嵌入式Linux之我行——u-boot-2009.08在2440上的移植详解（三）

嵌入式Linux之我行，主要讲述和总结了本人在学习嵌入式linux中的每个步骤。一为总结经验，二希望能给想入门嵌入式Linux的朋友提供方便。如有错误之处，谢请指正。

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一、移植环境

• 主  机：VMWare--Fedora 9
• 开发板：Mini2440--64MB Nand,
• 编译器：
• u-boot：

二、移植步骤

上接：u-boot-2009.08在2440上的移植详解（二）

5）准备进入u-boot的第二阶段（在u-boot中添加对我们开发板上Nand Flash的支持）。
目前u-boot中还没有对2440上Nand Flash的支持，也就是说要想u-boot从Nand Flash上启动得自己去实现了。

首先，在include/configs/my2440.h头文件中定义Nand要用到的宏和寄存器，如下：

#gedit include/configs/my2440.h  //在文件末尾加入以下Nand Flash相关定义

/*
 * Nand flash register and envionment variables 
 */
#define CONFIG_S3C2440_NAND_BOOT  1

#define NAND_CTL_BASE  0x4E000000  //Nand Flash配置寄存器基地址，查2440手册可得知

#define STACK_BASE  0x33F00000     //定义堆栈的地址
#define STACK_SIZE  0x8000         //堆栈的长度大小

#define oNFCONF  0x00 //相对Nand配置寄存器基地址的偏移量，还是配置寄存器的基地址
#define oNFCONT  0x04 //相对Nand配置寄存器基地址的偏移量，可得到控制寄存器的基地址(0x4E000004)

#define oNFADDR  0x0c //相对Nand配置寄存器基地址的偏移量，可得到地址寄存器的基地址(0x4E00000c)
#define oNFDATA  0x10 //相对Nand配置寄存器基地址的偏移量，可得到数据寄存器的基地址(0x4E000010)
#define oNFCMD   0x08 //相对Nand配置寄存器基地址的偏移量，可得到指令寄存器的基地址(0x4E000008)
#define oNFSTAT  0x20 //相对Nand配置寄存器基地址的偏移量，可得到状态寄存器的基地址(0x4E000020)

#define oNFECC   0x2c //相对Nand配置寄存器基地址的偏移量，可得到ECC寄存器的基地址(0x4E00002c)

其次，修改cpu/arm920t/start.S这个文件，使u-boot从Nand Flash启动，在上一节中提过，u-boot默认是从Nor Flash启动的。修改部分如下：

#gedit cpu/arm920t/start.S

//注意：在上一篇Nor Flash启动中，我们为了把u-boot用supervivi下载到内存中运行而屏蔽掉这段有关CPU初始化的代码。而现在我们要把u-boot下载到Nand Flash中，从Nand Flash启动，所以现在要恢复这段代码。

#ifndef CONFIG_SKIP_LOWLEVEL_INIT
    bl cpu_init_crit
#endif

 

#if 0 //屏蔽掉u-boot中的从Nor Flash启动部分
#ifndef CONFIG_SKIP_RELOCATE_UBOOT
relocate:               /* relocate U-Boot to RAM */
    adr r0, _start      /* r0 <- current position of code */
    ldr r1, _TEXT_BASE  /* test if we run from flash or RAM */
    cmp r0, r1          /* don't reloc during debug */
    beq stack_setup

    ldr r2, _armboot_start
    ldr r3, _bss_start
    sub r2, r3, r2      /* r2 <- size of armboot */
    add r2, r0, r2      /* r2 <- source end address */

copy_loop:
    ldmia r0!, {r3-r10} /* copy from source address [r0] */
    stmia r1!, {r3-r10} /* copy to   target address [r1] */
    cmp r0, r2          /* until source end addreee [r2] */
    ble copy_loop
#endif /* CONFIG_SKIP_RELOCATE_UBOOT */
#endif

 

