Bootloader(Vivi)源代码分析--zt

简介

Vivi 是韩国mizi 公司开发的bootloader, 适用于ARM9处理器。 Vivi有两种工作模式：启动加载模式和下载模式。启动加载模式可以在一段时间后（这个时间可更改）自行启动linux内核，这时vivi的默认模式。在下载模式下，vivi为用户提供一个命令行接口，通过接口可以使用vivi提供的一些命令，见下表：

命令	功能
Load	把二进制文件载入Flash或RAM
Part	操作MTD分区信息。显示、增加、删除、复位、保存MTD分区
Param	设置参数
Boot	启动系统
Flash	管理Flash，如删除Flash的数据

的配置与编译

1.2.1 建立交叉开发环境

1、在宿主机上安装标准Linux 操作系统：Redhat 9.0 ( 主机系统为win2000，用虚拟机vmware安装的Redhat 9.0，内核版本为2.4.18) 。

2、宿主机上安装交叉编译器。

我这边的2410开发板提供的光盘上已附交叉编译器工具：arm-linux-gcc-2.95.3（源码为cross-2.95.3.tar.bz2）。

先以root 用户的身份登陆到linux 下。

进入/usr/local 目录，创建名为arm的目录：

cd /usr/local

mkdir arm

将光盘提供的cross-2.95.3.tar.bz2解压到/usr/local/arm目录：

tar jxvf cross-2.95.3.tar.bz2 –C /usr/local/arm

然后修改修改PATH 变量：为了可以方便使用arm-linux-gcc编译器系统, 把arm-linux工具链目录加入到环境变量PATH中：

修改/etc/profile文件,添加pathmunge /usr/local/arm/2.95.3/bin即可。

# Path manipulation

if [ `id -u` = 0 ]; then

pathmunge /sbin

pathmunge /usr/sbin

pathmunge /usr/local/sbin

pathmunge /usr/local/arm/2.95.3/bin

fi

pathmunge /usr/X11R6/bin after

设置环境变量后，最好是重启或注销一下，这样设置的环境变量才能生效。

1.2.2 配置和编译vivi

如果vivi的源代码已根据开发板作了相应改动，则需要对源代码进行配置和编译，以生成烧入flash的vivi 二进制映象文件。

由于vivi要用到kernel的一些头文件，所以需要kernel的源代码，所以先要把linux的kernel准备好。将vivi和kernel都解到相应目录下（例如我将光盘提供的vivi源代码解压到/home/chenjun目录下，光盘提供的Linux kernel源码kernel-h2410eb.041024.tar.gz也解压到/home/chenjun目录下，解压后的文件名为kerne-h2410eb）。

然后需修改/vivi/Makefile里的一些变量设置：

Ø LINUX_INCLUDE_DIR = /kernel/include/

（LINUX_INCLUDE_DIR 为kernel/include的对应目录，我的是/home/chen/kerne-h2410eb /include/）

因此修改为：

LINUX_INCLUDE_DIR = /home/chenjun/ kerne-h2410eb/include/

Ø CROSS_COMPILE = /usr/local/arm/2.95.3/bin/arm-linux-

(CROSS_COMPILE 为arm-linux安装的相应目录，我的是/usr/local/arm/2.95.3/bin/arm-linux-)

因此修改为：

CROSS_COMPILE = /usr/local/arm/2.95.3/bin/arm-linux-

Ø ARM_GCC_LIBS = /usr/local/arm/2.95.3/lib/gcc-lib/arm-linux/2.95.3

（需根据你arm-linux的安装目录修改，我的是/usr/local/arm/2.95.3/lib/gcc-lib/arm-linux/2.95.3）

进入/vivi目录执行make distclean。（目的是确保编译的有效性，在编译之前将vivi里所有的“*.o”和“*.o.flag”文件删掉）

进入/vivi目录里，输入“make menuconfig”，开始选择配置。可以Load一个写好的配置文件也可以自己修改试试。注意Exit时一定要选“Yes”保存配置。

再输入“make”正式开始编译，一会儿就完了。如果不报错，在/vivi里面就有你自己的“vivi”了。这个就是后面要烧写到flash中的bootloader。

Bootloader(Vivi)源代码分析

----基于S3C2410处理器

作者：forkchen

Email:[e-mail]

