way the SPL loads not only the U-Boot image from NAND but* also the environment.*/
int env_init(void)
{gd->env_addr    = (ulong)&default_environment[0];gd->env_valid   = 1;return 0;
}</span>

从注释就基本可以看出这个函数的作用,因为env_init要早于静态存储器的初始化,所以无法进行env的读写,这里将gd中的env相关变量进行配置,

默认设置envvalid。方便后面env_relocate函数进行真正的envnandramrelocate

继续执行,在board_init_r中,如下:

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  1. /* initialize environment */
  2. if (should_load_env())
  3. env_relocate();
  4. else
  5. set_default_env(NULL);
/* initialize environment */if (should_load_env())env_relocate();elseset_default_env(NULL);

这是在所有存储器初始化完成后执行的。

首先调用should_load_env,如下:

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  1. /*
  2. * Tell if it's OK to load the environment early in boot.
  3. *
  4. * If CONFIG_OF_CONFIG is defined, we'll check with the FDT to see
  5. * if this is OK (defaulting to saying it's not OK).
  6. *
  7. * NOTE: Loading the environment early can be a bad idea if security is
  8. *       important, since no verification is done on the environment.
  9. *
  10. * @return 0 if environment should not be loaded, !=0 if it is ok to load
  11. */
  12. static int should_load_env(void)
  13. {
  14. #ifdef CONFIG_OF_CONTROL
  15. return fdtdec_get_config_int(gd->fdt_blob, "load-environment", 1);
  16. #elif defined CONFIG_DELAY_ENVIRONMENT
  17. return 0;
  18. #else
  19. return 1;
  20. #endif
  21. }
/** Tell if it's OK to load the environment early in boot.** If CONFIG_OF_CONFIG is defined, we'll check with the FDT to see* if this is OK (defaulting to saying it's not OK).** NOTE: Loading the environment early can be a bad idea if security is*       important, since no verification is done on the environment.** @return 0 if environment should not be loaded, !=0 if it is ok to load*/
static int should_load_env(void)
{
#ifdef CONFIG_OF_CONTROLreturn fdtdec_get_config_int(gd->fdt_blob, "load-environment", 1);
#elif defined CONFIG_DELAY_ENVIRONMENTreturn 0;
#elsereturn 1;
#endif
}

从注释可以看出,CONFIG_OF_CONTROL没有定义,鉴于考虑安全性问题,如果我们想要推迟envload,可以定义CONFIG_DELAY_ENVIRONMENT,这里返回0,就调用set_default_env使用默认的env,默认env是在配置文件中CONFIG_EXTRA_ENV_SETTINGS设置的。

我们可以在之后的某个地方在调用env_relocateload env。这里我们选择在这里直接load env。所以没有定义CONFIG_DELAY_ENVIRONMENT,返回1。调用env_relocate

common/env_common.c中:

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  1. void env_relocate(void)
  2. {
  3. #if defined(CONFIG_NEEDS_MANUAL_RELOC)
  4. env_reloc();
  5. env_htab.change_ok += gd->reloc_off;
  6. #endif
  7. if (gd->env_valid == 0) {
  8. #if defined(CONFIG_ENV_IS_NOWHERE) || defined(CONFIG_SPL_BUILD)
  9. /* Environment not changable */
  10. set_default_env(NULL);
  11. #else
  12. bootstage_error(BOOTSTAGE_ID_NET_CHECKSUM);
  13. set_default_env("!bad CRC");
  14. #endif
  15. else {
  16. env_relocate_spec();
  17. }
  18. }
void env_relocate(void)
{
#if defined(CONFIG_NEEDS_MANUAL_RELOC)env_reloc();env_htab.change_ok += gd->reloc_off;
#endifif (gd->env_valid == 0) {
#if defined(CONFIG_ENV_IS_NOWHERE) || defined(CONFIG_SPL_BUILD)/* Environment not changable */set_default_env(NULL);
#elsebootstage_error(BOOTSTAGE_ID_NET_CHECKSUM);set_default_env("!bad CRC");
#endif} else {env_relocate_spec();}
}
[cpp] view plaincopyprint?在CODE上查看代码片派生到我的代码片
</pre><p style="font-size: 14px;">Gd->env_valid<span style="font-family: 宋体;">在之前的</span><span style="font-family: Verdana;">env_init</span><span style="font-family: 宋体;">中设置为</span><span style="font-family: Verdana;">1</span><span style="font-family: 宋体;">,所以这里调用</span><span style="font-family: Verdana;">env_relocate_spec</span><span style="font-family: 宋体;">,</span></p><p style="font-size: 14px;"><span style="font-family: 宋体;">这个函数也是不同存储器的中间封装层提供的函数,对于</span><span style="font-family: Verdana;">nand</span><span style="font-family: 宋体;">在</span><span style="font-family: Verdana;">common/env_nand.c</span><span style="font-family: 宋体;">中,如下:</span></p><div class="dp-highlighter bg_cpp"><div class="bar"><div class="tools"><strong>[cpp]</strong> <a target=_blank title="view plain" class="ViewSource" href="http://blog.csdn.net/skyflying2012/article/details/39005705#">view plain</a><a target=_blank title="copy" class="CopyToClipboard" href="http://blog.csdn.net/skyflying2012/article/details/39005705#">copy</a><a target=_blank title="print" class="PrintSource" href="http://blog.csdn.net/skyflying2012/article/details/39005705#">print</a><a target=_blank title="?" class="About" href="http://blog.csdn.net/skyflying2012/article/details/39005705#">?</a><a target=_blank title="在CODE上查看代码片" style="text-indent: 0px;" href="https://code.csdn.net/snippets/462607" target="_blank"><img width="12" height="12" style="left: 2px; top: 1px; position: relative;" alt="在CODE上查看代码片" src="https://code.csdn.net/assets/CODE_ico.png" /></a><a target=_blank title="派生到我的代码片" style="text-indent: 0px;" href="https://code.csdn.net/snippets/462607/fork" target="_blank"><img width="12" height="12" style="left: 2px; top: 2px; position: relative;" alt="派生到我的代码片" src="https://code.csdn.net/assets/ico_fork.svg" /></a></div></div><ol class="dp-cpp"><li class="alt"><span><span class="keyword">void</span><span> env_relocate_spec(</span><span class="keyword">void</span><span>)  </span></span></li><li><span>{  </span></li><li class="alt"><span>   <span class="datatypes">int</span><span> ret;  </span></span></li><li><span>    ALLOC_CACHE_ALIGN_BUFFER(<span class="datatypes">char</span><span>, buf, CONFIG_ENV_SIZE);  </span></span></li><li class="alt"><span>    ret = readenv(CONFIG_ENV_OFFSET, (u_char *)buf);  </span></li><li><span>    <span class="keyword">if</span><span> (ret) {  </span></span></li><li class="alt"><span>        set_default_env(<span class="string">"!readenv() failed"</span><span>);  </span></span></li><li><span>        <span class="keyword">return</span><span>;  </span></span></li><li class="alt"><span>    }  </span></li><li><span>    env_import(buf, 1);  </span></li><li class="alt"><span>}   </span></li></ol></div><pre class="cpp" style="font-size: 14px; display: none;" name="code" code_snippet_id="462607" snippet_file_name="blog_20140902_8_4316261">void env_relocate_spec(void)
{int ret;ALLOC_CACHE_ALIGN_BUFFER(char, buf, CONFIG_ENV_SIZE);ret = readenv(CONFIG_ENV_OFFSET, (u_char *)buf);if (ret) {set_default_env("!readenv() failed");return;}env_import(buf, 1);
} 

首先定义一个长度为CONFIG_ENV_SIZEbuf,然后调用readenv

CONFIG_ENV_OFFSET是在配置文件中定义的envnand中偏移位置。我们这里定义的是在4M的位置。

Readenv也在env_nand.c中,如下:

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  1. int readenv(size_t offset, u_char *buf)
  2. {
  3. size_t end = offset + CONFIG_ENV_RANGE;
  4. size_t amount_loaded = 0;
  5. size_t blocksize, len;
  6. u_char *char_ptr;
  7. blocksize = nand_info[0].erasesize;
  8. if (!blocksize)
  9. return 1;
  10. len = min(blocksize, CONFIG_ENV_SIZE);
  11. while (amount_loaded < CONFIG_ENV_SIZE && offset < end) {
  12. if (nand_block_isbad(&nand_info[0], offset)) {
  13. offset += blocksize;
  14. else {
  15. char_ptr = &buf[amount_loaded];
  16. if (nand_read_skip_bad(&nand_info[0], offset,
  17. &len, NULL,
  18. nand_info[0].size, char_ptr))
  19. return 1;
  20. offset += blocksize;
  21. amount_loaded += len;
  22. }
  23. }
  24. if (amount_loaded != CONFIG_ENV_SIZE)
  25. return 1;
  26. return 0;
  27. }
int readenv(size_t offset, u_char *buf)
{size_t end = offset + CONFIG_ENV_RANGE;size_t amount_loaded = 0;size_t blocksize, len;u_char *char_ptr;blocksize = nand_info[0].erasesize;if (!blocksize)return 1;len = min(blocksize, CONFIG_ENV_SIZE);while (amount_loaded < CONFIG_ENV_SIZE && offset < end) {if (nand_block_isbad(&nand_info[0], offset)) {offset += blocksize;} else {char_ptr = &buf[amount_loaded];if (nand_read_skip_bad(&nand_info[0], offset,&len, NULL,nand_info[0].size, char_ptr))return 1;offset += blocksize;amount_loaded += len;}}if (amount_loaded != CONFIG_ENV_SIZE)return 1;return 0;
}