//下面添加2440中u-boot从Nand Flash启动

#ifdef CONFIG_S3C2440_NAND_BOOT
    mov r1, #NAND_CTL_BASE   //复位Nand Flash
    ldr r2, =( (7<<12)|(7<<8)|(7<<4)|(0<<0) )
    str r2, [r1, #oNFCONF]   //设置配置寄存器的初始值，参考s3c2440手册
    ldr r2, [r1, #oNFCONF]

    ldr r2, =( (1<<4)|(0<<1)|(1<<0) )
    str r2, [r1, #oNFCONT]   //设置控制寄存器
    ldr r2, [r1, #oNFCONT]

    ldr r2, =(0x6)           //RnB Clear
    str r2, [r1, #oNFSTAT]
    ldr r2, [r1, #oNFSTAT]
    mov r2, #0xff            //复位command
    strb r2, [r1, #oNFCMD]

    mov r3, #0               //等待
nand1:
    add r3, r3, #0x1
    cmp r3, #0xa
    blt nand1

nand2:
    ldr r2, [r1, #oNFSTAT]   //等待就绪
    tst r2, #0x4
    beq nand2

    ldr r2, [r1, #oNFCONT]
    orr r2, r2, #0x2         //取消片选
    str r2, [r1, #oNFCONT]

    //get read to call C functions (for nand_read())
    ldr sp, DW_STACK_START   //为C代码准备堆栈,DW_STACK_START定义在下面 
    mov fp, #0               

    //copy U-Boot to RAM
    ldr r0, =TEXT_BASE//传递给C代码的第一个参数：u-boot在RAM中的起始地址
    mov r1, #0x0      //传递给C代码的第二个参数：Nand Flash的起始地址
    mov r2, #0x30000  //传递给C代码的第三个参数：u-boot的长度大小(128k)
    bl nand_read_ll   //此处调用C代码中读Nand的函数，现在还没有要自己编写实现
    tst r0, #0x0
    beq ok_nand_read

bad_nand_read:
    loop2: b loop2    //infinite loop

ok_nand_read:
    //检查搬移后的数据，如果前4k完全相同，表示搬移成功
    mov r0, #0
    ldr r1, =TEXT_BASE
    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 stack_setup
    bne go_next

notmatch:
    loop3: b loop3           //infinite loop

#endif //CONFIG_S3C2440_NAND_BOOT

 

_start_armboot: .word start_armboot //在这一句的下面加上DW_STACK_START的定义

.align 2
DW_STACK_START: .word STACK_BASE+STACK_SIZE-4

再次，在board/samsung/my2440/目录下新建一个nand_read.c文件，在该文件中来实现上面汇编中要调用的nand_read_ll函数，代码如下：

#gedit board/samsung/my2440/nand_read.c  //新建一个nand_read.c文件，记得保存

#include <config.h>

#define NF_BASE   0x4E000000  //Nand Flash配置寄存器基地址

#define __REGb(x) (*(volatile unsigned char *)(x))
#define __REGi(x) (*(volatile unsigned int  *)(x))

#define NFCONF __REGi(NF_BASE + 0x0 )  //通过偏移量还是得到配置寄存器基地址
#define NFCONT __REGi(NF_BASE + 0x4 )  //通过偏移量得到控制寄存器基地址
#define NFCMD  __REGb(NF_BASE + 0x8 )  //通过偏移量得到指令寄存器基地址
#define NFADDR __REGb(NF_BASE + 0xC )  //通过偏移量得到地址寄存器基地址
#define NFDATA __REGb(NF_BASE + 0x10)  //通过偏移量得到数据寄存器基地址
#define NFSTAT __REGb(NF_BASE + 0x20)  //通过偏移量得到状态寄存器基地址

#define NAND_CHIP_ENABLE  (NFCONT &= ~(1<<1))  //Nand片选使能
#define NAND_CHIP_DISABLE (NFCONT |= (1<<1))   //取消Nand片选
#define NAND_CLEAR_RB     (NFSTAT |= (1<<2))
#define NAND_DETECT_RB    { while(! (NFSTAT&(1<<2)) );}

#define NAND_SECTOR_SIZE 512
#define NAND_BLOCK_MASK (NAND_SECTOR_SIZE - 1)

/* low level nand read function */
int nand_read_ll(unsigned char *buf, unsigned long start_addr, int size)
{
    int i, j;

    if ((start_addr & NAND_BLOCK_MASK) || (size & NAND_BLOCK_MASK)) 
    {
        return -1; //地址或长度不对齐
    }

    NAND_CHIP_ENABLE; //选中Nand片选

    for(i=start_addr; i < (start_addr + size);) 
    {
        //发出READ0指令

        NAND_CLEAR_RB;
        NFCMD = 0;

