uboot 开始阶段启动代码分析

下面结合移植uboot到 s3c2440来分析如何改写相关的uboot源码（上节已经给出uboot源码，可以参考） 

 

根据cpu/arm920t/u-boot.lds中指定的连接方式：

     看一下uboot.lds文件，在board/smdk2410目录下面，uboot.lds是告诉编译器这些段改怎么划分，GUN编译过的段，最基本的 三个段是RO，RW，ZI，RO表示只读，对应于具体的指代码段，RW是数据段，ZI是归零段，就是全局变量的那段。Uboot代码这么多，如何保证 start.s会第一个执行，编译在最开始呢？就是通过uboot.lds链接文件进行

OUTPUT_FORMAT("elf32-littlearm", "elf32-littlearm", "elf32-littlearm")
/*OUTPUT_FORMAT("elf32-arm", "elf32-arm", "elf32-arm")*/
OUTPUT_ARCH(arm)
ENTRY(_start)
SECTIONS
{
. = 0x00000000; //起始地址

. = ALIGN(4); //4字节对齐
.text : //test指代码段，上面3行标识是不占用任何空间的
{
cpu/arm920t/start.o (.text) //这里把start.o放在第一位就表示把start.s编
译时放到最开始，这就是为什么把uboot烧到起始地址上它肯定运行的是start.s
*(.text)
}

. = ALIGN(4); //前面的 “.” 代表当前值，是计算一个当前的值，是计算上
面占用的整个空间，再加一个单元就表示它现在的位置
.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表示归零段
.bss : { *(.bss) }
_end = .;
}
       第一个链接的是cpu/arm920t/start.o，因此u-boot.bin的入口代码在cpu/arm920t/start.o中，其源代码在 cpu/arm920t/start.S中。下面我们来分析cpu/arm920t/start.S的执行。

1.      硬件设备初始化

（1）设置异常向量

          下面代码是系统启动后U-boot上电后运行的第一段代码，它是什么意思？

          u-boot对应的第一阶段代码放在cpu/arm920t/start.S文件中，入口代码如下：.

globl _startglobal                                    /*声明一个符号可被其它文件引用，相当于声明了一个全局变量，.globl与.global相同*/

_start:    b     start_code                    /* 复位 */b是不带返回的跳转(bl是带返回的跳转)，意思是无条件直接跳转到start_code标号出执行程序

       ldr   pc, _undefined_instruction      /* 未定义指令向量 l---dr相当于mov操作*/

       ldr   pc, _software_interrupt            /*  软件中断向量 */

       ldr   pc, _prefetch_abort                  /*  预取指令异常向量 */

       ldr   pc, _data_abort                        /*  数据操作异常向量 */

       ldr   pc, _not_used                           /*  未使用   */

       ldr   pc, _irq                                     /*  irq中断向量  */

       ldr   pc, _fiq                                     /*  fiq中断向量  */

/*  中断向量表入口地址 */

_undefined_instruction:    .word undefined_instruction  /*就是在当前地址，即_undefined_instruction 处存放 undefined_instruction*/

_software_interrupt:  .word software_interrupt

_prefetch_abort:  .word prefetch_abort

_data_abort:        .word data_abort

_not_used:          .word not_used

_irq:                     .word irq

_fiq:                     .word fiq 

word伪操作用于分配一段字内存单元(分配的单元都是字对齐的)，并用伪操作中的expr初始化

 

       .balignl 16,0xdeadbeef

       他们是系统定义的异常，一上电程序跳转到_start异常处执行相应的汇编指令，下面定义出的都是不同的异常，比如软件发生软中断时，CPU就会去执行软中断的指令，这些异常中断在CPU中地址是从0开始，每个异常占4个字节

       ldr pc, _undefined_instruction表示把_undefined_instruction存放的数值存放到pc指针上

                   _undefined_instruction: .word undefined_instruction表示未定义的这个异常是由.word来定义的，它表示定义一个字，一个32位的数

.  word后面的数：表示把该标识的编译地址写入当前地址，标识是不占用任何指令的。把标识存放的数值copy到指针pc上面，那么标识上存放的值是什么？

是由.word undefined_instruction来指定的，pc就代表你运行代码的地址，她就实现了CPU要做一次跳转时的工作。

       以上代码设置了ARM异常向量表，各个异常向量介绍如下：

表 2.1 ARM异常向量表

地址	异常	进入模式	描述
0x00000000	复位	管理模式	复位电平有效时，产生复位异常，程序跳转到复位处理程序处执行
0x00000004	未定义指令	未定义模式	遇到不能处理的指令时，产生未定义指令异常
0x00000008	软件中断	管理模式	执行SWI指令产生，用于用户模式下的程序调用特权操作指令
0x0000000c	预存指令	中止模式	处理器预取指令的地址不存在，或该地址不允许当前指令访问，产生指令预取中止异常
0x00000010	数据操作	中止模式	处理器数据访问指令的地址不存在，或该地址不允许当前指令访问时，产生数据中止异常
0x00000014	未使用	未使用	未使用
0x00000018	IRQ	IRQ	外部中断请求有效，且CPSR中的I位为0时，产生IRQ异常
0x0000001c	FIQ	FIQ	快速中断请求引脚有效，且CPSR中的F位为0时，产生FIQ异常