Readenv函数利用nand_info[0]nand进行读操作,读出指定位置,指定长度的数据到buf中。Nand_info[0]是一个全局变量,来表征第一个nand device,这里在nand_init时会初始化这个变量。Nand_init必须在env_relocate之前。

回到env_relocate_spec中,buf读回后调用env_import,如下:

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  1. /*
  2. * Check if CRC is valid and (if yes) import the environment.
  3. * Note that "buf" may or may not be aligned.
  4. */
  5. int env_import(const char *buf, int check)
  6. {
  7. env_t *ep = (env_t *)buf;
  8. if (check) {
  9. uint32_t crc;
  10. memcpy(&crc, &ep->crc, sizeof(crc));
  11. if (crc32(0, ep->data, ENV_SIZE) != crc) {
  12. set_default_env("!bad CRC");
  13. return 0;
  14. }
  15. }
  16. if (himport_r(&env_htab, (char *)ep->data, ENV_SIZE, '\0', 0,
  17. 0, NULL)) {
  18. gd->flags |= GD_FLG_ENV_READY;
  19. return 1;
  20. }
  21. error("Cannot import environment: errno = %d\n", errno);
  22. set_default_env("!import failed");
  23. return 0;
  24. }
/** Check if CRC is valid and (if yes) import the environment.* Note that "buf" may or may not be aligned.*/
int env_import(const char *buf, int check)
{env_t *ep = (env_t *)buf;if (check) {uint32_t crc;memcpy(&crc, &ep->crc, sizeof(crc));if (crc32(0, ep->data, ENV_SIZE) != crc) {set_default_env("!bad CRC");return 0;}}if (himport_r(&env_htab, (char *)ep->data, ENV_SIZE, '\0', 0,0, NULL)) {gd->flags |= GD_FLG_ENV_READY;return 1;}error("Cannot import environment: errno = %d\n", errno);set_default_env("!import failed");return 0;
}

首先将buf强制转换为env_t类型,然后对data进行crc校验,跟buf中原有的crc对比,不一致则使用默认env

最后调用himport_r,该函数将给出的data按照‘\0’分割填入env_htab的哈希表中。

之后对于env的操作,如printenv setenv editenv,都是对该哈希表的操作。

Env_relocate执行完成,env的初始化就完成了。

三 env的操作实现

Ubootenv的操作命令实现在common/cmd_nvedit.c中。

对于setenv printenv editenv3个命令,看其实现代码,都是对relocateRAM中的env_htab的操作,这里就不再详细分析了,重点来看一下savenv实现。

[cpp] view plaincopyprint?在CODE上查看代码片派生到我的代码片
  1. static int do_env_save(cmd_tbl_t *cmdtp, int flag, int argc,
  2. char * const argv[])
  3. {
  4. printf("Saving Environment to %s...\n", env_name_spec);
  5. return saveenv() ? 1 : 0;
  6. }
  7. U_BOOT_CMD(
  8. saveenv, 1, 0,  do_env_save,
  9. "save environment variables to persistent storage",
  10. ""
  11. );
static int do_env_save(cmd_tbl_t *cmdtp, int flag, int argc,char * const argv[])
{printf("Saving Environment to %s...\n", env_name_spec);return saveenv() ? 1 : 0;
}U_BOOT_CMD(saveenv, 1, 0,  do_env_save,"save environment variables to persistent storage",""
);

do_env_save调用saveenv,这个函数是不同存储器实现的封装层函数。对于nand,在common/env_nand.c中,如下:

[cpp] view plaincopyprint?在CODE上查看代码片派生到我的代码片
  1. int saveenv(void)
  2. {
  3. int ret = 0;
  4. ALLOC_CACHE_ALIGN_BUFFER(env_t, env_new, 1);
  5. ssize_t len;
  6. char    *res;
  7. int env_idx = 0;
  8. static const struct env_location location[] = {
  9. {
  10. .name = "NAND",
  11. .erase_opts = {
  12. .length = CONFIG_ENV_RANGE,
  13. .offset = CONFIG_ENV_OFFSET,
  14. },
  15. },
  16. #ifdef CONFIG_ENV_OFFSET_REDUND
  17. {
  18. .name = "redundant NAND",
  19. .erase_opts = {
  20. .length = CONFIG_ENV_RANGE,
  21. .offset = CONFIG_ENV_OFFSET_REDUND,
  22. },
  23. },
  24. #endif
  25. };
  26. if (CONFIG_ENV_RANGE < CONFIG_ENV_SIZE)
  27. return 1;
  28. res = (char *)&env_new->data;
  29. len = hexport_r(&env_htab, '\0', 0, &res, ENV_SIZE, 0, NULL);
  30. if (len < 0) {
  31. error("Cannot export environment: errno = %d\n", errno);
  32. return 1;
  33. }
  34. env_new->crc   = crc32(0, env_new->data, ENV_SIZE);
  35. #ifdef CONFIG_ENV_OFFSET_REDUND
  36. env_new->flags = ++env_flags; /* increase the serial */
  37. env_idx = (gd->env_valid == 1);
  38. #endif
  39. ret = erase_and_write_env(&location[env_idx], (u_char *)env_new);
  40. #ifdef CONFIG_ENV_OFFSET_REDUND
  41. if (!ret) {
  42. /* preset other copy for next write */
  43. gd->env_valid = gd->env_valid == 2 ? 1 : 2;
  44. return ret;
  45. }
  46. env_idx = (env_idx + 1) & 1;
  47. ret = erase_and_write_env(&location[env_idx], (u_char *)env_new);
  48. if (!ret)
  49. printf("Warning: primary env write failed,"
  50. " redundancy is lost!\n");
  51. #endif
  52. return ret;
  53. }
int saveenv(void)
{int ret = 0;ALLOC_CACHE_ALIGN_BUFFER(env_t, env_new, 1);ssize_t len;char    *res;int env_idx = 0;static const struct env_location location[] = {{.name = "NAND",.erase_opts = {.length = CONFIG_ENV_RANGE,.offset = CONFIG_ENV_OFFSET,},},
#ifdef CONFIG_ENV_OFFSET_REDUND{.name = "redundant NAND",.erase_opts = {.length = CONFIG_ENV_RANGE,.offset = CONFIG_ENV_OFFSET_REDUND,},},
#endif};if (CONFIG_ENV_RANGE < CONFIG_ENV_SIZE)return 1;res = (char *)&env_new->data;len = hexport_r(&env_htab, '\0', 0, &res, ENV_SIZE, 0, NULL);if (len < 0) {error("Cannot export environment: errno = %d\n", errno);return 1;}env_new->crc   = crc32(0, env_new->data, ENV_SIZE);
#ifdef CONFIG_ENV_OFFSET_REDUNDenv_new->flags = ++env_flags; /* increase the serial */env_idx = (gd->env_valid == 1);
#endifret = erase_and_write_env(&location[env_idx], (u_char *)env_new);
#ifdef CONFIG_ENV_OFFSET_REDUNDif (!ret) {/* preset other copy for next write */gd->env_valid = gd->env_valid == 2 ? 1 : 2;return ret;}env_idx = (env_idx + 1) & 1;ret = erase_and_write_env(&location[env_idx], (u_char *)env_new);if (!ret)printf("Warning: primary env write failed,"" redundancy is lost!\n");
#endifreturn ret;
}

定义env_t类型的变量env_new,准备来存储env

利用函数hexport_renv_htab操作,读取env内容到env_new->data

校验data,获取校验码env_new->crc

最后调用erase_and_write_envenv_new先擦后写入由location定义的偏移量和长度的nand区域中。

这样就完成了env写入nand的操作。

在savenv readenv函数以及printenv setenv的实现函数中涉及到的函数himport_r hexport_r hdelete_r hmatch_r都是对env_htab哈希表的一些基本操作函数。

这些函数都封装在uboot的lib/hashtable.c中,这里就不仔细分析这些函数了。

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