U-boot优化是嵌入式Linux启动优化中最重要的一环

电子工程师 2019-04-29 838

嵌入式技术

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描述

既然不能使用新的U-boot,那就优化一点是一点，慢慢干吧。

1.去掉启动时的按键等待
U-boot 启动的时候出现一个 Hit any key to stop autoboot 不爽，干吗要停上1秒？虽然可以通过设置参数bootdelay=0来关掉这个延时，但这样做了以后就再也进不去U-boot了，更烦。检查代码，发现是在main.c函数int abortboot(int bootdelay)来干这个活的，好吧，改掉它
static __inline__ int abortboot(int bootdelay)
{
int abort = 0;
char inputkey;
if (tstc())
{
inputkey = getc();
abort = (inputkey == 'u');
}
#ifdef CONFIG_SILENT_CONSOLE
if (abort)
gd->flags &= ~GD_FLG_SILENT;
#endif
return abort;
}
这样，就不需要等待了，如果想进入U-boot,就在上电的时候按住u吧，把它改成一个固定的键而不是任意键，因为串口线很容易受到干扰，如果是任意键的话，运行时即使不想进去有时也会进入U-boot的命令行。
2.去掉网卡的初始化
每次上电，U-boot 都会初始化网卡，其实这根本不需要，把配置文件中
#define CONFIG_MII 1
去掉，启动时就不会初始化了，需要使用TFTP时，它会自动初始化，又节省了3.4秒的启动时间。
3.智能读取OS Image
U-boot 通过nand read 来读取OS Image，通常为了避免麻烦，我们设置的读取长度要比实际OS长度长一些，多读的那部分纯粹是浪费CPU时间,能不能精确判断读取长度呢，当然可以，为了不影响系统的正常功能，扩展一个nand read.os 指令来读取，修改方法如下：
在 nand_read_options_t 里面添加一个成员 int is_os_img
在函数 int do_nand(cmd_tbl_t * cmdtp, int flag, int argc, char *argv[])
修改读操作的判断语句，添加 !strcmp(s, ".os")，然后设置opts.is_os_img = !strcmp(s, ".os");大概修改后结果参考第7步代码。
最后，在函数int nand_read_opts(nand_info_t *meminfo, const nand_read_options_t *opts)中修改
代码，检测如果opts->is_os_img == 1 并且是第一次读取（2024B）之后，检查度取得结果是否是OS Image，如果是更新需要读取的长度，否则，也不需要再往下读了，直接返回错误就可以了嵌入式Linux启动优化手记2 U-boot优化
image_header_t *hdr = (image_header_t *)buffer;
if (image_check_magic(hdr) && image_check_hcrc (hdr))
{
size_t ossz = uimage_to_cpu(hdr->ih_size);//+ image_get_header_size();
imglen = ossz + + image_get_header_size();
printf("## Find valid OS image, at 0x%x, Size: %d Bytes = %d KB ",
(unsigned int)mtdoffset, ossz, ossz/1024);
}
else
{
printf("Invalid OS image at 0x%x ", (unsigned int)mtdoffset);
return -1;
}
4.去掉OS Image 内存复制过程
使用 nand read 读取OS Image 后，U-boot 使用 bootm 指令来启动Linux,检查其实现代码
int do_bootm (cmd_tbl_t *cmdtp, int flag, int argc, char *argv[])
发现他会把已经读取到内存中的OS Image 在复制到一个指定的位置,OS Image 中的头部参数，这个值一般是固定的，本系统使用的是 0x70008000, 如果在 nand read 时读到的内存位置恰好合适，就可以省掉这些毫秒数了，做法如下：
nand read.os 0x70007FC0 0x100000 0x500000
(其中 0x70007FC0 = 0x70008000 - sizeof(sizeof(image_header_t)))
然后在内存复制的地方（函数do_bootm中），加入修改，跳过内存复制
switch (comp) {
case IH_COMP_NONE:
if (load_start == (ulong)os_hdr) {
printf (" XIP %s ... ", type_name);
} else {
if (load_start != os_data)//位置不匹配，依然移动，否则就跳过此部
{
printf (" Loading %s ... ", type_name);
memmove_wd ((void *)load_start, (void *)os_data, os_len, CHUNKSZ);
puts("OK ");
}
}
load_end = load_start + os_len;
对于我们的Kernel,修改后大小是1.4M，省去这个搬移过程，节省了大约800ms的时间
5.减少内存初始化的时间
在U-boot 初始化时，在 start_armboot 函数中，多次使用到了 memset函数，其中最耗时的是在mem_malloc_init函数中调用memset 初始化 512K内存的调用，检查U-boot 1.3.4对memset的实现，发现是最简单的字节复制，把它改为按32bits复制的方式，这些memset 调用所花费的时间立即从202ms减少到了45ms
修改方法，再 string.c 中，找到memset函数，修改其实现（代码是从U-boot 2011.12 中复制过来的嵌入式Linux启动优化手记2 U-boot优化）
void * memset(void * s,int c,size_t count)
{
unsigned long *sl = (unsigned long *) s;
unsigned long cl = 0;
char *s8;
int i;

if ( ((ulong)s & (sizeof(*sl) - 1)) == 0) {
for (i = 0; i < sizeof(*sl); i++) {
cl <<= 8;
cl |= c & 0xff;
}
while (count >= sizeof(*sl)) {
*sl++ = cl;
count -= sizeof(*sl);
}
}

