Bootloader(Vivi)源代码分析
Bootloader(Vivi)源代码分析
----基于S 3C 2410处理器
作者：forkchen
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目 录
1.1 Vivi简介... 2
1.2 vivi的配置与编译... 3
1.2.1 建立交叉开发环境... 3
1.2.2 配置和编译vivi 4
1.3 vivi代码分析... 4
1.4 vivi的运行... 5
1.4.1 vivi的第一阶段... 5
1.4.2 vivi的第二阶段... 15
1.5 启动代码执行流程图... 17
1.6 vivi的配置文件... 19
1.1 Vivi简介
Vivi 是韩国mizi 公司开发的bootloader, 适用于ARM9处理器。 Vivi有两种工作模式：启动加载模式和下载模式。启动加载模式可以在一段时间后（这个时间可更改）自行启动linux内核，这时vivi的默认模式。在下载模式下，vivi为用户提供一个命令行接口，通过接口可以使用vivi提供的一些命令，见下表：
| 命令
|
功能
|
| Load
|
把二进制文件载入Flash或RAM
|
| Part
|
操作MTD分区信息。显示、增加、删除、复位、保存MTD分区
|
| Param
|
设置参数
|
| Boot
|
启动系统
|
| Flash
|
管理Flash，如删除Flash的数据
|
1.2 vivi的配置与编译
1.2.1 建立交叉开发环境
1、在宿主机上安装标准Linux 操作系统：Redhat 9.0 ( 主机系统为win2000，用虚拟机vmware安装的Redhat 9.0，内核版本为 2.4.18 ) 。
2、宿主机上安装交叉编译器。
我这边的2410开发板提供的光盘上已附交叉编译器工具：arm-linux-gcc-2.95.3（源码为cross-2.95.3.tar.bz2）。
先以root 用户的身份登陆到linux 下。
进入/usr/local 目录，创建名为arm的目录：
cd /usr/local
mkdir arm
将光盘提供的cross-2.95.3.tar.bz2解压到/usr/local/arm目录：
tar jxvf cross-2.95.3.tar.bz2 –C /usr/local/arm
然后修改修改PATH 变量：为了可以方便使用arm-linux-gcc编译器系统, 把arm-linux工具链目录加入到环境变量PATH中：
修改/etc/profile文件,添加pathmunge /usr/local/arm/2.95.3/bin即可。
# Path manipulation
if [ `id -u` = 0 ]; then
pathmunge /sbin
pathmunge /usr/sbin
pathmunge /usr/local/sbin
pathmunge /usr/local/arm/2.95.3/bin
fi
pathmunge /usr/X11R6/bin after
设置环境变量后，最好是重启或注销一下，这样设置的环境变量才能生效。
1.2.2 配置和编译vivi
如果vivi的源代码已根据开发板作了相应改动，则需要对源代码进行配置和编译，以生成烧入flash的vivi 二进制映象文件。
由于vivi要用到kernel的一些头文件，所以需要kernel的源代码，所以先要把linux的kernel准备好。将vivi和kernel都解到相应目录下（例如我将光盘提供的vivi源代码解压到/home/chenjun目录下，光盘提供的Linux kernel源码kernel-h2410eb.041024.tar.gz也解压到/home/chenjun目录下，解压后的文件名为kerne-h2410eb）。
然后需修改/vivi/Makefile里的一些变量设置：
Ø LINUX_INCLUDE_DIR = /kernel/include/
（LINUX_INCLUDE_DIR 为kernel/include的对应目录，我的是/home/chen/kerne-h2410eb /include/）
因此修改为：
LINUX_INCLUDE_DIR = /home/chenjun/ kerne-h2410eb/include/
Ø CROSS_COMPILE = /usr/local/arm/2.95.3/bin/arm-linux-
(CROSS_COMPILE 为arm-linux安装的相应目录，我的是/usr/local/arm/2.95.3/bin/arm-linux-)
因此修改为：
CROSS_COMPILE = /usr/local/arm/2.95.3/bin/arm-linux-
Ø ARM_GCC_LIBS = /usr/local/arm/2.95.3/lib/gcc-lib/arm-linux/2.95.3
（需根据你arm-linux的安装目录修改，我的是/usr/local/arm/2.95.3/lib/gcc-lib/arm-linux/2.95.3）
进入/vivi目录执行make distclean。（目的是确保编译的有效性，在编译之前将vivi里所有的“*.o”和“*.o.flag”文件删掉）
