U-Boot 中添加自定义网络通信的方法

U-boot 没有 TCP 协议栈,不支持 TCP(提出要在 U-boot 里面支持 TCP 的协议的 PM 你给我出去)。但是UDP 还是有的。使用 U-boot 配合 UDP 可以做很多底层的功能。甚至我以前做过的项目中,计划在产品生产的时候,先对产品中的 NOR-Flash 编程,然后通过 NOR-Flash 中的 U-boot 来烧写 NAND-Flash,这样可以在产品早期节省一笔 NAND 烧录器的开支。

本文章没啥参考资料,完全是看着U-Boot的代码写出来的。以下说明具体的修改过程。

本文章采用 知识共享署名-非商业性使用-相同方式共享 4.0 国际许可协议 进行许可。

原文发布于:https://segmentfault.com/a/1190000005273491,也是作者本人的专栏。


准备用于NetLoop的软件程序

要给U-Boot添加一个UDP处理工具,那么首先应该准备用于这个程序的.c和.h文件。比如我就写了amc_udp.camc_udp.h

准备UDP send函数

如何构建发送函数和接口视需求决定。但最终都是需要在函数内调用这个U-Boot API:

NetSendUDPPacket(uchar   *ether,
                 IPaddr_t dest,
                 int      dport,
                 int      sport,
                 int      len);

以下是各参数说明:

  • ether:目标的以太网地址。如果是广播,则使用全局变量NetBroadcastAddr;如果未知,则指定全零的char[6]={0,0,0,0,0,0}
  • dest:目标的IP地址。如果是广播,则指定0;如果是单播,则制定一个ulong值。可以指定已经设置好了的全局变量NetServerIP
  • dport:包发送的目的端口,即远端端口
  • sport:不是“sport”,而是“source-port”。包发送的源端口
  • len:UDP包正文的长度。发送之前需要事先设置好正文,参见下文说明

上面提到了发送之前必须设置好正文,那么正文在哪呢?正文在net.c的一个全局变量中,应这样获得:

uchar *context = (uchar *)(NetTxPacket + NetEthHdrSize() + IP_HDR_SIZE);

准备UDP Timeout的处理函数

超时函数貌如static void amc_udp_timeout()。主要做一些超时时需要处理,然后设置

NetState = NETLOOP_FAIL

然后返回,这样NetLoop会提示错误退出。

准备接收处理函数

接收函数形式如:

static void amc_udp_handler(uchar *pkt, unsigned dest, unsigned srt, unsigned len);

下面列出可以在函数中获得的信息:

  • IP报头:

IP_t *ipPky = pkt - (IP_HDR_SIZE);

这一句将pkt所代表的正文前推一段距离,以获得IP报文头,此时你可以完整获取报文信息,比如:

IPAddr_t ipFrom = ipPkg->ip_src; // 可以用于UDP response

而其他的一些信息,参见IP报文的格式可知。

  • 端口信息dest表示目标port,可就是远端发往本地的port;相对应地,src代表远端port。
  • IP报文正文pkt本身就是,使用len获得长度
  • 完成处理:NetLoop的完成处理是看全局变量NetState的。一般设置为NETLOOP_FAILNETLOOP_SUCCESS都导导致NetLoop()结束。其他的暂时未研究。

准备NetLoop()调用接口

撰写一个诸如void amc_udp_start()的函数,开始整个功能。在开始之前,需要以下两句:

NetSetHandler(amc_udp_handler);
NetSetTimeout(AMC_UDP_TIMEOUT_SEC * CFG_HZ, amc_udp_timeout);

配置好handler和timeout回调之后,就可以send udp了。

另:传输过程中,建议设置NetBootFileXferSize代表传输大小,也就是NetLoop的返回值。


修改net.c和net.h

首先要在net.h中添加一个协议名,如下“AMCUDP”:

typedef enum {
    BOOTP, RARP, ARP, TFTP, DHCP, PING, DNS, NFS,
    CDP, NETCONS, SNTP, AMCUDP
} proto_t;

然后在NetLoop中添加执行分支:

......
    switch (protocol) {
        case TFTP:
            ...
            break;
        ......
        case AMCUDP:
            amc_udp_start();
            break;
        default:
            break;
    }
......

后面U-boot自然会按照你写的函数处理网络接收和相应的动作。


修改UDP checksum

在net.c中搜索if(0 == strcmp(getenv("udpsum"), "on")),或者是直接搜udpsum可以找到UDP校验的开关。这里建议改为强制打开。

有一些U-boot是这样写的:

ip->xsum = ~NetCksum((uchar *)ip, IP_HDR_SIZE_NO_UDP / 2);

启动自定义网络通信

NetLoop()函数的传入参数非常少,所以经常需要使用别的方法/函数或者是全局变量来配置。配置完成之后再开始NetLoop()。调用NetLoop监听的方法为:

netLoopRet = NetLoop(AMCUDP);

返回值小于0代表失败,可以重试


关于ARP

理论上,当调用NetSendUDPPacket时,如果传入的MAC地址为全0的话,U-boot会自动完成ARP过程之后再发出自定义的ARP包。但我手头项目的U-Boot代码不是这样的,它直接获得MAC地址之后就什么都不做了,这可能是一个未完成的bug。

其实是可以解决这个问题嗒。修改方法参见下一篇文章


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