03-S3C2440学习之自己写bootloader
最简单bootloader包含以下几个内容
第一阶段：
（1）关看门狗
（2）设置时钟
（3）初始化SDRAM
（4）重定位：bootloader可能大于4K，
把flash中的bootloader拷贝到SDRAM中。
（5）跳转到main
第二阶段：
（6）初始化串口，内核启动打印参数
（7）设置启动参数，供内核启动时解析使用
（8）跳转启动内核
一.编写第1阶段
1、
bootloader目标：启动内核。
那么bootloader应该具备：
（1）从flash把内核读入内存
- 能操作flash、初始化内存、初始化时钟及其他资源
（2）启动内核
- 设置参数（bootloader与内核约定好地址，存放一些内核启动的参数，供内核启动使用），跳转执行内核。
（3）最简单的bootloader的编写步骤：
- 初始化硬件：关看门狗、设置时钟、设置SDRAM、初始化NAND FLASH
- 如果bootloader比较大，要把它重定位到SDRAM
- 把内核从NAND FLASH读到SDRAM
- 设置"要传给内核的参数"
- 跳转执行内核
2、首先写start.S，主要内容如下：
/* 1. 关看门狗 */
ldr r0, =0x53000000
mov r1, #0
str r1, [r0]
/* 2. 设置时钟 */
ldr r0, =0x4c000014
mov r1, #0x03; // FCLK:HCLK:PCLK=1:2:4, HDIVN=1,PDIVN=1
str r1, [r0]
/* 如果HDIVN非0，CPU的总线模式应该从“fast bus mode”变为“asynchronous bus mode” */
mrc p15, 0, r1, c1, c0, 0 /* 读出控制寄存器 */
orr r1, r1, #0xc0000000 /* 设置为“asynchronous bus mode” */
mcr p15, 0, r1, c1, c0, 0 /* 写入控制寄存器 */
/* MPLLCON = S3C2440_MPLL_200MHZ */
ldr r0, =0x4c000004
ldr r1, =S3C2440_MPLL_200MHZ
str r1, [r0]
#define S3C2440_MPLL_200MHZ ((0x5c<<12)|(0x01<<4)|(0x02))
#define MEM_CTL_BASE 0x48000000
/* 3. 初始化SDRAM */
ldr r0, =MEM_CTL_BASE
adr r1, sdram_config /* sdram_config的当前地址 */
add r3, r0, #(13*4) //r3=r0+13*4 寄存器地址范围。
1:
ldr r2, [r1], #4 //r1所指的地方取一个值存到r2，然后r1+4
str r2, [r0], #4 //r2所指的地方的值存到r0的地方，然后r0+4
cmp r0, r3 //所有寄存器都已经赋值，完成了SDRAM寄存器的初始化
bne 1b //调回到后面的1标号。
sdram_config:
.long 0x22011110 //BWSCON
.long 0x00000700 //BANKCON0
.long 0x00000700 //BANKCON1
.long 0x00000700 //BANKCON2
.long 0x00000700 //BANKCON3
.long 0x00000700 //BANKCON4
.long 0x00000700 //BANKCON5
.long 0x00018005 //BANKCON6
.long 0x00018005 //BANKCON7
.long 0x008C04F4 //REFRESH
.long 0x000000B1 //BANKSIZE
.long 0x00000030 //MRSRB6
.long 0x00000030 //MRSRB7
/* 4. 重定位 : 把bootloader本身的代码从flash复制到它的链接地址去 2440 sdram 3000 0000-3400 0000*/
启动分析
（1）如果从nor启动，则拷贝nor中的boot到内存中的链接地址
（2）如果从nand启动，则上电后系统自动拷贝bootloader前4K到内存并开始执行，此时需要这小于4K的代码，将nand中的bootloader复制到sdram中的链接地址处。
编写init.c实现copy_code_to_sdram：（判断启动方式后复制）见init.c.....
