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wangtingting0902

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TQ2440裸跑-MMU

分类： 嵌入式

2015-07-15 12:00:45

原文地址：TQ2440裸跑-MMU 作者：癞头和尚

0实验环境与实验例程

实验环境：TQ2440

实验例程：韦东山 嵌入式linux应用开发完全手册

1 makefile分析

点击(此处)折叠或打开

  1. objs := head.o init.o leds.o;obj是变量，在下面用$(obj)引用，类似于c语言中的宏

  3. mmu.bin : $(objs);mmu.bin是第一个目标，也是最终目标
  4. arm-linux-ld -Tmmu.lds -o mmu_elf $^;采用mmu.lds链接脚本,$^表示所有依赖的名字 head.o init.o leds.o
  5. arm-linux-objcopy -O binary -S mmu_elf $@   ;$@表示规则的目标文件
  6. arm-linux-objdump -D -m arm mmu_elf > mmu.dis
  7. ;
  8. %.o:%.c
  9. arm-linux-gcc -Wall -O2 -c -o $@ $<;$@表示规则的目标文件,$<表示第一个依赖的文件名

  11. %.o:%.S
  12. arm-linux-gcc -Wall -O2 -c -o $@ $<;$@表示规则的目标文件 ，$<表示第一个依赖的文件名

  14. clean:
  15. rm -f mmu.bin mmu_elf mmu.dis *.o;在make clean是执行

make执行过程

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  1. arm-linux-gcc -Wall -O2 -c -o head.o head.S
  2. arm-linux-gcc -Wall -O2 -c -o init.o init.c
  3. arm-linux-gcc -Wall -O2 -c -o leds.o leds.c
  4. arm-linux-ld -Tmmu.lds -o mmu_elf head.o init.o leds.o
  5. arm-linux-objcopy -O binary -S mmu_elf mmu.bin
  6. arm-linux-objdump -D -m arm mmu_elf > mmu.dis

2链接脚本3源代码

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  1. SECTIONS {
  2. firtst 0x00000000 : { head.o init.o }
  3. second 0xB0004000 : AT(2048) { leds.o }  ;2048为加载地址，0xB0004000为重定位地址

3源代码

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  1. @*************************************************************************
  2. @ File：head.S
  3. @ 功能：设置SDRAM，将第二部分代码复制到SDRAM，设置页表，启动MMU，
  4. @ 然后跳到SDRAM继续执行
  5. @*************************************************************************

  7. .text
  8. .global _start
  9. _start:
  10.     ldr sp, =4096 @ 设置栈指针，以下都是C函数，调用前需要设好栈
  11.     bl disable_watch_dog @ 关闭WATCHDOG，否则CPU会不断重启
  12.     bl memsetup @ 设置存储控制器以使用SDRAM
  13.     bl copy_2th_to_sdram @ 将第二部分代码复制到SDRAM
  14.     bl create_page_table @ 设置页表
  15.     bl mmu_init @ 启动MMU
  16.     ldr sp, =0xB4000000 @ 重设栈指针，指向SDRAM顶端(使用虚拟地址)
  17.     ldr pc, =0xB0004000 @ 跳到SDRAM中继续执行第二部分代码
  18.     @ ldr pc, =main
  19. halt_loop:
  20.     b halt_loop

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  1. /*
  2.  * init.c: 进行一些初始化，在Steppingstone中运行
  3.  * 它和head.S同属第一部分程序，此时MMU未开启，使用物理地址
  4.  */

  6. /* WATCHDOG寄存器 */
  7. #define WTCON (*(volatile unsigned long *)0x53000000)
  8. /* 存储控制器的寄存器起始地址 */
  9. #define MEM_CTL_BASE 0x48000000


  12. /*
  13.  * 关闭WATCHDOG，否则CPU会不断重启
  14.  */
  15. void disable_watch_dog(void)
  16. {
  17.     WTCON = 0; // 关闭WATCHDOG很简单，往这个寄存器写0即可
  18. }

  20. /*
  21.  * 设置存储控制器以使用SDRAM
  22.  */
  23. void memsetup(void)
  24. {
  25.     /* SDRAM 13个寄存器的值 */
  26.     unsigned long const mem_cfg_val[]={ 0x22011110, //BWSCON
  27.                                             0x00000700, //BANKCON0
  28.                                             0x00000700, //BANKCON1
  29.                                             0x00000700, //BANKCON2
  30.                                             0x00000700, //BANKCON3
  31.                                             0x00000700, //BANKCON4
  32.                                             0x00000700, //BANKCON5
  33.                                             0x00018005, //BANKCON6
  34.                                             0x00018005, //BANKCON7
  35.                                             0x008C07A3, //REFRESH
  36.                                             0x000000B1, //BANKSIZE
  37.                                             0x00000030, //MRSRB6
  38.                                             0x00000030, //MRSRB7
  39.                                     };
  40.     int i = 0;
  41.     volatile unsigned long *p = (volatile unsigned long *)MEM_CTL_BASE;
  42.     for(; i < 13; i++)
  43.         p[i] = mem_cfg_val[i];
  44. }