QQ:56155986

欢迎广大嵌入式之友多多交流

目 录

简介

Vivi 是韩国mizi 公司开发的bootloader, 适用于ARM9处理器。 Vivi有两种工作模式：启动加载模式和下载模式。启动加载模式可以在一段时间后（这个时间可更改）自行启动linux内核，这时vivi的默认模式。在下载模式下，vivi为用户提供一个命令行接口，通过接口可以使用vivi提供的一些命令，见下表：

命令	功能
Load	把二进制文件载入Flash或RAM
Part	操作MTD分区信息。显示、增加、删除、复位、保存MTD分区
Param	设置参数
Boot	启动系统
Flash	管理Flash，如删除Flash的数据

的配置与编译

1.2.1 建立交叉开发环境

1、在宿主机上安装标准Linux 操作系统：Redhat 9.0 ( 主机系统为win2000，用虚拟机vmware安装的Redhat 9.0，内核版本为2.4.18) 。

2、宿主机上安装交叉编译器。

我这边的2410开发板提供的光盘上已附交叉编译器工具：arm-linux-gcc-2.95.3（源码为cross-2.95.3.tar.bz2）。

先以root 用户的身份登陆到linux 下。

进入/usr/local 目录，创建名为arm的目录：

cd /usr/local

mkdir arm

将光盘提供的cross-2.95.3.tar.bz2解压到/usr/local/arm目录：

tar jxvf cross-2.95.3.tar.bz2 –C /usr/local/arm

然后修改修改PATH 变量：为了可以方便使用arm-linux-gcc编译器系统, 把arm-linux工具链目录加入到环境变量PATH中：

修改/etc/profile文件,添加pathmunge /usr/local/arm/2.95.3/bin即可。

# Path manipulation

if [ `id -u` = 0 ]; then

pathmunge /sbin

pathmunge /usr/sbin

pathmunge /usr/local/sbin

pathmunge /usr/local/arm/2.95.3/bin

fi

pathmunge /usr/X11R6/bin after

设置环境变量后，最好是重启或注销一下，这样设置的环境变量才能生效。

1.2.2 配置和编译vivi

如果vivi的源代码已根据开发板作了相应改动，则需要对源代码进行配置和编译，以生成烧入flash的vivi 二进制映象文件。

由于vivi要用到kernel的一些头文件，所以需要kernel的源代码，所以先要把linux的kernel准备好。将vivi和kernel都解到相应目录下（例如我将光盘提供的vivi源代码解压到/home/chenjun目录下，光盘提供的Linux kernel源码kernel-h2410eb.041024.tar.gz也解压到/home/chenjun目录下，解压后的文件名为kerne-h2410eb）。

然后需修改/vivi/Makefile里的一些变量设置：

Ø LINUX_INCLUDE_DIR = /kernel/include/

（LINUX_INCLUDE_DIR 为kernel/include的对应目录，我的是/home/chen/kerne-h2410eb /include/）

因此修改为：

LINUX_INCLUDE_DIR = /home/chenjun/ kerne-h2410eb/include/

Ø CROSS_COMPILE = /usr/local/arm/2.95.3/bin/arm-linux-

(CROSS_COMPILE 为arm-linux安装的相应目录，我的是/usr/local/arm/2.95.3/bin/arm-linux-)

因此修改为：

CROSS_COMPILE = /usr/local/arm/2.95.3/bin/arm-linux-

Ø ARM_GCC_LIBS = /usr/local/arm/2.95.3/lib/gcc-lib/arm-linux/2.95.3

（需根据你arm-linux的安装目录修改，我的是/usr/local/arm/2.95.3/lib/gcc-lib/arm-linux/2.95.3）

进入/vivi目录执行make distclean。（目的是确保编译的有效性，在编译之前将vivi里所有的“*.o”和“*.o.flag”文件删掉）

进入/vivi目录里，输入“make menuconfig”，开始选择配置。可以Load一个写好的配置文件也可以自己修改试试。注意Exit时一定要选“Yes”保存配置。

再输入“make”正式开始编译，一会儿就完了。如果不报错，在/vivi里面就有你自己的“vivi”了。这个就是后面要烧写到flash中的bootloader。

mvn r2, #0xff000000

 

       str   r2, [r1, #oLOCKTIME]

 

 