      

      在cpu/arm920t/start.S中还有这些异常对应的异常处理程序。当一个异常产生时，CPU根据异常号在异常向量表中找到对应的异常向量，然后执行异常向量处的跳转指令，CPU就跳转到对应的异常处理程序执行。

       其中复位异常向量的指令“b restart”决定了U-Boot启动后将自动跳转到标号“restart”处执行。

（2）CPU进入SVC模式

start_code:

       /*

        * set the cpu to SVC32 mode

        */

       mrs r0, cpsr

       bic  r0, r0, #0x1f        /*工作模式位清零 */

       orr   r0, r0, #0xd3              /*工作模式位设置为“10011”（管理模式），并将中断禁止位和快中断禁止位置1 */

       msr cpsr, r0

       以上代码将CPU的工作模式位设置为管理模式，即设置相应的CPSR程序状态字，并将中断禁止位和快中断禁止位置一，从而屏蔽了IRQ和FIQ中断。

       操作系统先注册一个总的中断，然后去查是由哪个中断源产生的中断，再去查用户注册的中断表，查出来后就去执行用户定义的用户中断处理函数。

（3）设置控制寄存器地址

# if defined(CONFIG_S3C2400)        /*关闭看门狗*/

#  define pWTCON 0x15300000       /*;看门狗寄存器*/

#  define INTMSK  0x14400008        /*;中断屏蔽寄存器*/

#  define CLKDIVN      0x14800014 /*;时钟分频寄存器*/

#else      /* s3c2410与s3c2440下面4个寄存器地址相同 */

#  define pWTCON 0x53000000               /* WATCHDOG控制寄存器地址 */

#  define INTMSK  0x4A000008                     /* INTMSK寄存器地址  */

#  define INTSUBMSK 0x4A00001C      /* INTSUBMSK寄存器地址 次级中断屏蔽寄存器*/

#  define CLKDIVN      0x4C000014                   /* CLKDIVN寄存器地址 ;时钟分频寄存器*/

# endif

       对与s3c2440开发板，以上代码完成了WATCHDOG，INTMSK，INTSUBMSK，CLKDIVN四个寄存器的地址的设置。

（4）关闭看门狗

       ldr   r0, =pWTCON   /*将pwtcon寄存器地址赋给R0*/

       mov       r1, #0x0      /*r1的内容为0*/

       str   r1, [r0]                /* 看门狗控制器的最低位为0时，看门狗不输出复位信号 */

       以上代码向看门狗控制寄存器写入0，关闭看门狗。否则在U-Boot启动过程中，CPU将不断重启。

为什么要关看门狗？

         就是防止，不同得两个以上得CPU，进行喂狗的时间间隔问题：说白了，就是你运行的代码如果超出喂狗时间，而你不关狗，就会导致，你代码还没运行完又得去喂狗，就这样反复得重启CPU，那你代码永远也运行不完，所以，得先关看门狗得原因，就是这样。

关狗---详细的原因：

      关闭看门狗，关闭中断，所谓的喂狗是每隔一段时间给某个寄存器置位而已，在实际中会专门启动一个线程或进程会专门喂狗，当上层软件出现故障时就会停止喂狗，

      停止喂狗之后，cpu会自动复位，一般都在外部专门有一个看门狗，做一个外部的电路，不在cpu内部使用看门狗，cpu内部的看门狗是复位的cpu

       当开发板很复杂时，有好几个cpu时，就不能完全让板子复位，但我们通常都让整个板子复位。看门狗每隔短时间就会喂狗，问题是在两次喂狗之间的时间间隔 内，运行的代码的时间是否够用，两次喂狗之间的代码是否在两次喂狗的时间延迟之内，如果在延迟之外的话，代码还没改完就又进行喂狗，代码永远也改不完

（5）屏蔽中断

       /*

        * mask all IRQs by setting all bits in the INTMR - default

        */

       mov       r1, #0xffffffff     /*屏蔽所有中断， 某位被置1则对应的中断被屏蔽 */ /*寄存器中的值*/

       ldr   r0, =INTMSK       /*将管理中断的寄存器地址赋给ro*/

       str   r1, [r0]                  /*将全r1的值赋给ro地址中的内容*/

      　　　　　　 INTMSK是主中断屏蔽寄存器，每一位对应SRCPND（中断源引脚寄存器）中的一位，表明SRCPND相应位代表的中断请求是否被CPU所处理。

     　　　　　　  INTMSK寄存器是一个32位的寄存器，每位对应一个中断，向其中写入0xffffffff就将INTMSK寄存器全部位置一，从而屏蔽对应的中断。

# if defined(CONFIG_S3C2440)

          ldr  r1, =0x7fff                  

         ldr  r0, =INTSUBMSK  

         str  r1, [r0]            

