PMON的解读和开发

提示：龙芯2K1000PMON相关记录

1 PMON的发展和编译环境

PMON

• 科大那个PMON就是这个版本的。该版本的功能有：shell, net, load, debug。不支持硬盘，显卡。并且扩展性不好。
• 该版本的编译器是sde-gcc.

PMON2000

• 现在龙芯1和2用的BIOS, 在原来的PMON的基础上添加了硬盘支持，文件系统ext2的支持，显卡的支持。修复了debug功能，扩展性也得到提高。比较容易移植到新的系统。
• 编译器为mips-elf-gcc

2 PMON2000的目录结构

3 Targets目录的组成

每个系统一个目录，我们拿Bonito来为例子，主要有下列文件：

• start.S 位于Targets/Bonito/Bonito目录下，是C环境建立之前的汇编代码，使整个BIOS运行的起点。
• tgt_machdep.c位于Targets/Bonito/Bonito目录下，一些板子相关的函数。
• pci_machdep.c进行Targets/Bonito/pci空间分配的一些函数
• Targets/Bonito/dev目录下一些板子特殊的设备的驱动。
• Targets/Bonito/conf目录下是一些编译环境建立需要的一些文件

4 PMON编译环境的建立

• 将comp.tar.gz在/usr/local解开
• 将/usr/local/comp/mips-elf/gcc-2.95.3/bin加入到PATH目录下
• 进入pmon2000的tools目录下make，建立一些conf需要的工具。
• 进入pmon2000的Targets/Bonito/conf目录中
• 编辑conf目录下Bonito文件，选择需要编译的模块
• tools/pmoncfg/pmoncfg Bonito(conf类型文件)。形成目标主目录下的compiler目录
• 进入Targets/Bonito/compiler/Bonito的目录，make形成pmon。
• Makefile是根据Targets/Bonito/conf/Makefile.Bonito文件形成的。
• 链接脚本是为Targets/Bonito/conf/ld.script。

5 PMON2000的框架

6 异常向量表

7 Pmon的空间分配

8 PMON的汇编部分(starto.S或sbdreset.S)的解读

Start.S

当整个板子起电后,CPU将从0xBFC00000取指令开始执行,而ROM在系统中的地址就是从该地址开始的,所以其中的第一条指令就是整个CPU的第一个指令,在MIPS中,异常处理入口有两套,通过CP0的STATUS寄存器位BEV来决定,当BEV=1时,异常的入口地址为0xBFC00000开始的地址,而BEV=0,异常地址为0x80000000开始的地址,所以PMON程序段开始处是一些异常的调入口，需要跳过这段空间，程序通过一个跳转bal指令跳到后面.

       bal     locate 
       nop
       bal		uncached
       nop
       bal		locate
       nop	
uncached:
        or      ra, UNCACHED_MEMORY_ADDR
        j       ra
        nop

此处是可以从cache空间转换到uncache的空间,ra中保留的是bal locate这条指令的地址,然后或上UNCACHED_MEMORY_ADDR,该地址就变成uncache的地址了.

  la      s0, start            
  subu    s0, ra, s0
  and     s0, 0xffff0000 

这段代码是为了访问数据，因为这段汇编在Rom执行，而编译出来的数据段在0x8002xxxx,为了能够访问数据段的数据，需要进行一个地址的修正，s0这是起到这种修正的目的。

• 初始化CPU内的寄存器,清TLB.
• 初始化一些北桥的基本配置,以确保uart能够正常工作.
• 初始化uart,主要是设置波特率.
• 初始化内存(主要通过I2C协议从内存的EEPROM读取内存参数来进行设置).
• 初始化cache.
  拷贝pmon的代码到内存,然后通过

la      v0, initmips
jalr    v0
nop 

从此代码便到内存中间去了,从这开始因为可以读写内存,所以有了栈,故可以用C的代码了,所以以后的程序便是C代码了.