进入/vivi目录里，输入“make menuconfig”，开始选择配置。可以Load一个写好的配置文件也可以自己修改试试。注意Exit时一定要选“Yes”保存配置。
再输入“make”正式开始编译，一会儿就完了。如果不报错，在/vivi里面就有你自己的“vivi”了。这个就是后面要烧写到flash中的bootloader。
mvn r2, #0xff000000
str r2, [r1, #oLOCKTIME]
@ldr r2, mpll_50mhz
@str r2, [r1, #oMPLLCON]
#ifndef CONFIG_S 3C 2410_MPORT1 ；满足条件，向下执行
/**** 在/vivi/include/autoconf.h中#undef CONFIG_S 3C 2410_MPORT1******/
@ 1:2:4
mov r1, #CLK_CTL_BASE
mov r2, #0x3
str r2, [r1, #oCLKDIVN]
mrc p15, 0, r1, c1, c0, 0 @ read ctrl register
orr r1, r1, #0xc0000000 @ Asynchronous
mcr p15, 0, r1, c1, c0, 0 @ write ctrl register
@ now, CPU clock is 200 Mhz ；CPU的频率是200MHz
mov r1, #CLK_CTL_BASE
ldr r2, mpll_200mhz
str r2, [r1, #oMPLLCON]
#else
@ 1:2:2
mov r1, #CLK_CTL_BASE
ldr r2, clock_clkdivn
str r2, [r1, #oCLKDIVN]
mrc p15, 0, r1, c1, c0, 0 @ read ctrl register
orr r1, r1, #0xc0000000 @ Asynchronous
mcr p15, 0, r1, c1, c0, 0 @ write ctrl register
@ now, CPU clock is 100 Mhz ；CPU的频率是100MHz
mov r1, #CLK_CTL_BASE
ldr r2, mpll_100mhz
str r2, [r1, #oMPLLCON]
#endif
bl memsetup ；跳转到memsetup函数
/*****************************
Memsetup函数的实现：
ENTRY(memsetup)
@ initialise the static memory
@ set memory control registers ；设置内存控制寄存器的初值
mov r1, #MEM_CTL_BASE
adrl r2, mem_cfg_val
/*******************
@
@ Data Area
@
@ Memory configuration values
.align 4
mem_cfg_val: ；定义好的13*4=52个字节初值
.long vBWSCON ；在/vivi/include/platform/smdk2410.h中赋值
/****** SDRAM从32位变成16位，需要修改vBWSCON的值 ******/
.long vBANKCON0
.long vBANKCON1
.long vBANKCON2
.long vBANKCON3
/********** 网卡控制器vBANKCON3的值可能需要修改 **************/
.long vBANKCON4
.long vBANKCON5
.long vBANKCON6
/****** SDRAM从32位变成16位，可能需要修改vBANKCON6的值 ******/
.long vBANKCON7
.long vREFRESH
.long vBANKSIZE
/****** SDRAM从64MB变成32MB，需要修改vBANKSIZE的值 ******/
.long vMRSRB6
.long vMRSRB7
********************/
add r3, r1, #52
1: ldr r4, [r2], #4
str r4, [r1], #4
cmp r1, r3
bne 1b ；循环操作，直到13个寄存器赋值完成
mov pc, lr
*******************************/
#ifdef CONFIG_PM ；vivi考虑不需要使用电源管理
@ Check if this is a wake-up from sleep
ldr r1, PMST_ADDR
ldr r0, [r1]
tst r0, #(PMST_SMR)
bne WakeupStart ；查看状态，判断是否需要跳转到WakeupStart
#endif
#ifdef CONFIG_S 3C 2410_SMDK ；SMDK开发板使用
@ All LED on ；点亮开发板上的LED
mov r1, #GPIO_CTL_BASE
add r1, r1, #oGPIO_F ；LED使用GPIOF组的管脚