 # endif

       INTSUBMSK每一位对应SUBSRCPND中的一位，表明SUBSRCPND相应位代表的中断请求是否被CPU所处理。

          　　　　INTSUBMSK寄存器是一个32位的寄存器，但是只使用了低15位。向其中写入0x7fff就是将INTSUBMSK寄存器全部有效位（低15位）置一，从而屏蔽对应的中断。

屏蔽所有中断，为什么要关中断？

　　　　中断处理中ldr pc是将代码的编译地址放在了指针上，而这段时间还没有搬移代码，所以编译地址上面没有这个代码，如果进行跳转就会跳转到空指针上面

（6）设置MPLLCON,UPLLCON, CLKDIVN

# if defined(CONFIG_S3C2440) 

#define MPLLCON   0x4C000004

#define UPLLCON   0x4C000008  

          ldr  r0, =CLKDIVN   ;设置时钟

          mov  r1, #5

          str  r1, [r0]

 

          ldr  r0, =MPLLCON

          ldr  r1, =0x7F021 

          str  r1, [r0]

 

    ldr  r0, =UPLLCON 

          ldr  r1, =0x38022

          str  r1, [r0]

# else

       /* FCLK:HCLK:PCLK = 1:2:4 */

       /* default FCLK is 120 MHz ! */

       ldr   r0, =CLKDIVN

       mov       r1, #3

       str   r1, [r0]

#endif

       CPU上电几毫秒后，晶振输出稳定，FCLK=Fin（晶振频率），CPU开始执行指令。但实际上，FCLK可以高于Fin，为了提高系统时钟，需要用软件来启用PLL。这就需要设置CLKDIVN，MPLLCON，UPLLCON这3个寄存器。

       CLKDIVN寄存器用于设置FCLK，HCLK，PCLK三者间的比例，可以根据表2.2来设置。

表 2.2 S3C2440 的CLKDIVN寄存器格式

CLKDIVN	位	说明	初始值
HDIVN	[2:1]	00 : HCLK = FCLK/1.       01 : HCLK = FCLK/2.       10 : HCLK = FCLK/4 （当 CAMDIVN[9] = 0 时）       HCLK= FCLK/8  （当 CAMDIVN[9] = 1 时）       11 : HCLK = FCLK/3 （当 CAMDIVN[8] = 0 时）       HCLK = FCLK/6 （当 CAMDIVN[8] = 1时）	00
PDIVN	[0]	0: PCLK = HCLK/1   1: PCLK = HCLK/2	0

 

       设置CLKDIVN为5，就将HDIVN设置为二进制的10，由于CAMDIVN[9]没有被改变过，取默认值0，因此HCLK = FCLK/4。PDIVN被设置为1，因此PCLK= HCLK/2。因此分频比FCLK:HCLK:PCLK = 1:4:8 。

       MPLLCON寄存器用于设置FCLK与Fin的倍数。MPLLCON的位[19:12]称为MDIV，位[9:4]称为PDIV，位[1:0]称为SDIV。

       对于S3C2440，FCLK与Fin的关系如下面公式：

       MPLL(FCLK) = (2×m×Fin)/(p× )

       其中： m=MDIC+8，p=PDIV+2，s=SDIV

       MPLLCON与UPLLCON的值可以根据参考文献4中“PLL VALUE SELECTION TABLE”设置。该表部分摘录如下：

表 2.3 推荐PLL值

输入频率	输出频率	MDIV	PDIV	SDIV
12.0000MHz	48.00 MHz	56(0x38)	2	2
12.0000MHz	405.00 MHz	127(0x7f)	2	1

       当tq2440系统主频设置为405MHZ，USB时钟频率设置为48MHZ时，系统可以稳定运行，因此设置MPLLCON与UPLLCON为：

       MPLLCON=(0x7f<<12) | (0x02<<4) | (0x01) = 0x7f021

       UPLLCON=(0x38<<12) | (0x02<<4) | (0x02) = 0x38022

默认频率为      FCLK:HCLK:PCLK = 1:2:4,默认 FCLK 的值为 120 MHz,该值为 S3C2410 手册的推荐值。

设置时钟分频，为什么要设置时钟？

起始可以不设，系统能不能跑起来和频率没有任何关系，频率的设置是要让外围的设备能承受所设置的频率，如果频率过高则会导致cpu操作外围设备失败

说白了：设置频率，就为了CPU能去操作外围设备

（7）关闭MMU，cache  ------（也就是做bank的设置）

       接着往下看：

#ifndef CONFIG_SKIP_LOWLEVEL_INIT

       bl    cpu_init_crit  /* ;跳转并把转移后面紧接的一条指令地址保存到链接寄存器LR(R14)中，以此来完成子程序的调用*/

#endif

       cpu_init_crit这段代码在U-Boot正常启动时才需要执行，若将U-Boot从RAM中启动则应该注释掉这段代码。

       下面分析一下cpu_init_crit到底做了什么：

320  #ifndef CONFIG_SKIP_LOWLEVEL_INIT

321  cpu_init_crit:

322      /*

323       * 使数据cache与指令cache无效 */

324       */ 

325      mov       r0, #0

326      mcr p15, 0, r0, c7, c7, 0    /* 向c7写入0将使ICache与DCache无效*/

327      mcr p15, 0, r0, c8, c7, 0    /* 向c8写入0将使TLB失效 ，协处理器*/  

328 

329      /*

330       * disable MMU stuff and caches

331       */

332      mrc p15, 0, r0, c1, c0, 0    /*  读出控制寄存器到r0中  */

333      bic  r0, r0, #0x00002300   @ clear bits 13, 9:8 (--V- --RS)

334      bic  r0, r0, #0x00000087   @ clear bits 7, 2:0 (B--- -CAM)

335      orr   r0, r0, #0x00000002   @ set bit 2 (A) Align

336      orr   r0, r0, #0x00001000   @ set bit 12 (I) I-Cache

337      mcr p15, 0, r0, c1, c0, 0    /*  保存r0到控制寄存器  */

338 

339      /*

340       * before relocating, we have to setup RAM timing

341       * because memory timing is board-dependend, you will

342       * find a lowlevel_init.S in your board directory.

343       */

344      mov       ip, lr

345 

346      bl    lowlevel_init

347 

348      mov       lr, ip

349      mov       pc, lr

350  #endif /* CONFIG_SKIP_LOWLEVEL_INIT */

               代码中的c0，c1，c7，c8都是ARM920T的协处理器CP15的寄存器。其中c7是cache控制寄存器，c8是TLB控制寄存器。325~327行代码将0写入c7、c8，使Cache，TLB内容无效。

       第332~337行代码关闭了MMU。这是通过修改CP15的c1寄存器来实现的，先看CP15的c1寄存器的格式（仅列出代码中用到的位）：

表 2.3 CP15的c1寄存器格式（部分）

15	14	13	12	11	10	9	8	7	6	5	4	3	2	1	0
.	.	V	I	.	.	R	S	B	.	.	.	.	C	A	M

       各个位的意义如下：

V :  表示异常向量表所在的位置，0：异常向量在0x00000000；1：异常向量在 0xFFFF0000
I :  0 ：关闭ICaches；1 ：开启ICaches
R、S : 用来与页表中的描述符一起确定内存的访问权限
B :  0 ：CPU为小字节序；1 ： CPU为大字节序
C :  0：关闭DCaches；1：开启DCaches
A :  0：数据访问时不进行地址对齐检查；1：数据访问时进行地址对齐检查
M :  0：关闭MMU；1：开启MMU

       332~337行代码将c1的 M位置零，关闭了MMU。

为什么要关闭catch和MMU呢？catch和MMU是做什么用的？

    MMU是Memory Management Unit的缩写，中文名是单元，它是中央处理器（CPU）中用来管理虚拟存储器、物理存储器的控制线路

    同时也负责映射为物理地址，以及提供硬件机制的内存访问授权      

概述：

一，关catch

       catch和MMU是通过CP15管理的，刚上电的时候，CPU还不能管理他们

       上电的时候MMU必须关闭，指令catch可关闭，可不关闭，但数据catch一定要关闭

       否则可能导致刚开始的代码里面，去取数据的时候，从catch里面取，而这时候RAM中数据还没有catch过来，导致数据预取异常

二：关MMU

      因为MMU是;把虚拟地址转化为物理地址得作用

      而目的是设置控制寄存器，而控制寄存器本来就是实地址（物理地址），再使能MMU，不就是多此一举了吗？

详细分析---

      Catch是cpu内部的一个2级缓存，它的作用是将常用的数据和指令放在cpu内部，MMU是用来把虚实地址转换为物理地址用的

      我们的目的:是设置控制的寄存器，寄存器都是实地址（物理地址），如果既要开启MMU又要做虚实地址转换的话，中间还多一步，多此一举了嘛?

  
      先要把实地址转换成虚地址，然后再做设置，但对uboot而言就是起到一个简单的初始化的作用和引导操作系统，如果开启MMU的话，很麻烦，也没必要，所以关闭MMU.
    

       说到catch就必须提到一个关键字Volatile，以后在设置寄存器时会经常遇到，他的本质：是告诉编译器不要对我的代码进行优化，作用是让编写者感觉不倒变量的变化情况（也就是说，让它执行速度加快吧）

       优化的过程：是将常用的代码取出来放到catch中，它没有从实际的物理地址去取，它直接从cpu的缓存中去取，但常用的代码就是为了感觉一些常用变量的变化

        优化原因：如果正在取数据的时候发生跳变，那么就感觉不到变量的变化了，所以在这种情况下要用Volatile关键字告诉编译器不要做优化，每次从实际的物理地址中去取指令，这就是为什么关闭catch关闭MMU。

         但在C语言中是不会关闭catch和MMU的，会打开，如果编写者要感觉外界变化，或变化太快，从catch中取数据会有误差，就加一个关键字Volatile。

（8）初始化RAM控制寄存器

                     bl lowlevel_init下来初始化各个bank，把各个bank设置必须搞清楚，对以后移植复杂的uboot有很大帮助
                     设置完毕后拷贝uboot代码到4k空间，拷贝完毕后执行内存中的uboot代码