s8 = (char *)sl;
while (count--)
*s8++ = c;
return s;
}
6.减少NAND初始化时间
每次 U-boot 启动，发现NAND初始化需要大约3秒的时间，仔细追踪发现，在nand_base.c文件中nand_scan函数的最后一步return this->scan_bbt (mtd);最花费时间，这个scan_bbt扫描整个NAND并检查坏块，重建坏块表，在启动过程中，这个耗时的操作毫无意义，去掉这一步，让nand_scan 函数直接返回0就可以了。
7.添加Yaffs2支持
从网上各位前辈的论述中，都发现YAFFS比JFFS2要快，也决定测试一下，从YAFFS网站下载最新的代码，按照说明加入到Linux 中，重新编译内核，让内核支持YAFFS2（按照默认的选项就可以了），弄一个空的分区，格式化成YAFFS2格式，感觉的确比较快，把ROOTFS复制到这个分区，然后修改Linux启动参数让它把YAFFS2分区当作根分区启动，发现果然快了不少，初始化和挂载根分区仅需要370ms，比JFFS2的速度快多了，决定就采用YAFFS2作为根文件系统了。自己在u-boot中添加对yaffs2 image的支持
说起来容易，真正做起来还是很麻烦的，总是不能把yaffs2的image 烧写成功，不知道是Image不正确还是Uboot没改对，折腾了几天也没搞定，最后终于发现了一个第三方的工具
http://code.google.com/p/yaffs2utils/
下载，编译，制作Image,验证，OK,把新工具生成的IMAGE与YAFFS2自带的工具对照，发现YAFFS2自带的工具生成的IMAGE不正确，晕死。
重新修改UBoot,改了很少一部份代码，就可以了。
依然是在函数do_nand中修改，添加一个扩展 nand write.y 指令来写入Image：
按照惯例，YAFFS2的第一个块不使用，留给文件系统自己使用，在 nand_write_options_t 里面添加一个成员 int skip_first_block;
在函数 int do_nand(cmd_tbl_t * cmdtp, int flag, int argc, char *argv[])
修改读写操作的判断语句，添加 !strcmp(s, ".y")，然后设置opts.is_os_img = !strcmp(s, ".os");大概修改后结果如下（红色部分）
s = strchr(cmd, '.');
if (s != NULL && (!strcmp(s, ".jffs2") || !strcmp(s, ".e") || !strcmp(s, ".i") || !strcmp(s, ".os") || !strcmp(s, ".y"))) {
if (read) {

nand_read_options_t opts;
memset(&opts, 0, sizeof(opts));
opts.buffer = (u_char*) addr;
opts.length = size;
opts.offset = off;
opts.readoob = 0;//remove this function.
opts.is_os_img = !strcmp(s, ".os");
opts.quiet = quiet;
ret = nand_read_opts(nand, &opts);
//printf("call nand_read_opts buffer %lu len %lu offset %d off, ret %d ", addr, size, off, ret);
} else {

nand_write_options_t opts;
memset(&opts, 0, sizeof(opts));
opts.buffer = (u_char*) addr;
opts.length = size;
opts.offset = off;

if (!strcmp(s, ".y"))
{
opts.pad = 0;
opts.writeoob = 1;
//opts.noecc = 1;
opts.skip_first_block = 1;
opts.autoplace = 1;
}
else
{
opts.pad = 1;
}
opts.blockalign = 1;
opts.quiet = quiet;
ret = nand_write_opts(nand, &opts);
}
} else if (s != NULL && !strcmp(s, ".oob")) {...}
在函数nand_write_opts中相应修改
int nand_write_opts(nand_info_t *meminfo, const nand_write_options_t *opts)
{
int yaffs_skip_first = opts->skip_first_block;
...
while ((imglen > 0) && (mtdoffset < meminfo->size)) {
...
while (blockstart != (mtdoffset & (~erasesize_blockalign+1))) {
do {
...
} while (offs < blockstart + erasesize_blockalign);
}
if (yaffs_skip_first)
{
yaffs_skip_first = 0;
mtdoffset += erasesize_blockalign;
continue;
}
readlen = meminfo->oobblock;
if (opts->pad && (imglen < readlen))
...
}
...
}
8. 其它一些优化措施
经过这些折腾之后，整个系统的启动时间大大加快，然后优化Linux自身的一些启动瓶颈
Linux的启动参数优化：加上了 lpj=99072，节约了几十个毫秒，加上quiet,节约了大约1秒时间
修改内核编译选项，把不需要的内核模块干掉
最后，Linux自身的启动速度约为1.1秒，整个系统的启动速度大约4秒多一点，初步达到了优化目标，系统的主要延时发生在U-boot 1.3.4的FLASH读取上，FLASH读取速度大约只有600KB/S。尝试把Uboot 2011.12的FLASH驱动移植到U-boot 1.3.4上，花费了几天时间，终于可以编译成功了，可惜经常出一些莫名其妙的错误，太不稳定，只好放弃。
以我的能力，U-boot优化到这里就到头了，正准备结束工作时，发现了另外一条可以加速系统启动的方法
可以继续尝试，让我最终把系统的启动时间减少到了1.7秒。

请看下篇嵌入式Linux启动优化手记2 U-boot优化

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