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zhuimengcanyang

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自己动手写bootloader笔记

分类： 嵌入式

2015-07-06 14:12:03

韦东山老师讲解自己动手写bootloader的笔记记录：


看一看几个相关文件：

start.S文件：启动流程代码

bootloader启动的第一阶段：

1. 关闭看门狗

2. 设置时钟频率，设置分频系数等；

3. 初始化SDRAM， 因为需要快速启动，所以需要将代码从flash上拷贝到内存SDRAM中启动

4. 代码重定向 （注意nor启动和nand启动的不同点）

5. 执行main函数，跳转到启动的第二阶段。


  1. #define S3C2440_MPLL_200MHZ ((0x5c<<12)|(0x01<<4)|(0x02))
  2. #define S3C2440_MPLL_400MHZ ((0x5c<<12)|(0x01<<4)|(0x01))
  3. #define MEM_CTL_BASE 0x48000000

  5. .text
  6. .global _start
  7. _start:

  9. /* 1. 关看门狗 */
  10.     ldr r0, =0x53000000
  11.     mov r1, #0
  12.     str r1, [r0]

  14. /* 2. 设置时钟 */
  15.     ldr r0, =0x4c000014
  16.     // mov r1, #0x03; // FCLK:HCLK:PCLK=1:2:4, HDIVN=1,PDIVN=1
  17.     mov r1, #0x05; // FCLK:HCLK:PCLK=1:4:8
  18.     str r1, [r0]

  20.     /* 如果HDIVN非0，CPU的总线模式应该从“fast bus mode”变为“asynchronous bus mode” */
  21.     mrc p15, 0, r1, c1, c0, 0       /* 读出控制寄存器 */
  22.     orr r1, r1, #0xc0000000         /* 设置为“asynchronous bus mode” */
  23.     mcr p15, 0, r1, c1, c0, 0       /* 写入控制寄存器 */

  25.     /* MPLLCON = S3C2440_MPLL_200MHZ */
  26.     ldr r0, =0x4c000004
  27.     ldr r1, =S3C2440_MPLL_400MHZ
  28.     str r1, [r0]

  30.     /* 启动ICACHE, 开启ICACHE将加快启动速度 */
  31.     mrc p15, 0, r0, c1, c0, 0 @ read control reg
  32.     orr r0, r0, #(1<<12)
  33.     mcr p15, 0, r0, c1, c0, 0 @ write it back


  36. /* 3. 初始化SDRAM */
  37.     ldr r0, =MEM_CTL_BASE
  38.     adr r1, sdram_config /* sdram_config的当前地址 */
  39.     add r3, r0, #(13*4)
  40. 1:
  41.     ldr r2, [r1], #4
  42.     str r2, [r0], #4
  43.     cmp r0, r3
  44.     bne 1b

  46. /* 4. 重定位 : 把bootloader本身的代码从flash复制到它的链接地址去 */
  47.     ldr sp, =0x34000000 /* 将SP放在SDRAM的最高地址处，堆栈式满递减堆栈。在调用C函数之前，必须设置好堆栈 */

  49.     bl nand_init

  51.     mov r0, #0
  52.     ldr r1, =_start             /* _start是起始地址，是链接地址， 由链接文件.lds 指定 */
  53.     ldr r2, =__bss_start        /* __bss_start 同样是链接地址，在链接文件中指定 */
  54.     sub r2, r2, r1


  57. /*
  58. * copy_code_to_sdram: 被调用的C函数，
  59. * 第一个参数是R0：表示拷贝数据的源地址，这里从0地址（源地址）处拷贝数据到链接地址（真正运行的地址，也就是目的地址）
  60. * 第二个参数是R1：表示拷贝数据的目的地址，就是链接地址
  61. * 第三个参数是R2：表示拷贝数据的长度 = bss段起始地址 - 链接的起始地址。（都在链接文件中定义。）
  62. */
  63.     bl copy_code_to_sdram


