基于S3C2410开发板的BootLoader实现

3.3基于S3C2410开发板的BootLoader实现本节将以实例讲述基于S3C2410开发板的BootLoader的具体实现，主要分两个方面进行介绍，一是介绍基于U-Boot的移植，二是介绍DIY方式开发BootLoader。要移植或开发BootLoader首先要清楚具体的硬件系统，在这里就是要了解我们使用的目标板——S3C2410开发板。3.3.1S3C2410开发板介绍本书中所设计的开发板相关的实例都是基于S3C2410开发板设计和测试的。S3C2410开发板是非常通用的一款ARM9开发板，读者使用任何类型的ARM9开发板都能参考书中的实例。S3C2410开发板的基本配置如下：●CPU采用三星的S3C2410ARM920T，主频203MHz。集成有SDRAM内存控制器、NANDFlash控制器、SD卡控制器、USBHost和USBDevice控制器、LCD控制器、IIC总线控制器、IIS控制器、SPI接口等多种接口。●存储器64MB的SDRAM；64MB的NANDFlash[注1]。*●以太网控制器10MB网口、CS8900Q3、带联接和传输指示灯。●串行接口系统提供两个串行收发DB9母口连接器，上面分别表示COM0、COM1。●USBHost接口两个USB1.1HOST接口；一个USB1.1Device接口。●存储接口一个SD卡接口；一个十针的AD接口；一个IDE接口。●LCD和触摸屏接口一个50芯LCD接口引出了LCD控制器和触摸屏的全部信号。提供TFT真彩LCD的接口，LCD模块不需要外接电源等，插入该接口直接可以使用。接口另外还带触摸屏的接口。●调试及下载接口20针Multi-ICE标准JTAG接口，支持SDT2.51和ADS1.2调试。●音频接口采用IIS接口芯片UDA1341，一路立体声音频输出接口可接耳机或音箱；支持录音，开发板自带主机体话筒可直接录音，另有一路话筒输入接口可接麦克风。●电源接口5V电源供电，带电源开关和指示灯。●操作系统支持Linux2.4或以上系统，支持WindowsCE4.2.net。开发板上包括1片64M×8位数据宽度的NANDFlash（K9F1208）和2片16M×16位数据宽度的SDRAM，地址范围为0x30000000～0x34000000。S3C2410将系统的存储空间分为8组（Bank），每组大小为128MB，共1GB。Bank0到Bank5之间的开始地址是固定的，用于ROM或SRAM；Bank6和Bank7用于ROM、SRAM或SDRAM，这两个组是可编程且大小相同的。S3C2410具有3种启动方式，通过OM[1:0]管脚进行选择。①OM[1:0]=00时，处理器通过NANDFlash启动；②OM[1:0]=01时，处理器通过16位宽的ROM启动；③OM[1:0]=10时，处理器通过32位宽的ROM启动。由于NANDFlash有容量大，比NorFlash便宜等优势，所以经常选择NANDFlash启动。当从NorFlash启动时，要把Flash芯片的首地址映射到0x00000000位置，系统启动后，启动程序本身把自己从Flash搬运到RAM中去。当从NANDFlash启动时，S3C2410会自动把NANDFlash的前4KB数据搬到自己内部的RAM中去，并把内部RAM的首地址设为0x00000000，CPU从0x00000000地址开始运行。本章选择的实现启动方式就是通过NANDFlash启动。如图3.1所示为通过NorFlash启动和NANDFlash启动两种方式存储空间的分配，图（a）是nGCS0片选的NorFlash启动模式存储分配图；图（b）是NANDFlash启动模式的存储分配图。其中SFR为SpecialFunctionRegister的缩写，即特殊功能寄存器。3.3.2U-Boot分析与移植本节以应用非常广泛的U-Boot为例讲述基于S3C2410开发板的BootLoader分析与移植。解压u-boot-1.1.6.tar.bz2包，查看其目录结构如下所示：#tree–L1-d.|--board|--common|--cpu|--disk|--doc|--drivers|--dtt|--examples|--fs|--include|--lib_arm|--lib_avr32|--lib_blackfin|--lib_generic|--lib_i386|--lib_m68k|--lib_microblaze|--lib_mips|--lib_nios|--lib_nios2|--lib_ppc|--nand_spl|--net|--post|--rtc`--tools26directories(a)(b)图3.1两种启动方式内存映射的比较(a)NotusingNANDFlashforbootingROM;(b)UsingNANDFlashforbootingROM大多数BootLoader都包含“启动加载”模式和“下载”模式，U-Boot作为一款强大的Boot-Loader也支持这两种工作模式，并且允许用户在这两种模式之间切换。同时U-Boot也分为Stage1和Stage2两个阶段，其中依赖于CPU体系结构的代码通常都放在Stage1里，并且通常用汇编语言实现；Stage2通常用C语言实现，可以实现更复杂的功能，并且有更好的移植性和可读性。1．U-BootStage1分析U-Boot的Stage1通常是在start.S文件中实现的，并且都是用汇编语言编写的。一个可执行性image文件必须有一个入口点，并且只能有一个全局入口点，通常这个入口点的地址放在ROM（Flash）0x0位置，因此必须使编译器知道这个入口地址，该过程通常通过修改连接器的脚本文件来完成。由于S3C2410开发板与smdk2410开发板的配置接近，所以此处参考smdk2410的U-Boot实现程序。