      其中的lowlevel_init就完成了内存初始化的工作，由于内存初始化是依赖于开发板的，因此lowlevel_init的代码一般放在board 下面相应的目录中。lowlevel_init在board/smdk2410/lowlevel_init.S中定义如下：

45  #define BWSCON   0x48000000        /* 13个存储控制器的开始地址 */

  … …

129  _TEXT_BASE:

130      .word     TEXT_BASE       0x33F80000, board/config.mk中这段话表示，用户告诉编译器编译地址的起始地址

131 

132  .globl lowlevel_init

133  lowlevel_init:

134      /* memory control configuration */

135      /* make r0 relative the current location so that it */

136      /* reads SMRDATA out of FLASH rather than memory ! */

137      ldr     r0, =SMRDATA

138      ldr   r1, _TEXT_BASE

139      sub  r0, r0, r1              /* SMRDATA减 _TEXT_BASE就是13个寄存器的偏移地址 */

140      ldr   r1, =BWSCON   /* Bus Width Status Controller */

141      add     r2, r0, #13*4

142  0:

143      ldr     r3, [r0], #4    /*将13个寄存器的值逐一赋值给对应的寄存器*/

144      str     r3, [r1], #4

145      cmp     r2, r0

146      bne     0b

147 

148      /* everything is fine now */

149      mov       pc, lr

150 

151      .ltorg

152  /* the literal pools origin */

153 

154  SMRDATA:            /*  下面是13个寄存器的值  */

155  .word  … …

156   .word  … …

 … …

       lowlevel_init初始化了13个寄存器来实现RAM时钟的初始化。lowlevel_init函数对于U-Boot从NAND Flash或NOR Flash启动的情况都是有效的。

       U-Boot.lds链接脚本有如下代码：

       .text :

       {

                     cpu/arm920t/start.o    (.text)

                board/samsung/mini2440/lowlevel_init.o (.text)

                 board/samsung/mini2440/nand_read.o (.text)

              … …

       }

  

       board/samsung/mini2440/lowlevel_init.o将被链接到cpu/arm920t/start.o后面，因此board /samsung/mini2440/lowlevel_init.o也在U-Boot的前4KB的代码中。

       U-Boot在NAND Flash启动时，lowlevel_init.o将自动被读取到CPU内部4KB的内部RAM中。因此第137~146行的代码将从CPU内部RAM中复制寄存器的值到相应的寄存器中。

       对于U-Boot在NOR Flash启动的情况，由于U-Boot连接时确定的地址是U-Boot在内存中的地址，而此时U-Boot还在NOR Flash中，因此还需要在NOR Flash中读取数据到RAM中。

       由于NOR Flash的开始地址是0，而U-Boot的加载到内存的起始地址是TEXT_BASE，SMRDATA标号在Flash的地址就是SMRDATA－TEXT_BASE。

       综上所述，lowlevel_init的作用就是将SMRDATA开始的13个值复制给开始地址[BWSCON]的13个寄存器，从而完成了存储控制器的设置。

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 问题一：如果换一块开发板有可能改哪些东西？
                   首先，cpu的运行模式，如果需要对cpu进行设置那就设置，管看门狗，关中断不用改，时钟有可能要改，如果能正常使用则不用改，关闭catch和 MMU不用改，设置bank有可能要改。最后一步拷贝时看地址会不会变，如果变化也要改，执行内存中代码，地址有可能要改。

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问题二：Nor Flash和Nand Flash本质区别：

                  就在于是否进行代码拷贝，也就是下面代码所表述：无论是Nor Flash还是Nand Flash，核心思想就是将uboot代码搬运到内存中去运行，但是没有拷贝bss后面这段代码，只拷贝bss前面的代码，bss代码是放置全局变量的。 Bss段代码是为了清零，拷贝过去再清零重复操作

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（9）复制U-Boot第二阶段代码到RAM

       cpu/arm920t/start.S原来的代码是只支持从NOR Flash启动的，经过修改现在U-Boot在NOR Flash和NAND Flash上都能启动了，实现的思路是这样的：

       bl    bBootFrmNORFlash /*  判断U-Boot是在NAND Flash还是NOR Flash启动  */

       cmp       r0, #0          /*  r0存放bBootFrmNORFlash函数返回值，若返回0表示NAND Flash启动，否则表示在NOR Flash启动  */

       beq nand_boot         /*  跳转到NAND Flash启动代码  */

 

/*  NOR Flash启动的代码  */

       b     stack_setup         /* 跳过NAND Flash启动的代码 */

 

nand_boot:

/*  NAND Flash启动的代码  */

 

stack_setup:       

       /* 其他代码 */

 

       其中bBootFrmNORFlash函数作用是判断U-Boot是在NAND Flash启动还是NOR Flash启动，若在NOR Flash启动则返回1，否则返回0。根据ATPCS规则，函数返回值会被存放在r0寄存器中，因此调用bBootFrmNORFlash函数后根据r0 的值就可以判断U-Boot在NAND Flash启动还是NOR Flash启动。bBootFrmNORFlash函数在board/samsung/mini2440/nand_read.c中定义如下：

int bBootFrmNORFlash(void)