ldr r2,=0x55aa ；使能EINT0，EINT1，EINT2，EINT3，
；另四个管脚配置成输出，屏蔽EINT4，5，6，7
str r2, [r1, #oGPIO_CON]
mov r2, #0xff
str r2, [r1, #oGPIO_UP] ；disable the pull-up function
mov r2, #0x00
str r2, [r1, #oGPIO_DAT]
#endif
#if 0
@ SVC
mrs r0, cpsr
bic r0, r0, #0xdf
orr r1, r0, #0xd3
msr cpsr_all, r1
#endif
@ set GPIO for UART ；设置串口
mov r1, #GPIO_CTL_BASE
add r1, r1, #oGPIO_H ；设置GPIO_H组管脚为串口
ldr r2, gpio_con_uart
str r2, [r1, #oGPIO_CON]
ldr r2, gpio_up_uart
str r2, [r1, #oGPIO_UP]
/*************************
@ inital values for GPIO
gpio_con_uart:
.long vGPHCON ；vGPHCON在/vivi/include/platform/smdk2410.h中赋值
；#define vGPHCON 0x0016faaa
；GPIO_H配置为nCTS0，nRTS0, RXD0,TXD0, RXD1，
；TXD1，nCTS1，nRTS1,
/**** 三个串口都使能，可能需要修改#define vGPHCON 0x0016aaaa ****/
gpio_up_uart:
.long Vgphup ；同上#define vGPHUP 0x000007ff
；The pull-up function is disabled.
************************/
bl InitUART ；跳转到InitUART串口初始化函数
/****************************************************
@ Initialize UART
@
@ r0 = number of UART port
InitUART:
ldr r1, SerBase
/*******************
.align 4 ；缺省情况下在vivi中只初始化了UART0
SerBase:
#if defined(CONFIG_SERIAL_UART0)
.long UART0_CTL_BASE ；基地址在/vivi/include/s 3c 2410.h中定义
#elif defined(CONFIG_SERIAL_UART1)
.long UART1_CTL_BASE
#elif defined(CONFIG_SERIAL_UART2)
.long UART2_CTL_BASE
#else
#error not defined base address of serial
#endif
********************/
mov r2, #0x0
str r2, [r1, #oUFCON]
str r2, [r1, #oUMCON]
mov r2, #0x3
str r2, [r1, #oULCON]
ldr r2, =0x245
str r2, [r1, #oUCON]
#define UART_BRD ((50000000 / (UART_BAUD_RATE * 16)) - 1)
mov r2, #UART_BRD
str r2, [r1, #oUBRDIV]
mov r3, #100
mov r2, #0x0
1: sub r3, r3, #0x1
tst r2, r3
bne 1b
#if 0
mov r2, #'U'
str r2, [r1, #oUTXHL]
1: ldr r3, [r1, #oUTRSTAT]
and r3, r3, #UTRSTAT_TX_EMPTY
tst r3, #UTRSTAT_TX_EMPTY
bne 1b
mov r2, #'0'
str r2, [r1, #oUTXHL]
1: ldr r3, [r1, #oUTRSTAT]
and r3, r3, #UTRSTAT_TX_EMPTY
tst r3, #UTRSTAT_TX_EMPTY
bne 1b
#endif
mov pc, lr
****************************************************/
#ifdef CONFIG_DEBUG_LL ；打印调试信息，缺省未定义
@ Print current Program Counter
ldr r1, SerBase
mov r0, #'/r'
bl PrintChar
mov r0, #'/n'
bl PrintChar
mov r0, #'@'
bl PrintChar
mov r0, pc
bl PrintHexWord
#endif
#ifdef CONFIG_BOOTUP_MEMTEST
@ simple memory test to find some DRAM flaults.