void copy_code_to_sdram(unsigned char *src, unsigned char *dest, unsigned int len)
{
int i = 0;
/* 如果是NOR启动 */
if (isBootFromNorFlash())
{
while (i < len)
{
dest[i] = src[i];
i++;
}
}
else
{
//nand_init();
nand_read((unsigned int)src, dest, len);
}
}
需要判断是从哪启动。
int isBootFromNorFlash(void)
{
volatile int *p = (volatile int *)0;
int val;
val = *p;
*p = 0x12345678;
if (*p == 0x12345678)
{
/* 写成功, 是nand启动 */
*p = val;
return 0;
}
else
{
/* NOR不能像内存一样写 */
return 1;
}
}void copy_code_to_sdram(unsigned char *src, unsigned char *dest, unsigned int len)
{
int i = 0;
/* 如果是NOR启动 */
if (isBootFromNorFlash())
{
while (i < len)
{
dest[i] = src[i];//从原地址读出一个值给目的地址
i++;
}
}
else
{
//nand_init();
nand_read((unsigned int)src, dest, len);
}
}
第二个参数链接地址：r1：链接地址 _start=0X33f80000
第三个参数长度：r2：__bss_start - _start（参考链接脚本）0X33f80000开始存放
如下：
ldr sp, =0x34000000
bl nand_init
mov r0, #0
ldr r1, =_start
ldr r2, =__bss_start
sub r2, r2, r1
bl copy_code_to_sdram
bl clear_bss
清除bss段：
bl clear_bss：（init.c中）
void clear_bss(void)
{
extern int __bss_start, __bss_end;
int *p = &__bss_start;
for (; p < &__bss_end; p++)
*p = 0;
}
接下来写nand_init和 nand_read函数：（内核也存在此处所以肯定需要初始化）...
参考2440手册和nand flash 手册，进行nand的初始化和复制：总的程序：
/* 4. 重定位 : 把bootloader本身的代码从flash复制到它的链接地址去 */
ldr sp, =0x34000000
bl nand_init
mov r0, #0
ldr r1, =_start
ldr r2, =__bss_start
sub r2, r2, r1
bl copy_code_to_sdram
bl clear_bss
/* 5. 执行main */
ldr lr, =halt
ldr pc, =main
halt:
b halt二.编写第2阶段
写main函数（board.C）
/* 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所以要完成初始化串口不然后内核启动的时候可能出错 */
uart0_init();
/* 1. 从NAND FLASH里把内核读入内存 */
0x60000+64（64K的头部）
内核地址0x30008000（内核中配置好的地址）nand_read的实现
/* 1. 从NAND FLASH里把内核读入内存 */
puts("Copy kernel from nand\n\r");
nand_read(0x60000+64, (unsigned char *)0x30008000, 0x200000);
puthex(0x1234ABCD);
puts("\n\r");
puthex(*p);
puts("\n\r");
/* 2. 设置参数 */
内核和UBOOT约定好在某个地址存放启动参数，比如此处是0x30000100开始存放启动参数，uboot将参数存放到0x30000100开始的地方，内核启动时会从这里取出参数。实现代码如下：
下面几个函数，都向地址内写入了
（1）参数代号
（2）本参数所占内存大小
（3）参数内容
（4）每个参数设置最后都指向了下一参数设置地址
puts("Set boot params\n\r");
setup_start_tag();
setup_memory_tags();
setup_commandline_tag("noinitrd root=/dev/mtdblock3 init=/linuxrc console=ttySAC0");
setup_end_tag();
/* 3. 跳转执行，启动内核 */
puts("Boot kernel\n\r");
theKernel = (void (*)(int, int, unsigned int))0x30008000;
theKernel(0, 362, 0x30000100);
/*
* mov r0, #0
* ldr r1, =362
* ldr r2, =0x30000100
* mov pc, #0x30008000
*/
puts("Error!\n\r");
/* 如果一切正常, 不会执行到这里 */
return -1;nand使用：
nand_init():
设置时序：TWP等时序控制器
使能NAND Flash控制器, 初始化ECC, 禁止片选。
nand_read()：
nand的结构：
一页2K（0-2047）+64B的OOB；（2048-4095）+64B的OOB；
OOB：
读操作：nand容易发生位反转，加入OOB作为校验码，读一页数据，同时读出OOB的校验码。根据读出数据生成校验码对比。如果出错，根据某个算法，找出错误，并修复。
数据线直接了8根线，所以需要多次发出地址。
根据芯片手册：
/* 1. 选中 */