       @ldr      r2, mpll_50mhz

 

       @str       r2, [r1, #oMPLLCON]

 

#ifndef CONFIG_S3C2410_MPORT1                               ；满足条件，向下执行

 

/**** 在/vivi/include/autoconf.h中#undef  CONFIG_S3C2410_MPORT1******/

 

       @ 1:2:4

 

       mov r1, #CLK_CTL_BASE

 

       mov r2, #0x3

 

       str   r2, [r1, #oCLKDIVN]

 

 

       mrc p15, 0, r1, c1, c0, 0           @ read ctrl register

 

       orr   r1, r1, #0xc0000000          @ Asynchronous 

 

       mcr p15, 0, r1, c1, c0, 0           @ write ctrl register

 

 

       @ now, CPU clock is 200 Mhz                             ；CPU的频率是200MHz

 

       mov r1, #CLK_CTL_BASE

 

       ldr   r2, mpll_200mhz

 

       str   r2, [r1, #oMPLLCON]

 

#else

 

       @ 1:2:2

 

    mov r1, #CLK_CTL_BASE

 

    ldr r2, clock_clkdivn

 

    str r2, [r1, #oCLKDIVN]

 

 

    mrc p15, 0, r1, c1, c0, 0       @ read ctrl register

 

    orr r1, r1, #0xc0000000     @ Asynchronous

 

    mcr p15, 0, r1, c1, c0, 0       @ write ctrl register

 

 

    @ now, CPU clock is 100 Mhz                                   ；CPU的频率是100MHz

 

    mov r1, #CLK_CTL_BASE

 

    ldr r2, mpll_100mhz

 

    str r2, [r1, #oMPLLCON]

 

#endif

 

       bl    memsetup                                                              ；跳转到memsetup函数

 

/*****************************

 

Memsetup函数的实现：

 

ENTRY(memsetup)

 

       @ initialise the static memory

 

 

       @ set memory control registers                       ；设置内存控制寄存器的初值

 

       mov r1, #MEM_CTL_BASE

 

       adrl r2, mem_cfg_val

 

/*******************

 

@

 

@ Data Area

 

@

 

@ Memory configuration values

 

.align 4

 

mem_cfg_val:                                                                                                                       ；定义好的13*4=52个字节初值

 

       .long       vBWSCON                ；在/vivi/include/platform/smdk2410.h中赋值

 

/******   SDRAM从32位变成16位，需要修改vBWSCON的值 ******/

 

       .long       vBANKCON0

 

       .long       vBANKCON1

 

       .long       vBANKCON2

 

       .long       vBANKCON3

 

/**********  网卡控制器vBANKCON3的值可能需要修改  **************/

 

       .long       vBANKCON4

 

       .long       vBANKCON5

 

       .long       vBANKCON6

 

/****** SDRAM从32位变成16位，可能需要修改vBANKCON6的值 ******/

 

       .long       vBANKCON7

 

       .long       vREFRESH

 

       .long       vBANKSIZE

 

/****** SDRAM从64MB变成32MB，需要修改vBANKSIZE的值 ******/

 

       .long       vMRSRB6

 

       .long       vMRSRB7

 

********************/

 

       add r3, r1, #52

 

1:    ldr   r4, [r2], #4

 

       str   r4, [r1], #4

 

       cmp r1, r3

 

       bne  1b                                      ；循环操作，直到13个寄存器赋值完成

 

 

       mov pc, lr

 

*******************************/

 

#ifdef CONFIG_PM                        ；vivi考虑不需要使用电源管理

 

       @ Check if this is a wake-up from sleep 

 

       ldr   r1, PMST_ADDR

 

       ldr   r0, [r1]

 

       tst    r0, #(PMST_SMR)

 

       bne  WakeupStart                      ；查看状态，判断是否需要跳转到WakeupStart

 

#endif

 

 

 

#ifdef CONFIG_S3C2410_SMDK                      ；SMDK开发板使用

 

       @ All LED on                                                ；点亮开发板上的LED

 

       mov r1, #GPIO_CTL_BASE

 

       add r1, r1, #oGPIO_F                                   ；LED使用GPIOF组的管脚

 

ldr   r2,=0x55aa                 ；使能EINT0，EINT1，EINT2，EINT3，

 