bl memtest
#endif
#ifdef CONFIG_S 3C 2410_NAND_BOOT ；从NAND Flash启动
bl copy_myself ；跳转到copy_myself函数
/**********************************************
@
@ copy_myself: copy vivi to ram
@
copy_myself:
mov r10, lr
@ reset NAND
mov r1, #NAND_CTL_BASE
ldr r2, =0xf830 @ initial value
str r2, [r1, #oNFCONF]
ldr r2, [r1, #oNFCONF]
bic r2, r2, #0x800 @ enable chip
str r2, [r1, #oNFCONF]
mov r2, #0xff @ RESET command
strb r2, [r1, #oNFCMD]
mov r3, #0 @ wait
1: add r3, r3, #0x1
cmp r3, #0xa
blt 1b
2: ldr r2, [r1, #oNFSTAT] @ wait ready
tst r2, #0x1
beq 2b
ldr r2, [r1, #oNFCONF]
orr r2, r2, #0x800 @ disable chip
str r2, [r1, #oNFCONF]
@ get read to call C functions (for nand_read())
ldr sp, DW_STACK_START @ setup stack pointer
mov fp, #0 @ no previous frame, so fp=0
@ copy vivi to RAM
ldr r0, =VIVI_RAM_BASE
/*********在/vivi/linux/platform/smdk2410.h中定义
#define VIVI_RAM_BASE (DRAM_BASE + DRAM_SIZE - VIVI_RAM_SIZE)
***************************************/
mov r1, #0x0
mov r2, #0x20000 ；0x20000-〉128k字节
bl nand_read_ll ；nand_read_ll在/vivi/arch/s 3c 2410/nand_read.c中定义
；r0,r1,r2分别为函数的三个参数
；从NANDFlash的0地址拷贝128k到SDRAM指定处
tst r0, #0x0
beq ok_nand_read
#ifdef CONFIG_DEBUG_LL
bad_nand_read:
ldr r0, STR_FAIL
ldr r1, SerBase
bl PrintWord
1: b 1b @ infinite loop
#endif
ok_nand_read:
#ifdef CONFIG_DEBUG_LL
ldr r0, STR_OK
ldr r1, SerBase
bl PrintWord
#endif
@ verify
mov r0, #0
ldr r1, =0x 33f 00000
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 done_nand_read
bne go_next
notmatch:
#ifdef CONFIG_DEBUG_LL
sub r0, r0, #4
ldr r1, SerBase
bl PrintHexWord
ldr r0, STR_FAIL
ldr r1, SerBase
bl PrintWord
#endif
1: b 1b
done_nand_read:
#ifdef CONFIG_DEBUG_LL
ldr r0, STR_OK
ldr r1, SerBase
bl PrintWord
#endif
mov pc, r10 ；vivi拷贝到SDRAM完成，函数返回
*********************************/
@ jump to ram
ldr r1, =on_the_ram
add pc, r1, #0
nop
nop
1: b 1b @ infinite loop
on_the_ram:
#endif
#ifdef CONFIG_DEBUG_LL
ldr r1, SerBase
ldr r0, STR_STACK
bl PrintWord
ldr r0, DW_STACK_START
bl PrintHexWord
#endif
@ get read to call C functions
ldr sp, DW_STACK_START @ setup stack pointer
mov fp, #0 @ no previous frame, so fp=0
mov a2, #0 @ set argv to NULL
bl main @ call main
mov pc, #FLASH_BASE @ otherwise, reboot
@
@ End VIVI head
@
1.4.2 vivi的第二阶段
