TI-Davinci开发系列之八x-loader工作流程分析

    上接博文《TI-Davinci开发系列之七DVSDK-4.03目录介绍》。DM3730仅集成了一个Nand Flash控制器，所以uboot镜像只能烧在Nand Flash上，通过Nand Flash启动，然而Nand Flash并不支持XIP(eXecute In Place，即芯片内执行)。所以针对Nand Flash的启动方式，一般在采用0x0地址挂载一个容量较小的SRAM(称为Steppingstone)。而且Nand Flash的第一页烧入的x-load，原因是uboot较大，Steppingstone没有足够的空间存放uboot，而x-loader则较小，只有几KB。系统启动时会自动将Nand Flash的第一页上x-loader复制到Steppingstone，其主要工作是初始化PLL，DDR，只有初始化了DDR，才能把uboot下载到DDR里面执行。所以说系统启动首先执行的是x-loader，而x-loader第一阶段的工作与u-boot的第一阶段完全相同，实际上x-loader是u-boot的一个精简版，所以其第一阶段的工作我们只在x-loader中介绍。X-loader启动过程分为stage1和stage2两个阶段， stage1主要完成基本硬件设备初始化和为加载stage2部分的代码准备RAM空间，stage2则是准备环境并引导u-boot在内存中运行。下面分两部分来分析x-loader启动的两个阶段。

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                                                                                  图2.1 两种启动方式存储分配

一、x-loader启动第一阶段stage1

x-loader的第一阶段主要由x-boot源文件目录\cpu\omap3目录下的start.S和board\omap3stalker目录下platform.S来完成，前者是SOC平台相关，后者是开发板相关的。

（1） 硬件设备初始化

基本硬件设备的初始化主要在start.S内完成，依次完成如下设置：将CPU的工作模式设为管理模式(svc)，将中断向量表拷贝到SRAM，关闭WATCHDOG，后来就是关闭MMU，CACHE等。

reset:
      /*
       * set the cpu to SVC32 mode 设置ARM处理器的工作模式为SVC模式
       */
      mrs r0, cpsr
      bic  r0, r0, #0x1f
      orr  r0, r0, #0xd3
      msr cpsr,r0
/*将中断向量表拷贝到SRAM*/
#if (CONFIG_OMAP34XX)
      /* Copy vectorsto mask ROM indirect addr */
      adr  r0, _start             @ r0<- current position of code
      add r0, r0, #4             @ skip reset vector
      mov       r2, #64                 @ r2 <- size to copy
      add r2, r0, r2              @ r2 <- sourceend address
      mov       r1, #SRAM_OFFSET0  @ build vect addr
      mov       r3, #SRAM_OFFSET1
      add r1, r1, r3
      mov       r3, #SRAM_OFFSET2
      add r1, r1, r3
next:
      ldmia     r0!, {r3 - r10}              @ copy from source address [r0]
      stmia     r1!, {r3 - r10}              @ copyto   target address [r1]
      cmp       r0, r2                   @until source end address [r2]
      bne next                     @loop until equal */
//
 
      ldr   pc, _start_armboot    @ jump to C code
_start_armboot: .wordstart_armboot
cpu_init_crit:
      /*关闭MMU与CACHE */
      mov       r0, #0                   @ set up for MCR
      mcr p15, 0, r0, c8, c7, 0    @ invalidateTLBs
      mcr p15, 0, r0, c7, c5, 0    @ invalidateicache
 
      mrc p15, 0, r0, c1, c0, 0
      bic  r0, r0, #0x00002000  @ clear bits 13(--V-)
      bic  r0, r0, #0x00000007  @ clear bits 2:0 (-CAM)
      orr  r0, r0, #0x00000002  @ set bit 1 (--A-) Align
      orr  r0, r0, #0x00000800  @ set bit 12(Z---) BTB
      mcr p15, 0, r0, c1, c0, 0
      /*调用lowlevel_init用来初始化RAM*/
      mov       ip, lr                     @persevere link reg across call
      bl    lowlevel_init                @go setup pll,mux,memory
      mov       lr, ip                     @restore link
      mov       pc, lr                    @back to my caller

（2）为stage2准备RAM空间

所谓准备RAM空间，就是初始化内存芯片，使它可用。对于OMAP3这种SOC，通过在start.S中调用lowlevel_init函数来设置存储控制器，使得外接的SDRAM可用。代码在board\omap3stalker目录下platform.S中。