；另四个管脚配置成输出，屏蔽EINT4，5，6，7

 

       str   r2, [r1, #oGPIO_CON]

 

       mov r2, #0xff

 

       str   r2, [r1, #oGPIO_UP]         ；disable the pull-up function

 

       mov r2, #0x00

 

       str   r2, [r1, #oGPIO_DAT]

 

#endif

 

 

#if 0

 

       @ SVC

 

       mrs  r0, cpsr

 

       bic   r0, r0, #0xdf

 

       orr   r1, r0, #0xd3

 

       msr  cpsr_all, r1

 

#endif

 

 

       @ set GPIO for UART                                   ；设置串口

 

       mov r1, #GPIO_CTL_BASE

 

       add r1, r1, #oGPIO_H                                   ；设置GPIO_H组管脚为串口

 

       ldr   r2, gpio_con_uart

 

       str   r2, [r1, #oGPIO_CON]

 

       ldr   r2, gpio_up_uart

 

       str   r2, [r1, #oGPIO_UP] 

 

/*************************

 

@ inital values for GPIO

 

gpio_con_uart:

 

       .long       vGPHCON   ；vGPHCON在/vivi/include/platform/smdk2410.h中赋值

 

                                          ；#define vGPHCON               0x0016faaa

 

                                          ；GPIO_H配置为nCTS0，nRTS0, RXD0,TXD0, RXD1，

 

；TXD1，nCTS1，nRTS1,

 

 

/****  三个串口都使能，可能需要修改#define vGPHCON 0x0016aaaa   ****/

 

 

gpio_up_uart:

 

       .long       Vgphup         ；同上#define vGPHUP                  0x000007ff

 

                                          ；The pull-up function is disabled.

 

************************/

 

 

       bl    InitUART             ；跳转到InitUART串口初始化函数

 

/****************************************************

@ Initialize UART

@

@ r0 = number of UART port

InitUART:

       ldr   r1, SerBase

/*******************

.align 4                               ；缺省情况下在vivi中只初始化了UART0

SerBase:

#if defined(CONFIG_SERIAL_UART0)

       .long UART0_CTL_BASE        ；基地址在/vivi/include/s3c2410.h中定义

#elif defined(CONFIG_SERIAL_UART1)

       .long UART1_CTL_BASE

#elif defined(CONFIG_SERIAL_UART2)

       .long UART2_CTL_BASE

#else

#error not defined base address of serial

#endif

********************/

       mov r2, #0x0

       str   r2, [r1, #oUFCON]

       str   r2, [r1, #oUMCON]

       mov r2, #0x3

       str   r2, [r1, #oULCON]

       ldr   r2, =0x245

       str   r2, [r1, #oUCON]

#define UART_BRD ((50000000 / (UART_BAUD_RATE * 16)) - 1)

       mov r2, #UART_BRD

       str   r2, [r1, #oUBRDIV]

 

       mov r3, #100

       mov r2, #0x0

1:    sub  r3, r3, #0x1

       tst    r2, r3

       bne  1b

 

#if 0

       mov r2, #'U'

       str   r2, [r1, #oUTXHL]

 

1:    ldr   r3, [r1, #oUTRSTAT]

       and  r3, r3, #UTRSTAT_TX_EMPTY

       tst    r3, #UTRSTAT_TX_EMPTY

       bne  1b   

 

       mov r2, #'0'

       str   r2, [r1, #oUTXHL]

 

1:    ldr   r3, [r1, #oUTRSTAT]

       and  r3, r3, #UTRSTAT_TX_EMPTY

       tst    r3, #UTRSTAT_TX_EMPTY

       bne  1b   

#endif

 

       mov pc, lr

****************************************************/

 

#ifdef CONFIG_DEBUG_LL                        ；打印调试信息，缺省未定义

       @ Print current Program Counter

       ldr   r1, SerBase

       mov r0, #'\r'

       bl    PrintChar

       mov r0, #'\n'

       bl    PrintChar

       mov r0, #'@'

       bl    PrintChar

       mov r0, pc

       bl    PrintHexWord

#endif

 

 

#ifdef CONFIG_BOOTUP_MEMTEST

       @ simple memory test to find some DRAM flaults.

       bl    memtest

#endif

 