C代码部分

Ram中运行，入口为initmips
在文件Targets/Boniton/Bonito/tgt_machdep.c中

void initmips(unsigned int memsz)
{
	…
	tgt_cpufreq();
	cpuinfotab[0] = &DBGREG;
        dbginit(NULL);
                                                                                                                              
	 bcopy(MipsException, (char *)TLB_MISS_EXC_VEC, MipsExceptionEnd - MipsException);
        bcopy(MipsException, (char *)GEN_EXC_VEC, MipsExceptionEnd - MipsException);
                                                                                                                              
        CPU_FlushCache();
                                                                                                                              
        CPU_SetSR(0, SR_BOOT_EXC_VEC);
	main();
}

主要初始化在dbginit函数中执行。

dbginit

 void dbginit (char *adr)
{
	__init();       /* Do all constructor initialisation */
	envinit ();                                                                                                                   
	tgt_devinit();                                                                                                                        
#ifdef INET
	init_net (1);
#endif                                                                                                                        
#if NCMD_HIST > 0
	histinit ();
#endif
#if NMOD_SYMBOLS > 0
	syminit ();
#endif
 #ifdef DEMO
	demoinit ();
#endif                                                                                                          
	initial_sr |= tgt_enable (tgt_getmachtype ());                                                                                                             
#ifdef SR_FR
        Status = initial_sr & ~SR_FR; /* don't confuse naive clients */
#endif
	ioctl(STDIN, TCGETA, &consterm);
...
...
...
}//gdbinit 

 __init();初始化一些数据结构.
Envinit ();初始化环境变量.
tgt_init();初始化与板级相关的过程,在我们系统中主要是初始化北桥和PCI.
inet_init();初始化网络.
Hisinit();初始化命令历史记录.
Ioctl(STDIN,TCGETA,&consterm);建立终端.	

9 Bonito的空间分配

10 PCI的空间分配

tgt_devinit()
_pci_businit()
_pci_hwinit
pci_hwinit() 为Pmon主要初始化PCI在北桥的窗口的函数 ，这个函数在Target/Ev64240/pci/pci_machdep.c中定义

    pd = pmalloc(sizeof(struct pci_device));
    pb = pmalloc(sizeof(struct pci_bus));                                                                                                                   
    pd->pa.pa_flags = PCI_FLAGS_IO_ENABLED | PCI_FLAGS_MEM_ENABLED;
    pd->pa.pa_iot = pmalloc(sizeof(bus_space_tag_t));
    pd->pa.pa_iot->bus_reverse = 1;
    pd->pa.pa_iot->bus_base = PCI0_IO_SPACE_BASE - PCI0P_IO_SPACE_BASE;
    pd->pa.pa_memt = pmalloc(sizeof(bus_space_tag_t));
    pd->pa.pa_memt->bus_reverse = 1;
      
    pd->pa.pa_memt->bus_base = 0;
    pd->pa.pa_dmat = &bus_dmamap_tag;
    pd->bridge.secbus = pb;
    _pci_head = pd;
	pb->minpcimemaddr  = PCI0P_MEM_SPACE_BASE;
    pb->nextpcimemaddr = PCI0P_MEM_SPACE_BASE + PCI0_MEM_SPACE_SIZE;
    pb->minpciioaddr  = PCI0P_IO_SPACE_BASE;
    pb->nextpciioaddr = PCI0P_IO_SPACE_BASE + PCI0_IO_SPACE_SIZE;
    pb->pci_mem_base   = PCI0_MEM_SPACE_BASE;
    pb->pci_io_base    = PCI0_IO_SPACE_BASE;

建立PCI的空间分配的数据结构.其中pci_mem_base为Memory空间的基地址,pci_io_base 为IO空间的基地址. minipciioaddr 为IO空间的最小可以分配地址, minipcimemaddr 为 Memory 空间的最小可以分配地址. nextpcimemaddr 为PCI的 Memory 空间的下一个分配地址, nextpciioaddr 为PCI的IO空间的下一个分配地址,在pmon的中地址分配是逆序分配的.

pb->max_lat = 255;
pb->fast_b2b = 1;
pb->prefetch = 1;
pb->bandwidth = 4000000;
pb->ndev = 1;
_pci_bushead = pb;
_pci_bus[_max_pci_bus++] = pd;

开发时需要注意的问题

• Debug的方法
  – 在串口设备没有初始化前, 利用逻辑分析仪进行测试。该方法debug很艰难，所以应该尽早初始化串口。
  – 串口工作后，可以利用串口进行类似printf的Debug方法。
  – 初始化BIOS系统的Shell后，可以利用BIOS系统中的Debug系统进行测试。
• 地址空间是否正确，北桥上的窗口分配是否正确。
• 中断问题。
• 充分利用Pmon所带的调试手段。pmon>h可以看到pmon提供的命令，通过这些命令来检查地址分配是否正确。