思考：

1、 SOC一上電，只有一個(gè)核啟動(dòng)，還是所有核都啟動(dòng)？

2、如果SOC一上電，如果只有一個(gè)核啟動(dòng)，那么從核啟動(dòng)的時(shí)候，從核的入口是哪里？

3、啥是cold boot？啥時(shí)warm boot? 在哪些場(chǎng)景下會(huì)使用warm boot?4、啥是cold reset/warm reset/primary boot/senondary boot？

說(shuō)明：

1、本文以為armv8-aarch64、armv9為例、TF-A代碼為例，不討論其它硬件架構(gòu)和固件軟件中的設(shè)計(jì)。

2、重點(diǎn)講述cold reset/warm reset/primary boot/senondary boot之間的流程和概念。

1、基礎(chǔ)概念

請(qǐng)先自行理解以下4個(gè)概念：

• cold boot

• warm boot

• Primary boot

• Secondary boot

另外還兩種配置：

• 你的reset地址是可編程的，則會(huì)配置PROGRAMMABLE_RESET_ADDRESS=1，與之對(duì)立的則是你的reset地址是不可編程的。

• 你在SOC啟動(dòng)的時(shí)候，首先只啟動(dòng)一個(gè)core，則會(huì)配置COLD_BOOT_SINGLE_CPU=1，與之對(duì)立的則是你的SOC啟動(dòng)的時(shí)候，所有core都上電了。

2、啟動(dòng)流程

我們就假定 reset地址是可編程的、SOC啟動(dòng)的時(shí)候只啟動(dòng)一個(gè)core，來(lái)講解我們的boot流程：

(1)、SOC一上電，SOC給ARM Core的signal configuration會(huì)改變RVBAR_EL3，這里一般就是就是bootrom的首地址。即CPU一上電，Primary core的PC指向的就是RVBAR_EL3的地址，機(jī)器就開始啟動(dòng)了。

(2)、當(dāng)需要Secondary Core啟動(dòng)的時(shí)候，例如會(huì)走PSCI協(xié)議，【主核】進(jìn)入ATF會(huì)將bl31_warm_entrypoint（或平臺(tái)自定義的地址）寫入到SOC寄存器，改變r(jià)eset地址(改變RVBAR_EL3的值)，然后此時(shí)SOC的PMIC給Secondary Core上電，此時(shí)Secondary Core也就發(fā)生了cold reset，PC從RVBAR_EL3(bl31_warm_entrypoint或平臺(tái)自定義函數(shù))處開始執(zhí)行.

總結(jié)(針對(duì)本文示例情況：reset地址是可編程的、cold boot的時(shí)候只啟動(dòng)一個(gè)cpu)：

• 開機(jī)一上電只有Primary Core再跑，從RVBAR_EL3處開始跑，屬于cold boot

• 從核啟動(dòng)時(shí)，會(huì)修改reset的值，影響到RVBAR_EL3的值，然后給從核上電，此時(shí)屬于Secondary boot，仍然是cold boot.

• 一般會(huì)將bl31_warm_entrypoint設(shè)置為reset地址，即Secondary Core的啟動(dòng)地址;

• 這個(gè)示例中沒有用到warm boot

3、ATF(TF-A)代碼的剖析

以BL1代碼為例分析，該代碼適配支持cold reset/warm reset/primary boot/senondary boot等諸多場(chǎng)景。

• 如果reset是可編程的，PROGRAMMABLE_RESET_ADDRESS=1， 則_warm_boot_mailbox=0，則下面這段代碼不會(huì)被編譯，無(wú)論cold boot還是warm boot都不會(huì)走_warm_boot_mailbox。

• 如果reset是不可編程的，PROGRAMMABLE_RESET_ADDRESS=0， 則_warm_boot_mailbox=1，則下面這段代碼會(huì)被編譯，但cold boot走do_cold_boot流程，warm boot需要走br x0流程

1. .if \_warm_boot_mailbox

2. /* -------------------------------------------------------------

3. * This code will be executed for both warm and cold resets.

4. * Now is the time to distinguish between the two.

5. * Query the platform entrypoint address and if it is not zero

6. * then it means it is a warm boot so jump to this address.