{

    volatile unsigned int *pdw = (volatile unsigned int *)0;

    unsigned int dwVal;

  

    dwVal = *pdw;         /* 先记录下原来的数据 */

    *pdw = 0x12345678;

    if (*pdw != 0x12345678)       /* 写入失败，说明是在NOR Flash启动 */

    {

        return 1;     

    }

    else                                   /* 写入成功，说明是在NAND Flash启动 */

    {

        *pdw = dwVal;        /* 恢复原来的数据 */

        return 0;

    }

}

     无论是从NOR Flash还是从NAND Flash启动，地址0处为U-Boot的第一条指令“ b    start_code”。

       对于从NAND Flash启动的情况，其开始4KB的代码会被自动复制到CPU内部4K内存中，因此可以通过直接赋值的方法来修改。

       对于从NOR Flash启动的情况，NOR Flash的开始地址即为0，必须通过一定的命令序列才能向NOR Flash中写数据，所以可以根据这点差别来分辨是从NAND Flash还是NOR Flash启动：向地址0写入一个数据，然后读出来，如果发现写入失败的就是NOR Flash，否则就是NAND Flash。

       下面来分析NOR Flash启动部分代码：

208      adr  r0, _start              /* r0 <- current position of code   */

209      ldr   r1, _TEXT_BASE            /* test if we run from flash or RAM */

 

/* 判断U-Boot是否是下载到RAM中运行，若是，则不用 再复制到RAM中了，这种情况通常在调试U-Boot时才发生 */

210      cmp      r0, r1      /*_start等于_TEXT_BASE说明是下载到RAM中运行 */

211      beq stack_setup

212  /* 以下直到nand_boot标号前都是NOR Flash启动的代码 */

213      ldr   r2, _armboot_start   /*flash中armboot_start的起始地址*/

214      ldr   r3, _bss_start         /*uboot_bss的起始地址*/

215      sub  r2, r3, r2              /* r2 <- size of armboot  uboot实际程序代码的大小   */

216      add r2, r0, r2              /* r2 <- source end address         */

217  /* 搬运U-Boot自身到RAM中*/

218  copy_loop:

219      ldmia     r0!, {r3-r10} /* 从地址为[r0]的NOR Flash中读入8个字的数据 */

220      stmia      r1!, {r3-r10} /* 将r3至r10寄存器的数据复制给地址为[r1]的内存 */

221      cmp       r0, r2                    /* until source end addreee [r2]    */

222      ble  copy_loop

223      b     stack_setup         /* 跳过NAND Flash启动的代码 */

       下面再来分析NAND Flash启动部分代码：

nand_boot:

    mov r1, #NAND_CTL_BASE 

    ldr r2, =( (7<<12)|(7<<8)|(7<<4)|(0<<0) )

    str r2, [r1, #oNFCONF]   /* 设置NFCONF寄存器 */

 

       /* 设置NFCONT，初始化ECC编/解码器，禁止NAND Flash片选 */

    ldr r2, =( (1<<4)|(0<<1)|(1<<0) )

    str r2, [r1, #oNFCONT] 

 

    ldr r2, =(0x6)           /* 设置NFSTAT */

str r2, [r1, #oNFSTAT]

 

       /* 复位命令，第一次使用NAND Flash前复位 */

    mov r2, #0xff           

    strb r2, [r1, #oNFCMD]

    mov r3, #0              

 

    /* 为调用C函数nand_read_ll准备堆栈 */

    ldr sp, DW_STACK_START  

    mov fp, #0              

    /* 下面先设置r0至r2，然后调用nand_read_ll函数将U-Boot读入RAM */

    ldr r0, =TEXT_BASE      /* 目的地址：U-Boot在RAM的开始地址 */

    mov r1, #0x0               /* 源地址：U-Boot在NAND Flash中的开始地址 */

    mov r2, #0x30000          /* 复制的大小，必须比u-boot.bin文件大，并且必须是NAND Flash块大小的整数倍，这里设置为0x30000（192KB） */

    bl  nand_read_ll                 /* 跳转到nand_read_ll函数，开始复制U-Boot到RAM */

tst  r0, #0x0                     /* 检查返回值是否正确 */

beq stack_setup

bad_nand_read:

loop2: b loop2    //infinite loop

 

.align 2

DW_STACK_START: .word STACK_BASE+STACK_SIZE-4

       其中NAND_CTL_BASE，oNFCONF等在include/configs/mini2440.h中定义如下：

#define NAND_CTL_BASE  0x4E000000  // NAND Flash控制寄存器基址

 

#define STACK_BASE  0x33F00000     //base address of stack

#define STACK_SIZE  0x8000         //size of stack

 

