嵌入式Linux裸机开发(二)——S5PV210启动过程分析

一、iROM启动方式简介

    友善之臂Smart210开发板的SoC为三星S5PV210,S5PV210采用iROM启动方式进行启动,通过查阅三星官方S5PV210文档s5pv210_irom_applicationnote_preliminary可知,iROM启动方式支持从MoviNAND/iNand, MMC/SD Card ,pure Nand, eMMC, eSSD, UART and USB等存储设备启动。

1、硬件支持需求

使用iROM启动方式有几种硬件需求:

A、基于CortexA8S5PV210X微处理器

B、64KB iROM

C、96KB iRAM

D、通用的SDRAM和控制器

E、4/8 Bit的高速SD/MMC控制器

F、4-bit SD / 4-bit MMC / 4 or 8-bit eMMC

G、Nand Flash控制器

H、OneNand控制器

I、eSSD控制器

J、UART/USB控制器

2、启动模式

A、OneNand启动(Mux/Demux)

B、Nand启动(支持8/16-Bit ECC

C、MMC启动(MMC4.3标准,兼容eMMC)

D、eSSD启动

E、UART/USB启动

安全启动模式支持:对除UART/USB 外的所有启动设备的BootLoader采用整体校验,安全秘钥值写在S5PV210内部,如果安全秘钥值没有写在S5PV210内部,则为非安全启动模式。三星在制造阶段就将安全秘钥值写入到了S5PV210内部。

第二启动模式支持:当第一启动模式(安全启动模式)失败后,就会试图从4 bit的SD/MMC通道2通过SD/MMC启动。

3、iROM启动方式的优点

A、降低BOM(材料清单)成本

iROM启动支持从Movinand/iNAND/MMC/eMMC Card, eSSD设备启动,系统无需启动介质就可以启动,不需要像nor flash这样的启动设备

B、改善读特性

采用iROM启动方式从nand flash启动时,S5PV210支持8/16-bit H/W ECC但是16-bit ECC仅支持4KB 5cycleNand

C、降低生产成本

能从其他启动设备烧录启动设备,无需Gang programmer烧录器

4、电路设计

A、使用OM引脚选择iROM启动设备

B、所有的S5PV210启动设备都可以MMC通道2使SD/MMC设备以第二启动方式启动。

C、OneNand 启动时,Xm0CSn4/NFCSn2/ONANDXL_CSn0信号必须有效。BL1代码段起始处必须是BL1的校验数据。

D、Nand启动时,Xm0CSn2/NFCSn0信号必须有效BL1代码段起始处必须是BL1的校验数据。

E、SD/MMC/eMMC启动时,MMC通道0分配给第一启动模式使用,通道2分配给第二启动模式使用。BL1代码段起始处必须是BL1的校验数据。

F、UART启动使用串口端口2

二、iROM启动流程

S5PV210启动过程分为BL0、BL1、BL2三个阶段,S5PV210内部有96Kb的IRAM和64Kb的IROMS5PV210启动过程如下图:

嵌入式Linux裸机开发(二)——S5PV210启动过程分析_第1张图片

第一步:iROM初始化,初始化系统时钟、特殊设备控制寄存器和启动设备

第二步:iROM启动代码加载BL1(bootloader)到iRAM,在安全启动模式下iROM对BL1进行整体校验。

第三步:执行BL1,BL1加载BL2(剩余的bootloader)到iRAM,BL1将会对BL2进行整体校验。

第四步:执行BL2,BL2初始化DRAM控制器,加载kernel到SDRAM

第五步:跳转到OS起始地址,进入系统

1BL0启动阶段

在BL0阶段初始化的内容如下:

1、关闭看门狗

2、初始化icache

3、初始化栈(设置中断栈、SVC栈)

4、初始化堆

5、初始化块设备copy函数

6、初始化PLL和设置系统时钟

7、拷贝BL1到iram

8、校验BL1,如果校验失败,将从SD卡启动

9、检查是否是安全启动模式

10、跳转到BL1的地址

2、第一启动模式启动流程

安全启动模式(第一启动模式)的启动过程:

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3、第二启动模式启动流程

第二启动模式的启动过程:

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4UART启动模式

S5PV210 iROM支持串口下载功能,串口下载一般通过发送校验位到DNW进行校验,不关心启动设备。对于串口下载来说不需要选择信号。为了避免串口超时错误,用户需要在开发板电源打开之前设置DNW配置,也就是当BL1代码被选中,下载进程启动时,iROM就应该被启动。

5、USB启动模式

S5PV210 iROM支持USB下载功能。如果串口超时发生,iROM会试图从USB模式启动。为了避免USB协商超时错误,用户必须预先用USB线连接好目标开发板和PC。如果USB连接好,用户就能通过USB线下载BL1镜像到开发板。

在UART、USB启动模式下BL1不需要头信息,BL1代码的基地址是0xD0020000。在其他启动模式下,BL1必须有头信息,BL1代码的基地址是0xD0020010

三、iROM启动的其他细节

1iROM内存分配

2、全局变量

如果用MMC设备启动,MMC卡的信息必须保存在特殊区域。

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2、设备拷贝函数

S5PV210内部有一段用于启动设备的块拷贝函数的ROM代码,因此开发者不需要实现设备拷贝函数。这些内部函数能从存储设备中拷贝任何数据到SDRAM,用户在iROM启动过程完成后仍然可以使用这些函数。

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2、启动设备启动扇区分配

SD/MMC/eSSD设备启动扇区分配

eMMC设备启动扇区分配

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OneNAND/NAND设备启动扇区分配

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如果从Nand启动,Nand ECC数据应该项如下设定:

wKiom1dUPwax6HOIAABRY-xIG4Y700.png

对于8bit ECC来说,ECC 数据大小是13字节

对于16bit ECC来说,ECC 数据大小是26字节,但是对于每一种Nand flash,ECC的大小是不一样的,因此需要去查阅Nand flash的数据手册。

2、启动代码的头信息数据

BL1必须有头信息数据,头信息数据是用于通过iROM复制BL1到iRAM中使用,头信息数据有两种信息,一种是BL1的大小,一种是BL1数据校验。当加载BL1时,iROM检查位于头数据中的BL1的大小,拷贝BL1到iRAM。拷贝完BL1后,iROM计算拷贝的BL1的数据和,与位于BL1头数据信息中的校验和数据进行比较。如果成功,BL1启动,否则iROM将会试图从SD/MMC通道2端口的第二启动模式(4-bit SD/MMC)启动。计算数据校验和的代码如下:

for(count=0;count< dataLength;count+=1)
{
buffer = (*(volatile u8*)(uBlAddr+count));
checkSum = checkSum + buffer;
}

Count:无符号整型
dataLengthBL1的大小
buffer:从BL1读取1字节数据的存储变量

ChecksumBL1的校验和

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2、时钟设置

S5PV210只有24MHZ的外部晶体振荡器可用。

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本博文翻译自:三星S5PV210官方S5PV210_iROM_ApplicationNote文档