/* 2. 发出读命令00h */
/* 3. 发出地址(写入对应寄存器，即可发出。分5步发出，包括页地址，页内地址) */
/* 4. 发出读命令30h 会把数据找到并放到页寄存器中*/
/* 5. 判断状态 （读Nand状态引脚寄存器RnB，判断是准备好还是忙碌中）*/
/* 6. 读数据 （直接读取寄存器中的值，2K 0-2047）*/
/* 7. 取消选中 */
三、全部代码：
1：start.S
#define S3C2440_MPLL_200MHZ ((0x5c<<12)|(0x01<<4)|(0x02))
#define MEM_CTL_BASE 0x48000000
.text
.global _start
_start:
/* 1. 关看门狗 */
ldr r0, =0x53000000
mov r1, #0
str r1, [r0]
/* 2. 设置时钟 */
ldr r0, =0x4c000014
mov r1, #0x03; // FCLK:HCLK:PCLK=1:2:4, HDIVN=1,PDIVN=1
str r1, [r0]
/* 如果HDIVN非0，CPU的总线模式应该从“fast bus mode”变为“asynchronous bus mode” */
mrc p15, 0, r1, c1, c0, 0 /* 读出控制寄存器 */
orr r1, r1, #0xc0000000 /* 设置为“asynchronous bus mode” */
mcr p15, 0, r1, c1, c0, 0 /* 写入控制寄存器 */
/* MPLLCON = S3C2440_MPLL_200MHZ */
ldr r0, =0x4c000004
ldr r1, =S3C2440_MPLL_200MHZ
str r1, [r0]
/* 3. 初始化SDRAM */
ldr r0, =MEM_CTL_BASE
adr r1, sdram_config /* sdram_config的当前地址 */
add r3, r0, #(13*4)
1:
ldr r2, [r1], #4
str r2, [r0], #4
cmp r0, r3
bne 1b
/* 4. 重定位 : 把bootloader本身的代码从flash复制到它的链接地址去 */
ldr sp, =0x34000000
bl nand_init
mov r0, #0
ldr r1, =_start
ldr r2, =__bss_start
sub r2, r2, r1
bl copy_code_to_sdram
bl clear_bss
/* 5. 执行main */
ldr lr, =halt
ldr pc, =main
halt:
b halt
sdram_config:
.long 0x22011110 //BWSCON
.long 0x00000700 //BANKCON0
.long 0x00000700 //BANKCON1
.long 0x00000700 //BANKCON2
.long 0x00000700 //BANKCON3
.long 0x00000700 //BANKCON4
.long 0x00000700 //BANKCON5
.long 0x00018005 //BANKCON6
.long 0x00018005 //BANKCON7
.long 0x008C04F4 // REFRESH
.long 0x000000B1 //BANKSIZE
.long 0x00000030 //MRSRB6
.long 0x00000030 //MRSRB7
2：init.c
/* NAND FLASH控制器 */
#define NFCONF (*((volatile unsigned long *)0x4E000000))
#define NFCONT (*((volatile unsigned long *)0x4E000004))
#define NFCMMD (*((volatile unsigned char *)0x4E000008))
#define NFADDR (*((volatile unsigned char *)0x4E00000C))
#define NFDATA (*((volatile unsigned char *)0x4E000010))
#define NFSTAT (*((volatile unsigned char *)0x4E000020))
/* GPIO */
#define GPHCON (*(volatile unsigned long *)0x56000070)
#define GPHUP (*(volatile unsigned long *)0x56000078)
/* UART registers*/
#define ULCON0 (*(volatile unsigned long *)0x50000000)
#define UCON0 (*(volatile unsigned long *)0x50000004)
#define UFCON0 (*(volatile unsigned long *)0x50000008)
#define UMCON0 (*(volatile unsigned long *)0x5000000c)
#define UTRSTAT0 (*(volatile unsigned long *)0x50000010)
#define UTXH0 (*(volatile unsigned char *)0x50000020)
#define URXH0 (*(volatile unsigned char *)0x50000024)
#define UBRDIV0 (*(volatile unsigned long *)0x50000028)
#define TXD0READY (1<<2)
void nand_read(unsigned int addr, unsigned char *buf, unsigned int len);
int isBootFromNorFlash(void)
{
volatile int *p = (volatile int *)0;
int val;
val = *p;
*p = 0x12345678;