#ifdef CONFIG_S3C2410_NAND_BOOT         ；从NAND Flash启动

       bl    copy_myself                              ；跳转到copy_myself函数

/**********************************************

@

@ copy_myself: copy vivi to ram

@

copy_myself:

       mov r10, lr

 

       @ reset NAND

       mov r1, #NAND_CTL_BASE

       ldr   r2, =0xf830          @ initial value

       str   r2, [r1, #oNFCONF]

       ldr   r2, [r1, #oNFCONF]

       bic   r2, r2, #0x800             @ enable chip

       str   r2, [r1, #oNFCONF]

       mov r2, #0xff        @ RESET command

       strb r2, [r1, #oNFCMD]

       mov r3, #0                   @ wait 

1:    add r3, r3, #0x1

       cmp r3, #0xa

       blt   1b

2:    ldr   r2, [r1, #oNFSTAT]    @ wait ready

       tst    r2, #0x1

       beq 2b

       ldr   r2, [r1, #oNFCONF]

       orr   r2, r2, #0x800             @ disable chip

       str   r2, [r1, #oNFCONF]

 

       @ get read to call C functions (for nand_read())

       ldr   sp, DW_STACK_START  @ setup stack pointer

       mov fp, #0                   @ no previous frame, so fp=0

 

       @ copy vivi to RAM

       ldr   r0, =VIVI_RAM_BASE

/*********在/vivi/linux/platform/smdk2410.h中定义

#define VIVI_RAM_BASE              (DRAM_BASE + DRAM_SIZE - VIVI_RAM_SIZE)

***************************************/

       mov     r1, #0x0

       mov r2, #0x20000              ；0x20000-〉128k字节

       bl    nand_read_ll         ；nand_read_ll在/vivi/arch/s3c2410/nand_read.c中定义

                                          ；r0,r1,r2分别为函数的三个参数

                                          ；从NANDFlash的0地址拷贝128k到SDRAM指定处

       tst    r0, #0x0

       beq ok_nand_read

#ifdef CONFIG_DEBUG_LL

bad_nand_read: 

       ldr   r0, STR_FAIL

       ldr   r1, SerBase

       bl    PrintWord

1:    b     1b          @ infinite loop 

#endif

       

ok_nand_read:

#ifdef CONFIG_DEBUG_LL

       ldr   r0, STR_OK

       ldr   r1, SerBase

       bl    PrintWord

#endif
 @ verify

       mov r0, #0

       ldr   r1, =0x33f00000

       mov r2, #0x400    @ 4 bytes * 1024 = 4K-bytes

go_next:

       ldr   r3, [r0], #4

       ldr   r4, [r1], #4

       teq  r3, r4

       bne  notmatch

       subs       r2, r2, #4

       beq done_nand_read   

       bne  go_next

notmatch:

#ifdef CONFIG_DEBUG_LL

       sub  r0, r0, #4

       ldr   r1, SerBase

       bl    PrintHexWord

       ldr   r0, STR_FAIL

       ldr   r1, SerBase

       bl    PrintWord

#endif

1:    b     1b

done_nand_read:

 

#ifdef CONFIG_DEBUG_LL

       ldr   r0, STR_OK

       ldr   r1, SerBase

       bl    PrintWord

#endif

 

       mov pc, r10                        ；vivi拷贝到SDRAM完成，函数返回

*********************************/

       @ jump to ram

       ldr   r1, =on_the_ram

       add pc, r1, #0

       nop

       nop

1:    b     1b          @ infinite loop

 

on_the_ram:

#endif

 

#ifdef CONFIG_DEBUG_LL

       ldr   r1, SerBase

       ldr   r0, STR_STACK

       bl    PrintWord

       ldr   r0, DW_STACK_START

       bl    PrintHexWord

#endif

 

       @ get read to call C functions

       ldr   sp, DW_STACK_START  @ setup stack pointer

       mov fp, #0                   @ no previous frame, so fp=0

       mov a2, #0                  @ set argv to NULL 

 

       bl    main                     @ call main 

 

       mov pc, #FLASH_BASE          @ otherwise, reboot

 

@

@ End VIVI head

@

 

 