打开board/smdk2410/u-boot.lds文件，该脚本文件的内容如下所示：OUTPUT_FORMAT(elf32-littlearm,elf32-littlearm,elf32-littlearm)OUTPUT_ARCH(arm)ENTRY(_start)SECTIONS{.=0x00000000;.=ALIGN(4);.text:{cpu/arm920t/start.o(.text)*(.text)}.=ALIGN(4);.rodata:{*(.rodata)}.=ALIGN(4);.data:{*(.data)}.=ALIGN(4);.got:{*(.got)}.=.;__u_boot_cmd_start=.;.u_boot_cmd:{*(.u_boot_cmd)}__u_boot_cmd_end=.;.=ALIGN(4);__bss_start=.;.bss:{*(.bss)}_end=.;}其中，ENTRY(_start)在cpu/arm920t/start.S文件定义了入口点，入口地址为0x00000000。在cpu/arm920t/config.mk文件中定义了代码区基地址TEXT_BASE=0x33F80000。接下来分析U-Boot的Stage1的核心文件start.S。（1）设置异常向量表ARM处理器一般包括复位、未定义指令、SWI、预取终止、数据终止、IRQ、FIQ等异常，关于ARM处理器这些异常在后面会有专门的介绍，其中U-Boot中关于异常向量的定义如下，当发生异常时执行cpu/arm920t/interrupts.c文件。.globl_start_start:bresetldrpc,_undefined_instructionldrpc,_software_interruptldrpc,_prefetch_abortldrpc,_data_abortldrpc,_not_usedldrpc,_irqldrpc,_fiq（2）设置CPU模式为SVC模式Reset即复位，在系统中经常会用到，该操作是异常处理的第一个操作，其主要目的是设置CPU模式为SVC模式。在此有必要介绍一下ARM处理器的7种工作模式。●用户模式（usr）ARM处理器正常的程序执行状态；●快速中断模式（fiq）用于高速数据传输或通道处理；●外部中断模式（irq）用于通用的中断处理；●管理模式（svc）操作系统使用的保护模式；●数据访问终止模式（abt）当数据或指令预取终止时进入该模式，可用于虚拟存储及存储保护；●系统模式（sys）运行具有特权的操作系统任务；●未定义指令中止模式（und）当未定义的指令执行时进入该模式，可用于支持协处理器的软件仿真。ARM微处理器共有37个32位寄存器，其中31个为通用寄存器，6个为状态寄存器。但是这些寄存器不能被同时访问，具体哪些寄存器是可编程访问的，取决于微处理器的工作状态及具体的运行模式。但在任何时候，通用寄存器R0～R14、程序计数器PC、一个或两个状态寄存器都是可访问的。通用寄存器包括R0～R15，可以分为3类。●未分组寄存器R0～R7在所有的运行模式下，未分组寄存器都指向同一个物理寄存器，它们未被系统用作特殊的用途。因此，在中断或异常处理进行运行模式转换时，由于不同处理器的运行模式均使用相同的物理寄存器，可能会造成寄存器中数据的破坏，这一点在进行程序设计时应引起注意。●分组寄存器R8～R14对于分组寄存器，它们每一次所访问的物理寄存器与处理器当前的运行模式有关。对于R8～R12来说，每个寄存器对应两个不同的物理寄存器，当使用fiq模式时，访问寄存器R8_fiq～R12_fiq；当使用除fiq模式以外的其他模式时，访问寄存器R8_usr～R12_usr。对于R13、R14来说，每个寄存器对应6个不同的物理寄存器，其中的一个是用户模式与系统模式共用，另外5个物理寄存器对应于其他5种不同的运行模式。●程序计数器PC(R15)在ARM状态下，位[1:0]为0，位[31:2]用于保存PC；在Thumb状态下，位[0]为0，位[31:1]用于保存PC。虽然可以用作通用寄存器，但是有一些指令在使用R15时有一些特殊限制，若不注意，执行的结果将是不可预料的。在ARM状态下，PC的0和1位是0，在Thumb状态下，PC的0位是0。注意，Thumb状态下的寄存器集是ARM状态下寄存器集的一个子集，程序可以直接访问8个通用寄存器（R7～R0）、程序计数器（PC）、堆栈指针（SP）、连接寄存器（LR）和CPSR。同时，在每一种特权模式下都有一组SP、LR和SPSR。设置CPU模式为SVC模式操作的具体实现代码如下，其中CPSR是CurrentProgramStatusRegister的缩写，即当前程序状态寄存器，寄存器R16用作CPSR，CPSR可在任何运行模式下被访问，它包括条件标志位、中断禁止位、当前处理器模式标志位，以及其他一些相关的控制和状态位。每一种运行模式下又都有一个专用的物理状态寄存器，称为SPSR是SavedProgramStatusRegister的缩写，即备份程序状态寄存器，当异常发生时，SPSR用于保存CPSR的当前值，从异常退出时则可由SPSR来恢复CPSR。与CPU相关的寄存器设置需要参考S3C2410的用户手册来实现。mrsr0,cpsrbicr0,r0,#0x1forrr0,r0,#0xd3msrcpsr,r0（3）关闭看门狗看门狗即watchdogtimer，是一个定时器电路，一般有一个输入叫喂狗，一个输出到MCU（MicroControllerUnit，多点控制单元）的RST端（复位端）。MCU正常工作的时候，每隔一段时间输出一个信号到喂狗端，给WDT（watchdogtimer的简写）清零，如果超过规定的时间不喂狗，一般在程序跑飞时WDT定时超过，就会给出一个复位信号到MCU，然后MCU复位。看门狗的作用就是防止程序发生死循环，或者说程序跑飞。根据S3C2410的用户手册，关闭看门狗的具体实现如下：#ifdefine