if (*p == 0x12345678)
{
/* 写成功, 是nand启动 */
*p = val;
return 0;
}
else
{
/* NOR不能像内存一样写 */
return 1;
}
}
void copy_code_to_sdram(unsigned char *src, unsigned char *dest, unsigned int len)
{
int i = 0;
/* 如果是NOR启动 */
if (isBootFromNorFlash())
{
while (i < len)
{
dest[i] = src[i];//从原地址读出一个值给目的地址
i++;
}
}
else
{
//nand_init();
nand_read((unsigned int)src, dest, len);
}
}
void clear_bss(void)
{
extern int __bss_start, __bss_end;
int *p = &__bss_start;
for (; p < &__bss_end; p++)
*p = 0;
}
void nand_init(void)
{
#define TACLS 0
#define TWRPH0 1
#define TWRPH1 0
/* 设置时序 */
NFCONF = (TACLS<<12)|(TWRPH0<<8)|(TWRPH1<<4);
/* 使能NAND Flash控制器, 初始化ECC, 禁止片选 */
NFCONT = (1<<4)|(1<<1)|(1<<0);
}
void nand_select(void)
{
NFCONT &= ~(1<<1);
}
void nand_deselect(void)
{
NFCONT |= (1<<1);
}
void nand_cmd(unsigned char cmd)
{
volatile int i;
NFCMMD = cmd;
for (i = 0; i < 10; i++);
}
void nand_addr(unsigned int addr)
{
unsigned int col = addr % 2048;
unsigned int page = addr / 2048;
volatile int i;
NFADDR = col & 0xff;
for (i = 0; i < 10; i++);
NFADDR = (col >> 8) & 0xff;
for (i = 0; i < 10; i++);
NFADDR = page & 0xff;
for (i = 0; i < 10; i++);
NFADDR = (page >> 8) & 0xff;
for (i = 0; i < 10; i++);
NFADDR = (page >> 16) & 0xff;
for (i = 0; i < 10; i++);
}
void nand_wait_ready(void)
{
while (!(NFSTAT & 1));
}
unsigned char nand_data(void)
{
return NFDATA;
}
void nand_read(unsigned int addr, unsigned char *buf, unsigned int len)
{
int col = addr % 2048;
int i = 0;
/* 1. 选中 */
nand_select();
while (i < len)
{
/* 2. 发出读命令00h */
nand_cmd(0x00);
/* 3. 发出地址(分5步发出) */
nand_addr(addr);
/* 4. 发出读命令30h */
nand_cmd(0x30);
/* 5. 判断状态 */
nand_wait_ready();
/* 6. 读数据 */
for (; (col < 2048) && (i < len); col++)
{
buf[i] = nand_data();
i++;
addr++;
}
col = 0;
}
/* 7. 取消选中 */
nand_deselect();
}
#define PCLK 50000000 // init.c中的clock_init函数设置PCLK为50MHz
#define UART_CLK PCLK // UART0的时钟源设为PCLK
#define UART_BAUD_RATE 115200 // 波特率
#define UART_BRD ((UART_CLK / (UART_BAUD_RATE * 16)) - 1)
/*
* 初始化UART0
* 115200,8N1,无流控
*/
void uart0_init(void)
{
GPHCON |= 0xa0; // GPH2,GPH3用作TXD0,RXD0
GPHUP = 0x0c; // GPH2,GPH3内部上拉
ULCON0 = 0x03; // 8N1(8个数据位，无较验，1个停止位)
UCON0 = 0x05; // 查询方式，UART时钟源为PCLK
UFCON0 = 0x00; // 不使用FIFO
UMCON0 = 0x00; // 不使用流控
UBRDIV0 = UART_BRD; // 波特率为115200
}
/*
* 发送一个字符
*/
void putc(unsigned char c)
{
/* 等待，直到发送缓冲区中的数据已经全部发送出去 */
while (!(UTRSTAT0 & TXD0READY));
/* 向UTXH0寄存器中写入数据，UART即自动将它发送出去 */
UTXH0 = c;
}
void puts(char *str)
{
int i = 0;
while (str[i])
{
putc(str[i]);
i++;
}
}
void puthex(unsigned int val)
{
/* 0x1234abcd */
int i;
int j;
puts("0x");
for (i = 0; i < 8; i++)
{
j = (val >> ((7-i)*4)) & 0xf;
if ((j >= 0) && (j <= 9))
putc('0' + j);
else
putc('A' + j - 0xa);
}
}