  66. /*
  67. * 由上面的拷贝代码知道，在bss段中的数据并没有拷贝到内存当中去，这是因为这些数据初始化都是0，所以只需要在初始化的时候，显示的把bss段清零，就OK了。
  68. */
  69.     bl clear_bss



  73.     
  74. /* 5. 执行main */
  75.     ldr lr, =halt
  76.     ldr pc, =main
  77. halt:
  78.     b halt



  82. sdram_config:
  83.     .long 0x22011110 //BWSCON
  84.     .long 0x00000700 //BANKCON0
  85.     .long 0x00000700 //BANKCON1
  86.     .long 0x00000700 //BANKCON2
  87.     .long 0x00000700 //BANKCON3
  88.     .long 0x00000700 //BANKCON4
  89.     .long 0x00000700 //BANKCON5
  90.     .long 0x00018005 //BANKCON6
  91.     .long 0x00018005 //BANKCON7
  92.     .long 0x008C04F4 // REFRESH
  93.     .long 0x000000B1 //BANKSIZE
  94.     .long 0x00000030 //MRSRB6
  95.     .long 0x00000030 //MRSRB7




链接文件 boot.lds:

  1. SECTIONS {
  2.     . = 0x33f80000;
  3.     .text : { *(.text) }
  4.     
  5.     . = ALIGN(4);
  6.     .rodata : {*(.rodata*)}
  7.     
  8.     . = ALIGN(4);
  9.     .data : { *(.data) }
  10.     
  11.     . = ALIGN(4);
  12.     __bss_start = .;
  13.     .bss : { *(.bss) *(COMMON) }
  14.     __bss_end = .;
  15. }

3. Makefile

  1. CC = arm-linux-gcc
  2. LD = arm-linux-ld
  3. AR = arm-linux-ar
  4. OBJCOPY = arm-linux-objcopy
  5. OBJDUMP = arm-linux-objdump

  7. CFLAGS         := -Wall -O2
  8. CPPFLAGS     := -nostdinc -nostdlib -fno-builtin

  10. objs := start.o init.o boot.o

  12. boot.bin: $(objs)
  13.     ${LD} -Tboot.lds -o boot.elf $^
  14.     ${OBJCOPY} -O binary -S boot.elf $@
  15.     ${OBJDUMP} -D -m arm boot.elf > boot.dis
  16.     
  17. %.o:%.c
  18.     ${CC} $(CPPFLAGS) $(CFLAGS) -c -o $@ $<

  20. %.o:%.S
  21.     ${CC} $(CPPFLAGS) $(CFLAGS) -c -o $@ $<

  23. clean:
  24.     rm -f *.o *.bin *.elf *.dis

4. boot.c

  1. #include "setup.h"

  3. extern void uart0_init(void);
  4. extern void nand_read(unsigned int addr, unsigned char *buf, unsigned int len);
  5. extern void puts(char *str);
  6. extern void puthex(unsigned int val);


  9. static struct tag *params;

  11. void setup_start_tag(void)
  12. {
  13.     params = (struct tag *)0x30000100; //这里设置了内核参数放置的位置为：0x30000100

  15.     params->hdr.tag = ATAG_CORE;
  16.     params->hdr.size = tag_size (tag_core);

  18.     params->u.core.flags = 0;
  19.     params->u.core.pagesize = 0;
  20.     params->u.core.rootdev = 0;阿

  22.     params = tag_next (params);
  23. }

  25. void setup_memory_tags(void)
  26. {
  27.     params->hdr.tag = ATAG_MEM;
  28.     params->hdr.size = tag_size (tag_mem32);
  29.     
  30.     params->u.mem.start = 0x30000000;    // 表示起始地址
  31.     params->u.mem.size = 64*1024*1024;   // 表示内存的大小，这里为64MB
  32.     
  33.     params = tag_next (params);
  34. }

  36. int strlen(char *str)
  37. {
  38.     int i = 0;
  39.     while (str[i])
  40.     {
  41.         i++;
  42.     }
  43.     return i;
  44. }