7. * -------------------------------------------------------------

8. */

9. bl plat_get_my_entrypoint

10. cbz x0, do_cold_boot

11. br x0

12. do_cold_boot:

13. .endif /* _warm_boot_mailbox */

• 如果SOC啟動(dòng)的時(shí)候只啟動(dòng)一個(gè)core，COLD_BOOT_SINGLE_CPU=1，_secondary_cold_boot=0，則下面代碼不被編譯， 則無(wú)論主核還是從核都不需要走_secondary_cold_boot流程

• 如果SOC啟動(dòng)的時(shí)候啟動(dòng)多個(gè)core，COLD_BOOT_SINGLE_CPU=0，_secondary_cold_boot=1， 則下面代碼會(huì)被編譯，則主核走do_primary_cold_boot流程， 從核需要走plat_secondary_cold_boot_setup流程

1. .if \_secondary_cold_boot

2. /* -------------------------------------------------------------

3. * Check if this is a primary or secondary CPU cold boot.

4. * The primary CPU will set up the platform while the

5. * secondaries are placed in a platform-specific state until the

6. * primary CPU performs the necessary actions to bring them out

7. * of that state and allows entry into the OS.

8. * -------------------------------------------------------------

9. */

10. bl plat_is_my_cpu_primary

11. cbnz w0, do_primary_cold_boot

13. /* This is a cold boot on a secondary CPU */

14. bl plat_secondary_cold_boot_setup

15. /* plat_secondary_cold_boot_setup() is not supposed to return */

16. bl el3_panic

18. do_primary_cold_boot:

根據(jù)以上的代碼規(guī)則，這里也畫了兩張圖：

(1)、BL2 at EL3的場(chǎng)景

(2)、BL2 at S-EL1的場(chǎng)景

4、軟件如何判斷當(dāng)前是cold reset/warm reset/primary boot/senondary boot

TF-A中定義了多核的啟動(dòng)框架，如上一節(jié)框圖所示，在啟動(dòng)的過(guò)程中會(huì)進(jìn)行一些判斷，是cold reset還是warm reset，是primary boot還是secondary boot？那么代碼中是怎么知道這些狀態(tài)的呢？

4.1 cold reset和warm reset

這種判斷方法由平臺(tái)實(shí)現(xiàn)，其實(shí)就是讀取mailbox的值。

在第一個(gè)核cold boot時(shí)，會(huì)寫mailbox內(nèi)存（magic，entrypoint...）在第二個(gè)核啟動(dòng)時(shí)、或第一個(gè)核再次啟動(dòng)時(shí)(有可能是resume喚醒時(shí))，會(huì)讀取mailbox內(nèi)存，如果讀取到了符合期望的magic的值，則走warm流程，否則走cold流程。注意這里所說(shuō)的warm流程，只是軟件上的warm流程，并非說(shuō)當(dāng)前是warm reset。

4.2 primary boot和secondary boot

這種判斷方法由平臺(tái)實(shí)現(xiàn)，看似也很簡(jiǎn)單，一般而言就說(shuō)讀取mpidr寄存器進(jìn)行判斷。

1. (trusted-firmware-a/plat/marvell/armada/a8k/common/aarch64/plat_helpers.S)

3. func plat_is_my_cpu_primary

4. mrs x0, mpidr_el1

5. and x0, x0,

   #(MPIDR_CLUSTER_MASK | MPIDR_CPU_MASK)

6. cmp x0, #MVEBU_PRIMARY_CPU

7. cset w0, eq

8. ret

9. endfunc plat_is_my_cpu_primary

5、mailbox的介紹

5.1 mailbox是什么

mailbox就說(shuō)一塊內(nèi)存，所有的core都能訪問(wèn)這塊內(nèi)存。第一次啟動(dòng)時(shí)，core會(huì)填充mailbox，將其下次resume時(shí)的地址、secondary core的啟動(dòng)地址、warm reset的地址寫入到mailbox內(nèi)存中，這幾個(gè)地址其實(shí)是一個(gè)地址。同時(shí)也會(huì)將這個(gè)地址寫入到SOC PMIC寄存器中，影響到RVBAR_EL3的值。