#include "setup.h"
extern void uart0_init(void);
extern void nand_read(unsigned int addr, unsigned char *buf, unsigned int len);
extern void puts(char *str);
extern void puthex(unsigned int val);
static struct tag *params;
void setup_start_tag(void)
{
params = (struct tag *)0x30000100;
params->hdr.tag = ATAG_CORE;
params->hdr.size = tag_size (tag_core);
params->u.core.flags = 0;
params->u.core.pagesize = 0;
params->u.core.rootdev = 0;
params = tag_next (params);
}
void setup_memory_tags(void)
{
params->hdr.tag = ATAG_MEM;
params->hdr.size = tag_size (tag_mem32);
params->u.mem.start = 0x30000000;
params->u.mem.size = 64*1024*1024;
params = tag_next (params);
}
int strlen(char *str)
{
int i = 0;
while (str[i])
{
i++;
}
return i;
}
void strcpy(char *dest, char *src)
{
while ((*dest++ = *src++) != '\0');
}
void setup_commandline_tag(char *cmdline)
{
int len = strlen(cmdline) + 1;
params->hdr.tag = ATAG_CMDLINE;
params->hdr.size = (sizeof (struct tag_header) + len + 3) >> 2;
strcpy (params->u.cmdline.cmdline, cmdline);
params = tag_next (params);
}
void setup_end_tag(void)
{
params->hdr.tag = ATAG_NONE;
params->hdr.size = 0;
}
int main(void)
{
void (*theKernel)(int zero, int arch, unsigned int params);
volatile unsigned int *p = (volatile unsigned int *)0x30008000;
/* 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 */
uart0_init();
/* 1. 从NAND FLASH里把内核读入内存 */
puts("Copy kernel from nand\n\r");
nand_read(0x60000+64, (unsigned char *)0x30008000, 0x200000);
puthex(0x1234ABCD);
puts("\n\r");
puthex(*p);
puts("\n\r");
/* 2. 设置参数 */
puts("Set boot params\n\r");
setup_start_tag();
setup_memory_tags();
setup_commandline_tag("noinitrd root=/dev/mtdblock3 init=/linuxrc console=ttySAC0");
setup_end_tag();
/* 3. 跳转执行 */
puts("Boot kernel\n\r");
theKernel = (void (*)(int, int, unsigned int))0x30008000;
theKernel(0, 362, 0x30000100);
/*
* mov r0, #0
* ldr r1, =362
* ldr r2, =0x30000100
* mov pc, #0x30008000
*/
puts("Error!\n\r");
/* 如果一切正常, 不会执行到这里 */
return -1;
}
4：boot.lds
SECTIONS {
. = 0x33f80000;
.text : { *(.text) }
. = ALIGN(4);
.rodata : {*(.rodata*)}
. = ALIGN(4);
.data : { *(.data) }
. = ALIGN(4);
__bss_start = .;
.bss : { *(.bss) *(COMMON) }
__bss_end = .;
}
拷贝自uboot
包含tag相关结构体等变量。
6：makefile
6：makefile
CC = arm-linux-gcc
LD = arm-linux-ld
AR = arm-linux-ar
OBJCOPY = arm-linux-objcopy
OBJDUMP = arm-linux-objdump
CFLAGS := -Wall -O2
CPPFLAGS := -nostdinc -nostdlib -fno-builtin
objs := start.o init.o boot.o
boot.bin: $(objs)
${LD} -Tboot.lds -o boot.elf $^
${OBJCOPY} -O binary -S boot.elf $@
${OBJDUMP} -D -m arm boot.elf > boot.dis
%.o:%.c
${CC} $(CPPFLAGS) $(CFLAGS) -c -o $@ $<
%.o:%.S
${CC} $(CPPFLAGS) $(CFLAGS) -c -o $@ $<
clean:
rm -f *.o *.bin *.elf *.dis