#define oNFCONF  0x00      /* NFCONF相对于NAND_CTL_BASE偏移地址 */

#define oNFCONT  0x04      /* NFCONT相对于NAND_CTL_BASE偏移地址*/

#define oNFADDR  0x0c     /* NFADDR相对于NAND_CTL_BASE偏移地址*/

#define oNFDATA  0x10      /* NFDATA相对于NAND_CTL_BASE偏移地址*/

#define oNFCMD   0x08     /* NFCMD相对于NAND_CTL_BASE偏移地址*/

#define oNFSTAT  0x20        /* NFSTAT相对于NAND_CTL_BASE偏移地址*/

#define oNFECC   0x2c              /* NFECC相对于NAND_CTL_BASE偏移地址*/

       NAND Flash各个控制寄存器的设置在S3C2440的数据手册有详细说明，这里就不介绍了。

       代码中nand_read_ll函数的作用是在NAND Flash中搬运U-Boot到RAM，该函数在board/samsung/mini2440/nand_read.c中定义。

       NAND Flash根据page大小可分为2种： 512B/page和2048B/page的。这两种NAND Flash的读操作是不同的。因此就需要U-Boot识别到NAND Flash的类型，然后采用相应的读操作，也就是说nand_read_ll函数要能自动适应两种NAND Flash。

       参考S3C2440的数据手册可以知道：根据NFCONF寄存器的Bit3（AdvFlash (Read only)）和Bit2 （PageSize (Read only)）可以判断NAND Flash的类型。Bit2、Bit3与NAND Flash的block类型的关系如下表所示：

表 2.4 NFCONF的Bit3、Bit2与NAND Flash的关系

Bit2    Bit3	0	1
0	256 B/page	512 B/page
1	1024 B/page	2048 B/page

 

       由于的NAND Flash只有512B/page和2048 B/page这两种，因此根据NFCONF寄存器的Bit3即可区分这两种NAND Flash了。

       完整代码见board/samsung/mini2440/nand_read.c中的nand_read_ll函数，这里给出伪代码：

int nand_read_ll(unsigned char *buf, unsigned long start_addr, int size)

{

//根据NFCONF寄存器的Bit3来区分2种NAND Flash

       if( NFCONF & 0x8 )        /* Bit是1，表示是2KB/page的NAND Flash */

       {

              ////////////////////////////////////

              读取2K block 的NAND Flash

              ////////////////////////////////////

 

       }

       else                      /* Bit是0，表示是512B/page的NAND Flash */

       {

              /////////////////////////////////////

              读取512B block 的NAND Flash

              /////////////////////////////////////

 

       }

    return 0;

}

（10）设置堆栈

       /*  设置堆栈 */

stack_setup:

       ldr   r0, _TEXT_BASE            /* upper 128 KiB: relocated uboot   */

       sub  r0, r0, #CONFIG_SYS_MALLOC_LEN   /* malloc area              */

       sub  r0, r0, #CONFIG_SYS_GBL_DATA_SIZE /*  跳过全局数据区               */

#ifdef CONFIG_USE_IRQ

       sub  r0, r0, #(CONFIG_STACKSIZE_IRQ+CONFIG_STACKSIZE_FIQ)

#endif

       sub  sp, r0, #12           /* leave 3 words for abort-stack    */

       只要将sp指针指向一段没有被使用的内存就完成栈的设置了。根据上面的代码可以知道U-Boot内存使用情况了，如下图所示：

 

 

图2.2 U-Boot内存使用情况

 

（11）清除BSS段

clear_bss:

       ldr   r0, _bss_start              /* BSS段开始地址，在u-boot.lds中指定*/

       ldr   r1, _bss_end               /* BSS段结束地址，在u-boot.lds中指定*/

       mov       r2, #0x00000000

clbss_l:str     r2, [r0]          /* 将bss段清零*/

       add r0, r0, #4

       cmp      r0, r1

  ble  clbss_l

       初始值为0，无初始值的全局变量，静态变量将自动被放在BSS段。应该将这些变量的初始值赋为0，否则这些变量的初始值将是一个随机的值，若有些程序直接使用这些没有初始化的变量将引起未知的后果。

 

转载自：http://blog.csdn.net/hare_lee/article/details/6916325

 

 

 

154  SMRDATA:            /*  下面是13个寄存器的值  */

155  .word  … …

156   .word  … …

 … …

       lowlevel_init初始化了13个寄存器来实现RAM时钟的初始化。lowlevel_init函数对于U-Boot从NAND Flash或NOR Flash启动的情况都是有效的。

       U-Boot.lds链接脚本有如下代码：

       .text :

       {

                     cpu/arm920t/start.o    (.text)

                board/samsung/mini2440/lowlevel_init.o (.text)

                 board/samsung/mini2440/nand_read.o (.text)

              … …

       }

  

       board/samsung/mini2440/lowlevel_init.o将被链接到cpu/arm920t/start.o后面，因此board /samsung/mini2440/lowlevel_init.o也在U-Boot的前4KB的代码中。

       U-Boot在NAND Flash启动时，lowlevel_init.o将自动被读取到CPU内部4KB的内部RAM中。因此第137~146行的代码将从CPU内部RAM中复制寄存器的值到相应的寄存器中。

       对于U-Boot在NOR Flash启动的情况，由于U-Boot连接时确定的地址是U-Boot在内存中的地址，而此时U-Boot还在NOR Flash中，因此还需要在NOR Flash中读取数据到RAM中。