        //对Nand进行寻址
        NFADDR = i & 0xFF;

        NFADDR = (i >> 9) & 0xFF;
        NFADDR = (i >> 17) & 0xFF;
        NFADDR = (i >> 25) & 0xFF;

        NAND_DETECT_RB;

        for(j=0; j < NAND_SECTOR_SIZE; j++, i++) 
        {
            *buf = (NFDATA & 0xFF);
            buf++;
        }
    }

    NAND_CHIP_DISABLE; //取消片选信号

    return 0;
}

注意：上面这段代码中对Nand进行寻址的部分，这跟具体的Nand Flash的寻址方式有关。根据我们开发板上的Nand Flash(K9F1208U0C)数据手册得知，片内寻址是采用26位地址形式。从第0位开始分四次通过I/O0－I/O7进行传送，并进行片内寻址。具体含义和结构图如下(相关概念参考Nand数据手册)：

0 － 7位：字节在上半部、下半部及OOB内的偏移地址
     8位：值为0代表对一页内前256个字节进行寻址，值为1代表对一页内后256个字节进行寻址
 9－13位：对页进行寻址
14－25位：对块进行寻址


然后，在board/samsung/my2440/Makefile中添加nand_read.c的编译选项，使他编译到u-boot中，如下：

COBJS    := my2440.o flash.o nand_read.o

还有一个重要的地方要修改，在cpu/arm920t/u-boot.lds中，这个u-boot启动连接脚本文件决定了u-boot运行的入口地址，以及各个段的存储位置，这也是链接定位的作用。添加下面两行代码的主要目的是防止编译器把我们自己添加的用于nandboot的子函数放到4K之后，否则是无法启动的。如下：

.text :
{
    cpu/arm920t/start.o    (.text)
    board/samsung/my2440/lowlevel_init.o (.text)
    board/samsung/my2440/nand_read.o (.text)
    *(.text)
}

最后编译u-boot，生成u-boot.bin文件。然后先将mini2440开发板调到Nor启动档，利用supervivi的a命令将u-boot.bin下载到开发板的Nand Flash中，再把开发板调到Nand启动档，打开电源就从Nand Flash启动了，启动结果图如下：

从上面的运行图看，显然现在的Nand还不能做任何事情，而且也没有显示有关Nand的任何信息，所以只能说明上面的这些步骤只是完成了Nand移植的Stage1部分。下面我们来添加我们开发板上的Nand Flash(K9F1208U0C)的Stage2部分的有关操作支持。

6）现在进入u-boot的第二阶段（添加Nand Flash(K9F1208U0C)的有关操作支持）。
在上一节中我们说过，通常在嵌入式bootloader中，有两种方式来引导启动内核：从Nor Flash启动和从Nand Flash启动，但不管是从Nor启动或者从Nand启动，进入第二阶段以后，两者的执行流程是相同的。

当u-boot的start.S运行到“_start_armboot: .word start_armboot”时，就会调用lib_arm/board.c中的start_armboot函数，至此u-boot正式进入第二阶段。此时注意：以前较早的u-boot版本进入第二阶段后，对Nand Flash的支持有新旧两套代码，新代码在drivers/nand目录下，旧代码在drivers/nand_legacy目录下，CFG_NAND_LEGACY宏决定了使用哪套代码，如果定义了该宏就使用旧代码，否则使用新代码。但是现在的u-boot-2009.08版本对Nand的初始化、读写实现是基于最近的Linux内核的MTD架构，删除了以前传统的执行方法，使移植没有以前那样复杂了，实现Nand的操作和基本命令都直接在drivers/mtd/nand目录下(在doc/README.nand中讲得很清楚)。下面我们结合代码来分析一下u-boot在第二阶段的执行流程：

1.lib_arm/board.c文件中的start_armboot函数调用了drivers/mtd/nand/nand.c文件中的nand_init函数，如下：
  #if defined(CONFIG_CMD_NAND) //可以看到CONFIG_CMD_NAND宏决定了Nand的初始化
      puts ("NAND: ");
      nand_init();
  #endif

2.nand_init调用了同文件下的nand_init_chip函数；
3.nand_init_chip函数调用drivers/mtd/nand/s3c2410_nand.c文件下的board_nand_init函数，然后再调用drivers/mtd/nand/nand_base.c函数中的nand_scan函数；
4.nand_scan函数调用了同文件下的nand_scan_ident函数等。