vivi的第二阶段是从main（）函数开始，同一般的C语言程序一样，该函数在/init/main.c文件中，总共可以分为8个步骤。
（1） 函数开始，通过putstr(vivi_banner)打印出vivi的版本。Vivi_banner在/init/version.c文件中定义
（2） 对开发板进行初始化（board_init函数），board_init是与开发板紧密相关的，这个函数在/arch/s 3c 2410/smdk.c文件中。开发板初始化主要完成两个功能，时钟初始化（init_time()）和通用IO口设置（set_gpios()）。
void set_gpios(void)
{
GPACON = vGPACON;
GPBCON = vGPBCON;
GPBUP = vGPBUP;
GPCCON = vGPCCON;
GPCUP = vGPCUP;
GPDCON = vGPDCON;
GPDUP = vGPDUP;
GPECON = vGPECON;
GPEUP = vGPEUP;
GPFCON = vGPFCON;
GPFUP = vGPFUP;
GPGCON = vGPGCON;
GPGUP = vGPGUP;
GPHCON = vGPHCON;
GPHUP = vGPHUP;
EXTINT0 = vEXTINT0;
EXTINT1 = vEXTINT1;
EXTINT2 = vEXTINT2;
}
其中，GPIO口在smdk2410.h（/vivi/include/platform/目录下）文件中定义。
（3） 内存映射初始化和内存管理单元的初始化工作：
mem_map_init();
mmu_init();
这两个函数都在/arch/s 3c 2410/mmu.c文件中。
void mem_map_init(void)
{
#ifdef CONFIG_S 3C 2410_NAND_BOOT
mem_map_nand_boot();
#else
mem_map_nor();
#endif
cache_clean_invalidate();
tlb_invalidate();
}
如果配置vivi时使用了NAND作为启动设备，则执行mem_map_nand_boot()，否则执行mem_map_nor()。这里要注意的是，如果使用NOR启动，则必须先把vivi代码复制到RAM中。这个过程是由copy_vivi_to_ram()函数来完成的。代码如下：
static void copy_vivi_to_ram(void)
{
putstr_hex("Evacuating 1MB of Flash to DRAM at 0x", VIVI_RAM_BASE);
memcpy((void *)VIVI_RAM_BASE, (void *)VIVI_ROM_BASE, VIVI_RAM_SIZE);
}
VIVI_RAM_BASE、VIVI_ROM_BASE、VIVI_RAM_SIZE这些值都可以在smdk2410.h中查到，并且这些值必须根据自己开发板的RAM实际大小修改。这也是在移植vivi的过程中需要注意的一个地方。
mmu_init()函数中执行了arm920_setup函数。这段代码是用汇编语言实现的，针对arm920t核的处理器。
（4） 初始化堆栈，heap_init()。（定义在/vivi/lib/heap.c文件中）
int heap_init(void)
{
return mmalloc_init((unsigned char *)(HEAP_BASE), HEAP_SIZE);
}
（5） 初始化mtd设备，mtd_dev_init()。
int mtd_init(void)
{
int ret;
#ifdef CONFIG_MTD_CFI
ret = cfi_init();
#endif
#ifdef CONFIG_MTD_SMC
ret = smc_init();
#endif
#ifdef CONFIG_S 3C 2410_AMD_BOOT
ret = amd_init();
#endif
if (ret) {
mymtd = NULL;
return ret;
}
return 0;
}
这几个函数可以在/drivers/mtd/maps/s 3c 2410_flash.c里找到。
（6） 初始化私有数据，init_priv_data()。（定义在/vivi/lib/priv_data/rw.c文件中）
（7） 初始化内置命令，init_builtin_cmds()。
通过add_command函数，加载vivi内置的几个命令。
（8） 启动boot_or_vivi()。
启动成功后，将通过vivi_shell()启动一个shell（如果配置了CONFIG_SERIAL_TERM），此时vivi的任务完成。
1.5 启动代码执行流程图
(1)head.s代码执行流程 (2)main.c代码执行流程
1.6 vivi的配置文件
Vivi的初始配置文件位置：/vivi/arch/def-configs/smkd2410, 通过make menuconfig 修改后的配置保存在这个文件中，我们也可以载入一个自己的配置文件来进行编译。