.globl lowlevel_init
lowlevel_init:
      ldr   sp,   SRAM_STACK
        str     ip,       [sp]   /* stashold link register */
      mov       ip,   lr     /*save link reg across call */
      bl      s_init          /* gosetup pll,mux,memory */
        ldr     ip,       [sp]    /* restore saveip */
      mov       lr,    ip    /*restore link reg */
      /* back toarch calling code */
      mov       pc,  lr
      /* the literalpools origin */
      .ltorg

（3）复制stage2代码到RAM空间

这里将x-loader的代码（实际包括第一、二阶段）都复制到SDRAM中，这在\cpu\omap3中start.S中完成，在本系统的x-loader中，复制代码实际并未发生，因为SRAM支持XIP。

relocate:                           /*将x-loader复制到RAM中      */
      adr  r0, _start             /* r0：当前代码的开始地址   */
      ldr   r1, _TEXT_BASE         /* r1:代码段的链接地址 */
      cmp r0, r1       /* 测试是否需要复制(SRAM,SDRAM,NOR FLAHS不需要复制)                                  
      beq stack_setup                /*直接跳到栈初始化部分) */
 
      ldr   r2, _armboot_start /*_armboot_start在前面定义，第一条指令地址*/
      ldr   r3, _bss_start /*链接脚本x-loader.lds中定义，是代码段的结束地址*/
      sub  r2, r3, r2              /* r2 :代码段长度 */
      add r2, r0, r2              /* r2:SRAM上代码段的结束地址         */
 
copy_loop:
      ldmia     r0!, {r3-r10}         /*从地址[r0]处获得数据    */
      stmia     r1!, {r3-r10}         /*复制到地址[r1]处    */
      cmp       r0, r2                   /*判断是否复制完毕    */
      ble  copy_loop

（4） 设置堆栈

栈的设置灵活性很大，只要让sp寄存器指向一段没有使用的内存即可。

/* Set up the stack                                           */
stack_setup:
      ldr   r0, _TEXT_BASE         /*_TEXT_BASE代码段的开始地址   */
      sub  sp, r0, #128         /*为 abort-栈保留32字节   */
      and sp, sp, #~7           /* 8字节对齐   */

（5）跳转到stage2的入口点

在跳转之前，还要清除BSS段（初始值为0、无初始值的全局变量、静态变量放在BSS段），代码如下：

clear_bss:
      ldr   r0, _bss_start             /* bss段的开始地址        */
      ldr   r1, _bss_end        /* bss段的结束地址，它的值在链接脚本中定义*/
      mov      r2, #0x00000000       /* clear value                      */
clbss_l:
      str   r2, [r0]          /*往bss段内写入0值               */
      cmp       r0, r1                   /*are we at the end yet            */
      add r0, r0, #4             /* increment clearindex pointer    */
      bne clbss_l                 /* keep clearing till atend        */
 
      ldr   pc, _start_armboot    /*向C函数入口跳转   */
_start_armboot: .word start_armboot

二、 x-loader启动第二阶段stage2

X-loader第二阶段主要用来引导u-boot从SDRAM启动，主要根据配置文件中定义的启动类型调用相应驱动程序，将u-boot.bin格式的镜像文件从不同存储介质中拷贝到内存，并从内存开始执行。主要代码在lib/下的board.c。

#ifdef CONFIG_MMC  //如果配置了MMC启动，则调用mmc驱动加载
      /* first trymmc */
      if (mmc_init(1)) {
             size =file_fat_read("u-boot.bin", buf, 0);
             if (size > 0) {
#ifdef CFG_PRINTF
                 printf("Loadingu-boot.bin from mmc\n");
#endif
                 buf += size;
             }
      }
#endif
      if (buf == (uchar*)CFG_LOADADDR) {
      /* if no u-boot on mmc, tryonenand or nand, depending upon sysboot */
          if (get_mem_type() ==GPMC_ONENAND){
#ifdef CFG_ONENAND
……
#ifdef CFG_NAND_K9F1G08R0A  //如果定义了nand启动，调用nand加载
#ifdef CFG_PRINTF
    printf("Loading u-boot.bin fromnand\n");
#endif
    for (i = NAND_UBOOT_START; i < NAND_UBOOT_END; i+= NAND_BLOCK_SIZE){
        if (!nand_read_block(buf, i))
            buf += NAND_BLOCK_SIZE; /* advance buf ptr*/
    }
#endif
}

下转博文《u-boot之u-boot-2009.11启动过程分析》