  46. void strcpy(char *dest, char *src)
  47. {
  48.     while ((*dest++ = *src++) != '\0');
  49. }

  51. void setup_commandline_tag(char *cmdline)
  52. {
  53.     int len = strlen(cmdline) + 1;
  54.     
  55.     params->hdr.tag = ATAG_CMDLINE;
  56.     params->hdr.size = (sizeof (struct tag_header) + len + 3) >> 2;  //注意：这里要四字节对齐方式

  58.     strcpy (params->u.cmdline.cmdline, cmdline);

  60.     params = tag_next (params);
  61. }

  63. void setup_end_tag(void)
  64. {
  65.     params->hdr.tag = ATAG_NONE;
  66.     params->hdr.size = 0;
  67. }


  70. int main(void)
  71. {
  72.     void (*theKernel)(int zero, int arch, unsigned int params);
  73.     volatile unsigned int *p = (volatile unsigned int *)0x30008000;

  75.     /* 0. 帮内核设置串口: 内核启动的开始部分会从串口打印一些信息,但是内核一开始没有初始化串口 */
  76.     uart0_init();
  77.     
  78.     /* 1. 从NAND FLASH里把内核读入内存 */
  79.     puts("Copy kernel from nand\n\r"); 
  80.                                                                   
        // 从nand flash的地址0x60064处拷贝大小为0x200000的代码到内存地址为0x30008000处。即：从nand flash上拷贝内核到SDRAM中。 
  81.     nand_read(0x60000+64, (unsigned char *)0x30008000, 0x200000);
  82.              // 0x30008000为内核需要运行的开始地址（就是链接地址，在SDRAM当中），0x200000为整个内核的长度大小。
  83.              // uImage = 64bytes + zImage; zImage为真正的内核。uImage存在0x60000处。
  84.              // 所以zImage的起始地址为：0x60000 + 64

  86.     puthex(0x1234ABCD);
  87.     puts("\n\r");
  88.     puthex(*p);
  89.     puts("\n\r");

  91.     /* 2. 设置参数 */
  92.     puts("Set boot params\n\r");
  93.     setup_start_tag();
  94.     setup_memory_tags();
  95.     setup_commandline_tag("noinitrd root=/dev/mtdblock3 init=/linuxrc console=ttySAC0"); // 启动的命令参数
  96.     setup_end_tag();

  98.     /* 3. 跳转执行 */
  99.     puts("Boot kernel\n\r");
  100.     theKernel = (void (*)(int, int, unsigned int))0x30008000;
  101.     theKernel(0, 362, 0x30000100); // 向内核启动的函数，传递了三个参数，
  102.                                    // 第一个参数为0
  103.                                    // 第二个参数为362， 为机器号
  104.             // 第三个参数为0x30000100：这个是内核需要的启动参数的起始地址。内核启动需要从这个地方获取所需的启动参                数，比如内存的起始地址，大小等等。
  105.  
  106.     /*
  107.      * mov r0, #0
  108.      * ldr r1, =362
  109.      * ldr r2, =0x30000100
  110.      * mov pc, #0x30008000
  111.      */

  113.     puts("Error!\n\r");
  114.     /* 如果一切正常, 不会执行到这里 */

  116.     return -1;
  117. }




分析这个还是蛮有意思的。启动需要的文件也不多。
主要要清楚知道uboot的工作目的：就是启动内核
1. 从flash上把内核读入到内存中
    引申的功能： 能够读取flash（那么就需要初始化flash）
                       初始化内存，时钟等
2. 启动内核
   a 设置参数（启动时候，需要的参数）
   b 跳转执行

 



最简单的bootloader的编写步骤：
1. 初始化硬件：关看门狗、设置时钟、设置SDRAM、初始化NAND FLASH
2. 如果bootloader比较大，要把它重定位到SDRAM
3. 把内核从NAND FLASH读到SDRAM
4. 设置"要传给内核的参数"
5. 跳转执行内核



改进：
1. 提高CPU频率, 200MHZ ==> 400MHZ
2. 启动ICACHE




 

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