  46. /*
  47.  * 将第二部分代码复制到SDRAM
  48.  */
  49. void copy_2th_to_sdram(void)
  50. {
  51.     unsigned int *pdwSrc = (unsigned int *)2048;
  52.     unsigned int *pdwDest = (unsigned int *)0x30004000;
  53.     
  54.     while (pdwSrc < (unsigned int *)4096)
  55.     {
  56.         *pdwDest = *pdwSrc;
  57.         pdwDest++;
  58.         pdwSrc++;
  59.     }
  60. }

  62. /*
  63.  * 设置页表
  64.  */
  65. void create_page_table(void)
  66. {

  68. /*
  69.  * 用于段描述符的一些宏定义
  70.  */
  71. #define MMU_FULL_ACCESS (3 << 10) /* 访问权限 */
  72. #define MMU_DOMAIN (0 << 5) /* 属于哪个域 */
  73. #define MMU_SPECIAL (1 << 4) /* 必须是1 */
  74. #define MMU_CACHEABLE (1 << 3) /* cacheable */
  75. #define MMU_BUFFERABLE (1 << 2) /* bufferable */
  76. #define MMU_SECTION (2) /* 表示这是段描述符 */
  77. #define MMU_SECDESC (MMU_FULL_ACCESS | MMU_DOMAIN | MMU_SPECIAL | \
  78.                              MMU_SECTION)
  79. #define MMU_SECDESC_WB (MMU_FULL_ACCESS | MMU_DOMAIN | MMU_SPECIAL | \
  80.                              MMU_CACHEABLE | MMU_BUFFERABLE | MMU_SECTION)
  81. #define MMU_SECTION_SIZE 0x00100000

  83.     unsigned long virtuladdr, physicaladdr;
  84.     unsigned long *mmu_tlb_base = (unsigned long *)0x30000000;
  85.     
  86.     /*
  87.      * Steppingstone的起始物理地址为0，第一部分程序的起始运行地址也是0，
  88.      * 为了在开启MMU后仍能运行第一部分的程序，
  89.      * 将0～1M的虚拟地址映射到同样的物理地址
  90.      */
  91.     virtuladdr = 0;
  92.     physicaladdr = 0;
  93.     *(mmu_tlb_base + (virtuladdr >> 20)) = (physicaladdr & 0xFFF00000) | \
  94.                                             MMU_SECDESC_WB;

  96.     /*
  97.      * 0x56000000是GPIO寄存器的起始物理地址，
  98.      * GPBCON和GPBDAT这两个寄存器的物理地址0x56000010、0x56000014，
  99.      * 为了在第二部分程序中能以地址0xA0000010、0xA0000014来操作GPBCON、GPBDAT，
  100.      * 把从0xA0000000开始的1M虚拟地址空间映射到从0x56000000开始的1M物理地址空间
  101.      */
  102.     virtuladdr = 0xA0000000;
  103.     physicaladdr = 0x56000000;
  104.     *(mmu_tlb_base + (virtuladdr >> 20)) = (physicaladdr & 0xFFF00000) | \
  105.                                             MMU_SECDESC;

  107.     /*
  108.      * SDRAM的物理地址范围是0x30000000～0x33FFFFFF，
  109.      * 将虚拟地址0xB0000000～0xB3FFFFFF映射到物理地址0x30000000～0x33FFFFFF上，
  110.      * 总共64M，涉及64个段描述符
  111.      */
  112.     virtuladdr = 0xB0000000;
  113.     physicaladdr = 0x30000000;
  114.     while (virtuladdr < 0xB4000000)
  115.     {
  116.         *(mmu_tlb_base + (virtuladdr >> 20)) = (physicaladdr & 0xFFF00000) | \
  117.                                                 MMU_SECDESC_WB;
  118.         virtuladdr += 0x100000;
  119.         physicaladdr += 0x100000;
  120.     }
  121. }

  123. /*
  124.  * 启动MMU
  125.  */
  126. void mmu_init(void)
  127. {
  128.     unsigned long ttb = 0x30000000;