當(dāng)SOC一上電所有core都啟動(dòng)的這種情況下，主核會(huì)繼續(xù)跑，從核會(huì)在SOC一上電就進(jìn)入wfi狀態(tài)。當(dāng)從核需要繼續(xù)啟動(dòng)時(shí)，該core從BL1 BL2 BL31正常流程啟動(dòng)時(shí)，會(huì)在BL1、BL2 at EL3、BL31中，強(qiáng)制跳轉(zhuǎn)到mailbox的地址，跳過(guò)主核已經(jīng)初始化的部分；

當(dāng)SOC一上電，只有一個(gè)core上電的情況下，主核繼續(xù)跑，從核未上電。當(dāng)從核需要啟動(dòng)時(shí)，相當(dāng)于cold reset，從核會(huì)直接從RVBAR_EL3處開始跑，也就是你設(shè)置的entrypoint。

5.2 mailbox的作用

mailbox中定義了entrypoint地址，當(dāng)core從BL1 BL2 BL31正常流程啟動(dòng)時(shí)，會(huì)在BL1、BL2 at EL3、BL31中，強(qiáng)制跳轉(zhuǎn)到mailbox的地址，以跳過(guò)已初始化的部分。

5.3 mailbox的示例

其實(shí)就是定義了一塊內(nèi)存，主核第一次跑時(shí)，會(huì)填充該內(nèi)存。主核第二次跑時(shí)或從和跑時(shí)，檢測(cè)該內(nèi)存已經(jīng)填充過(guò)了，則走warm啟動(dòng)流程，即強(qiáng)制跳轉(zhuǎn)到mailbox中的address地址。

6、具體場(chǎng)景的總結(jié)

• 串口中斷中敲擊reboot命令、或系統(tǒng)panic時(shí)導(dǎo)致的機(jī)器重啟：在一些的SOC廠商設(shè)計(jì)中，應(yīng)該是code reboot。比如在Linux Kernel中敲擊reboot，到底層還是寫的一些寄存器控制pmic(或PMU)，直接給cpu下電了。然后再上電，SOC還是會(huì)給Core發(fā)送signal configuration，此時(shí)RVBAR_EL3又會(huì)變成ASIC設(shè)置的值.

• Suspend和Resume：比如我在看ATF中的海思平臺(tái)，在ATF的suspend函數(shù)，將bl31_warm_entrypoint地址寫入到了SOC PMIC的一個(gè)寄存器中(上電時(shí)，該寄存器會(huì)影響的是RVBARADDR信號(hào))。此時(shí)系統(tǒng)深睡的時(shí)候，應(yīng)該是Linux Kernel調(diào)用到ATF，將bl31_warm_entrypoint地址寫入到了pmu/pmic相關(guān)的寄存器中，在下一次reset時(shí)，會(huì)影響到signal configuration繼而改變RVBAR_EL3的值。然后還會(huì)給各個(gè)模塊下電(給哪些模塊下電是SOC的設(shè)計(jì)和邏輯)，最后再給ARM Core下電， 這就算是深睡了。Resume的時(shí)候，也是有一些SOC的硬件行為，然后再給Core上電，那給Core上電后，一上電執(zhí)行的是哪里？

  PC還是指向RVBAR_EL3中的地址，當(dāng)然這是我們suspend的時(shí)候更改過(guò)的，其實(shí)就是bl31_warm_entrypoint

• RMR_EL3：本文中都沒有提到RMR_EL3。那么RMREL3是干啥的呢？這是ARM的一個(gè)feature，怎么用？是你自己的設(shè)計(jì)，隨便你。你寫RMR_EL3中的bit，就可以觸發(fā)warm reset. 一般的kernel dump、或者一些工具，就可以主動(dòng)觸發(fā)RMR_EL3，然后去干一些活. 還有在csdn上看到一篇高通soc的啟動(dòng)流程的博客，他們正常的啟動(dòng)流程中，某一個(gè)鏡像跳轉(zhuǎn)到另外一個(gè)鏡像時(shí)，竟然就是寫了一些RMR_EL3，觸發(fā)warm_reset，另外一個(gè)鏡像的地址恰好就是warm reset的跳轉(zhuǎn)地址。