因为2440和2410对nand控制器的操作有很大的不同，所以s3c2410_nand.c下对nand操作的函数就是我们做移植需要实现的部分了，他与具体的Nand Flash硬件密切相关。为了区别与2410，这里我们就重新建立一个s3c2440_nand.c文件，在这里面来实现对nand的操作，代码如下：

#gedit drivers/mtd/nand/s3c2440_nand.c   //新建s3c2440_nand.c文件

#include

#if 0
#define DEBUGN    printf
#else
#define DEBUGN(x, args ...) {}
#endif

#include
#include
#include

 

#define __REGb(x)    (*(volatile unsigned char *)(x))
#define __REGi(x)    (*(volatile unsigned int *)(x))

 

#define NF_BASE  0x4e000000             //Nand配置寄存器基地址
#define NFCONF   __REGi(NF_BASE + 0x0)  //偏移后还是得到配置寄存器基地址
#define NFCONT   __REGi(NF_BASE + 0x4)  //偏移后得到Nand控制寄存器基地址
#define NFCMD    __REGb(NF_BASE + 0x8)  //偏移后得到Nand指令寄存器基地址
#define NFADDR   __REGb(NF_BASE + 0xc)  //偏移后得到Nand地址寄存器基地址
#define NFDATA   __REGb(NF_BASE + 0x10) //偏移后得到Nand数据寄存器基地址
#define NFMECCD0 __REGi(NF_BASE + 0x14) //偏移后得到Nand主数据区域ECC0寄存器基地址
#define NFMECCD1 __REGi(NF_BASE + 0x18) //偏移后得到Nand主数据区域ECC1寄存器基地址
#define NFSECCD  __REGi(NF_BASE + 0x1C) //偏移后得到Nand空闲区域ECC寄存器基地址
#define NFSTAT   __REGb(NF_BASE + 0x20) //偏移后得到Nand状态寄存器基地址
#define NFSTAT0  __REGi(NF_BASE + 0x24) //偏移后得到Nand ECC0状态寄存器基地址
#define NFSTAT1  __REGi(NF_BASE + 0x28) //偏移后得到Nand ECC1状态寄存器基地址
#define NFMECC0  __REGi(NF_BASE + 0x2C) //偏移后得到Nand主数据区域ECC0状态寄存器基地址
#define NFMECC1  __REGi(NF_BASE + 0x30) //偏移后得到Nand主数据区域ECC1状态寄存器基地址
#define NFSECC   __REGi(NF_BASE + 0x34) //偏移后得到Nand空闲区域ECC状态寄存器基地址
#define NFSBLK   __REGi(NF_BASE + 0x38) //偏移后得到Nand块开始地址
#define NFEBLK   __REGi(NF_BASE + 0x3c) //偏移后得到Nand块结束地址

 

#define S3C2440_NFCONT_nCE  (1<<1)
#define S3C2440_ADDR_NALE   0x0c
#define S3C2440_ADDR_NCLE   0x08

 

ulong IO_ADDR_W = NF_BASE;

 

static void s3c2440_hwcontrol(struct mtd_info *mtd, int cmd, unsigned int ctrl)
{
    struct nand_chip *chip = mtd->priv;

    DEBUGN("hwcontrol(): 0x%02x 0x%02x\n", cmd, ctrl);

    if (ctrl & NAND_CTRL_CHANGE) {
        IO_ADDR_W = NF_BASE;

        if (!(ctrl & NAND_CLE))                //要写的是地址
            IO_ADDR_W |= S3C2440_ADDR_NALE;
        if (!(ctrl & NAND_ALE))                //要写的是命令
            IO_ADDR_W |= S3C2440_ADDR_NCLE;

        if (ctrl & NAND_NCE)
            NFCONT &= ~S3C2440_NFCONT_nCE;    //使能nand flash
        else
            NFCONT |= S3C2440_NFCONT_nCE;     //禁止nand flash
    }

    if (cmd != NAND_CMD_NONE)
        writeb(cmd,(void *)IO_ADDR_W);
}

 

static int s3c2440_dev_ready(struct mtd_info *mtd)
{
    DEBUGN("dev_ready\n");
    return (NFSTAT & 0x01);
}