  130. // ARM休系架构与编程
  131. // 嵌入汇编：LINUX内核完全注释
  132. __asm__(
  133.     "mov r0, #0\n"
  134.     "mcr p15, 0, r0, c7, c7, 0\n" /* 使无效ICaches和DCaches */
  135.     
  136.     "mcr p15, 0, r0, c7, c10, 4\n" /* drain write buffer on v4 */
  137.     "mcr p15, 0, r0, c8, c7, 0\n" /* 使无效指令、数据TLB */
  138.     
  139.     "mov r4, %0\n" /* r4 = 页表基址 */
  140.     "mcr p15, 0, r4, c2, c0, 0\n" /* 设置页表基址寄存器 */
  141.     
  142.     "mvn r0, #0\n"
  143.     "mcr p15, 0, r0, c3, c0, 0\n" /* 域访问控制寄存器设为0xFFFFFFFF，
  144.                                          * 不进行权限检查
  145.                                          */
  146.     /*
  147.      * 对于控制寄存器，先读出其值，在这基础上修改感兴趣的位，
  148.      * 然后再写入
  149.      */
  150.     "mrc p15, 0, r0, c1, c0, 0\n" /* 读出控制寄存器的值 */
  151.     
  152.     /* 控制寄存器的低16位含义为：.RVI ..RS B... .CAM
  153.      * R : 表示换出Cache中的条目时使用的算法，
  154.      * 0 = Random replacement；1 = Round robin replacement
  155.      * V : 表示异常向量表所在的位置，
  156.      * 0 = Low addresses = 0x00000000；1 = High addresses = 0xFFFF0000
  157.      * I : 0 = 关闭ICaches；1 = 开启ICaches
  158.      * R、S : 用来与页表中的描述符一起确定内存的访问权限
  159.      * B : 0 = CPU为小字节序；1 = CPU为大字节序
  160.      * C : 0 = 关闭DCaches；1 = 开启DCaches
  161.      * 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
  162.      * M : 0 = 关闭MMU；1 = 开启MMU
  163.      */
  164.     
  165.     /*
  166.      * 先清除不需要的位，往下若需要则重新设置它们
  167.      */
  168.                                         /* .RVI ..RS B... .CAM */
  169.     "bic r0, r0, #0x3000\n" /* ..11 .... .... .... 清除V、I位 */
  170.     "bic r0, r0, #0x0300\n" /* .... ..11 .... .... 清除R、S位 */
  171.     "bic r0, r0, #0x0087\n" /* .... .... 1... .111 清除B/C/A/M */

  173.     /*
  174.      * 设置需要的位
  175.      */
  176.     "orr r0, r0, #0x0002\n" /* .... .... .... ..1. 开启对齐检查 */
  177.     "orr r0, r0, #0x0004\n" /* .... .... .... .1.. 开启DCaches */
  178.     "orr r0, r0, #0x1000\n" /* ...1 .... .... .... 开启ICaches */
  179.     "orr r0, r0, #0x0001\n" /* .... .... .... ...1 使能MMU */
  180.     
  181.     "mcr p15, 0, r0, c1, c0, 0\n" /* 将修改的值写入控制寄存器 */
  182.     : /* 无输出 */
  183.     : "r" (ttb) );
  184. }

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  1. /*
  2.  * leds.c: 循环点亮4个LED
  3.  * 属于第二部分程序，此时MMU已开启，使用虚拟地址
  4.  */

  6. #define GPBCON (*(volatile unsigned long *)0xA0000010) // 物理地址0x56000010
  7. #define GPBDAT (*(volatile unsigned long *)0xA0000014) // 物理地址0x56000014

  9. /*
  10.  * LED1,LED2,LED4对应GPB5、GPB6、GPB7、GPB8
  11.  */
  12. #define    GPB5_out    (1<<(5*2))
  13. #define    GPB6_out    (1<<(6*2))
  14. #define    GPB7_out    (1<<(7*2))
  15. #define    GPB8_out    (1<<(8*2))

  17. /*
  18.  * wait函数加上“static inline”是有原因的，
  19.  * 这样可以使得编译leds.c时，wait嵌入main中，编译结果中只有main一个函数。
  20.  * 于是在连接时，main函数的地址就是由连接文件指定的运行时装载地址。
  21.  * 而连接文件mmu.lds中，指定了leds.o的运行时装载地址为0xB4004000，
  22.  * 这样，head.S中的“ldr pc, =0xB4004000”就是跳去执行main函数。
  23.  */
  24. static inline void wait(volatile unsigned long dly)
  25. {
  26.     for(; dly > 0; dly--);
  27. }

  29. int main(void)
  30. {
  31.     unsigned long i = 0;
  32.     
  33.     // LED1,LED2,LED3,LED4对应的4根引脚设为输出
  34.     GPBCON = GPB5_out | GPB6_out | GPB7_out | GPB8_out;

  36.     while(1){
  37.         wait(30000);
  38.         GPBDAT = (~(i<<5));         // 根据i的值，点亮LED1,2,3,4
  39.         if(++i == 16)
  40.             i = 0;
  41.     }

  43.     return 0;
  44. }

4总结

mmu主要讲虚拟地址转换为物理地址
makefile的命令前必须为tab，不能为空格



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