       由于NOR Flash的开始地址是0，而U-Boot的加载到内存的起始地址是TEXT_BASE，SMRDATA标号在Flash的地址就是SMRDATA－TEXT_BASE。

       综上所述，lowlevel_init的作用就是将SMRDATA开始的13个值复制给开始地址[BWSCON]的13个寄存器，从而完成了存储控制器的设置。

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 问题一：如果换一块开发板有可能改哪些东西？
                   首先，cpu的运行模式，如果需要对cpu进行设置那就设置，管看门狗，关中断不用改，时钟有可能要改，如果能正常使用则不用改，关闭catch和 MMU不用改，设置bank有可能要改。最后一步拷贝时看地址会不会变，如果变化也要改，执行内存中代码，地址有可能要改。

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问题二：Nor Flash和Nand Flash本质区别：

                  就在于是否进行代码拷贝，也就是下面代码所表述：无论是Nor Flash还是Nand Flash，核心思想就是将uboot代码搬运到内存中去运行，但是没有拷贝bss后面这段代码，只拷贝bss前面的代码，bss代码是放置全局变量的。 Bss段代码是为了清零，拷贝过去再清零重复操作

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（9）复制U-Boot第二阶段代码到RAM

       cpu/arm920t/start.S原来的代码是只支持从NOR Flash启动的，经过修改现在U-Boot在NOR Flash和NAND Flash上都能启动了，实现的思路是这样的：

       bl    bBootFrmNORFlash /*  判断U-Boot是在NAND Flash还是NOR Flash启动  */

       cmp       r0, #0          /*  r0存放bBootFrmNORFlash函数返回值，若返回0表示NAND Flash启动，否则表示在NOR Flash启动  */

       beq nand_boot         /*  跳转到NAND Flash启动代码  */

 

/*  NOR Flash启动的代码  */

       b     stack_setup         /* 跳过NAND Flash启动的代码 */

 

nand_boot:

/*  NAND Flash启动的代码  */

 

stack_setup:       

       /* 其他代码 */

 

       其中bBootFrmNORFlash函数作用是判断U-Boot是在NAND Flash启动还是NOR Flash启动，若在NOR Flash启动则返回1，否则返回0。根据ATPCS规则，函数返回值会被存放在r0寄存器中，因此调用bBootFrmNORFlash函数后根据r0 的值就可以判断U-Boot在NAND Flash启动还是NOR Flash启动。bBootFrmNORFlash函数在board/samsung/mini2440/nand_read.c中定义如下：

int bBootFrmNORFlash(void)

{

    volatile unsigned int *pdw = (volatile unsigned int *)0;

    unsigned int dwVal;

  

    dwVal = *pdw;         /* 先记录下原来的数据 */

    *pdw = 0x12345678;

    if (*pdw != 0x12345678)       /* 写入失败，说明是在NOR Flash启动 */

    {

        return 1;     

    }

    else                                   /* 写入成功，说明是在NAND Flash启动 */

    {

        *pdw = dwVal;        /* 恢复原来的数据 */

        return 0;

    }

}

     无论是从NOR Flash还是从NAND Flash启动，地址0处为U-Boot的第一条指令“ b    start_code”。

       对于从NAND Flash启动的情况，其开始4KB的代码会被自动复制到CPU内部4K内存中，因此可以通过直接赋值的方法来修改。

       对于从NOR Flash启动的情况，NOR Flash的开始地址即为0，必须通过一定的命令序列才能向NOR Flash中写数据，所以可以根据这点差别来分辨是从NAND Flash还是NOR Flash启动：向地址0写入一个数据，然后读出来，如果发现写入失败的就是NOR Flash，否则就是NAND Flash。

       下面来分析NOR Flash启动部分代码：

208      adr  r0, _start              /* r0 <- current position of code   */

209      ldr   r1, _TEXT_BASE            /* test if we run from flash or RAM */

 

/* 判断U-Boot是否是下载到RAM中运行，若是，则不用 再复制到RAM中了，这种情况通常在调试U-Boot时才发生 */

210      cmp      r0, r1      /*_start等于_TEXT_BASE说明是下载到RAM中运行 */

211      beq stack_setup

212  /* 以下直到nand_boot标号前都是NOR Flash启动的代码 */

213      ldr   r2, _armboot_start   /*flash中armboot_start的起始地址*/

214      ldr   r3, _bss_start         /*uboot_bss的起始地址*/

215      sub  r2, r3, r2              /* r2 <- size of armboot  uboot实际程序代码的大小   */

216      add r2, r0, r2              /* r2 <- source end address         */

217  /* 搬运U-Boot自身到RAM中*/

218  copy_loop:

219      ldmia     r0!, {r3-r10} /* 从地址为[r0]的NOR Flash中读入8个字的数据 */

220      stmia      r1!, {r3-r10} /* 将r3至r10寄存器的数据复制给地址为[r1]的内存 */

221      cmp       r0, r2                    /* until source end addreee [r2]    */

222      ble  copy_loop

223      b     stack_setup         /* 跳过NAND Flash启动的代码 */