1.4.2 vivi的第二阶段

vivi的第二阶段是从main（）函数开始，同一般的C语言程序一样，该函数在/init/main.c文件中，总共可以分为8个步骤。

（1）    函数开始，通过putstr(vivi_banner)打印出vivi的版本。Vivi_banner在/init/version.c文件中定义

（2）    对开发板进行初始化（board_init函数），board_init是与开发板紧密相关的，这个函数在/arch/s3c2410/smdk.c文件中。开发板初始化主要完成两个功能，时钟初始化（init_time()）和通用IO口设置（set_gpios()）。

void set_gpios(void)

{

                            GPACON  = vGPACON;

                            GPBCON  = vGPBCON;

                            GPBUP   = vGPBUP; 

                            GPCCON  = vGPCCON;

                            GPCUP   = vGPCUP; 

                            GPDCON  = vGPDCON;

                            GPDUP   = vGPDUP; 

                            GPECON  = vGPECON;

                            GPEUP   = vGPEUP; 

                            GPFCON  = vGPFCON;

                            GPFUP   = vGPFUP; 

                            GPGCON  = vGPGCON;

                            GPGUP   = vGPGUP; 

                            GPHCON  = vGPHCON;

                            GPHUP   = vGPHUP; 

                            EXTINT0 = vEXTINT0;

                            EXTINT1 = vEXTINT1;

                            EXTINT2 = vEXTINT2;

}

其中，GPIO口在smdk2410.h（\vivi\include\platform\目录下）文件中定义。

（3）    内存映射初始化和内存管理单元的初始化工作：

mem_map_init();

mmu_init();

这两个函数都在/arch/s3c2410/mmu.c文件中。

void mem_map_init(void)

{

#ifdef CONFIG_S3C2410_NAND_BOOT

  mem_map_nand_boot();

#else

  mem_map_nor();

#endif

  cache_clean_invalidate();

  tlb_invalidate();

}

 

如果配置vivi时使用了NAND作为启动设备，则执行mem_map_nand_boot()，否则执行mem_map_nor()。这里要注意的是，如果使用NOR启动，则必须先把vivi代码复制到RAM中。这个过程是由copy_vivi_to_ram()函数来完成的。代码如下：
     static void copy_vivi_to_ram(void)

{

  putstr_hex("Evacuating 1MB of Flash to DRAM at 0x", VIVI_RAM_BASE);

  memcpy((void *)VIVI_RAM_BASE, (void *)VIVI_ROM_BASE, VIVI_RAM_SIZE);

}

VIVI_RAM_BASE、VIVI_ROM_BASE、VIVI_RAM_SIZE这些值都可以在smdk2410.h中查到，并且这些值必须根据自己开发板的RAM实际大小修改。这也是在移植vivi的过程中需要注意的一个地方。

mmu_init()函数中执行了arm920_setup函数。这段代码是用汇编语言实现的，针对arm920t核的处理器。

 

（4）    初始化堆栈，heap_init()。（定义在\vivi\lib\heap.c文件中）

int heap_init(void)

{

                            return mmalloc_init((unsigned char *)(HEAP_BASE), HEAP_SIZE); 

}

（5）    初始化mtd设备，mtd_dev_init()。

int mtd_init(void)

{

                     int ret;

 

#ifdef CONFIG_MTD_CFI

                            ret = cfi_init();

#endif

#ifdef CONFIG_MTD_SMC

                            ret = smc_init();

#endif

#ifdef CONFIG_S3C2410_AMD_BOOT

                            ret = amd_init();

#endif

 

                     if (ret) {

                            mymtd = NULL;

                            return ret;

                                   }

                     return 0;

}

这几个函数可以在/drivers/mtd/maps/s3c2410_flash.c里找到。

（6）    初始化私有数据，init_priv_data()。（定义在\vivi\lib\priv_data\rw.c文件中）

（7）    初始化内置命令，init_builtin_cmds()。

通过add_command函数，加载vivi内置的几个命令。

（8）    启动boot_or_vivi()。

启动成功后，将通过vivi_shell()启动一个shell（如果配置了CONFIG_SERIAL_TERM），此时vivi的任务完成。

 
启动代码执行流程图

 

             

(1)head.s代码执行流程            (2)main.c代码执行流程

 

 

 

的配置文件

 

Vivi的初始配置文件位置：/vivi/arch/def-configs/smkd2410, 通过make menuconfig 修改后的配置保存在这个文件中，我们也可以载入一个自己的配置文件来进行编译。