 

int board_nand_init(struct nand_chip *nand)
{
    u_int32_t cfg;
    u_int8_t tacls, twrph0, twrph1;
    S3C24X0_CLOCK_POWER * const clk_power = S3C24X0_GetBase_CLOCK_POWER();

 

    DEBUGN("board_nand_init()\n");

 

    clk_power->CLKCON |= (1 << 4);

 

    twrph0 = 4; twrph1 = 2; tacls = 0;

 

    cfg = (tacls<<12)|(twrph0<<8)|(twrph1<<4);
    NFCONF = cfg;

 

    cfg = (1<<6)|(1<<4)|(0<<1)|(1<<0);
    NFCONT = cfg;

 

    /* initialize nand_chip data structure */
    nand->IO_ADDR_R = nand->IO_ADDR_W = (void *)0x4e000010;

 

    /* read_buf and write_buf are default */
    /* read_byte and write_byte are default */

    /* hwcontrol always must be implemented */
    nand->cmd_ctrl = s3c2440_hwcontrol;

 

    nand->dev_ready = s3c2440_dev_ready;

 

    return 0;
}

 

其次，在开发板配置文件include/configs/my2440.h文件中定义支持Nand操作的相关宏，如下：

#gedit include/configs/my2440.h

/* Command line configuration. */
#define CONFIG_CMD_NAND
#define CONFIG_CMDLINE_EDITING

#ifdef CONFIG_CMDLINE_EDITING
#undef CONFIG_AUTO_COMPLETE
#else
#define CONFIG_AUTO_COMPLETE
#endif

 

/* NAND flash settings */
#if defined(CONFIG_CMD_NAND)
#define CONFIG_SYS_NAND_BASE            0x4E000000 //Nand配置寄存器基地址
#define CONFIG_SYS_MAX_NAND_DEVICE      1
#define CONFIG_MTD_NAND_VERIFY_WRITE    1
//#define NAND_SAMSUNG_LP_OPTIONS       1  //注意：我们这里是64M的Nand Flash，所以不用，如果是128M的大块Nand Flash，则需加上
#endif

 

然后，在drivers/mtd/nand/Makefile文件中添加s3c2440_nand.c的编译项，如下：

# gedit drivers/mtd/nand/Makefile

COBJS-y += s3c2440_nand.o
COBJS-$(CONFIG_NAND_S3C2440) += s3c2440_nand.o

最后，重新编译u-boot并使用supervivi的a命令下载到Nand Flash中，把开发板调到Nand档从Nand启动，启动结果图如下：

从上图可以看出，现在u-boot已经对我们开发板上64M的Nand Flash完全支持了。Nand相关的基本命令也都可以正常使用了。

补充内容：

从以上的启动信息看，有一个警告信息“*** Warning - bad CRC or NAND, using default environment”，我们知道，这是因为我们还没有将u-boot的环境变量保存nand中的缘故，那现在我们就用u-boot的saveenv命令来保存环境变量，如下：

从上图可以看到保存环境变量并没有成功，而且从信息看他将把环境变量保存到Flash中，显然这不正确，我们是要保存到Nand中。原来，u-boot在默认的情况下把环境变量都是保存到Nor Flash中的，所以我们要修改代码，让他保存到Nand中，如下：

#gedit include/configs/my2440.h

//注释掉环境变量保存到Flash的宏(注意：如果你要使用上一篇中的从Nor启动的saveenv命令，则要恢复这些Flash宏定义)

//#define CONFIG_ENV_IS_IN_FLASH 1
//#define CONFIG_ENV_SIZE      0x10000 /* Total Size of Environment Sector */

 

//添加环境变量保存到Nand的宏(注意：如果你要使用上一篇中的从Nor启动的saveenv命令，则不要这些Nand宏定义)

#define CONFIG_ENV_IS_IN_NAND  1
#define CONFIG_ENV_OFFSET      0x30000 //将环境变量保存到nand中的0x30000位置
#define CONFIG_ENV_SIZE        0x10000 /* Total Size of Environment Sector */

重新编译u-boot，下载到nand中，启动开发板再来保存环境变量，如下：

可以看到，现在成功保存到Nand中了，为了验证，我们重新启动开发板，那条警告信息现在没有了，如下：

 

下接：u-boot-2009.08在2440上的移植详解（四）