S3C6410bootloarder移植

S3C6410移植日记之一

应深圳友坚科技之邀，这几天要把djyos移植到他们的idea6410上。

    现在发布的是si版本，是以单片机模式运行的，S3C6410这样强劲的cpu，运行si版本，就作为高速单片机用了，所有地址都是按照物理地址一一对应映射。cpu的状态也没有区分内核态和用户态。
1、中断引擎最初的部分代码在IRQ态（还没决定是否使用FIQ）。
2、中断引擎的大部分以及用户ISR运行在SVC态。
3、所有其他代码运行在SYS态。

    移植碰到的第一个问题就是烧录代码到flash的问题，由于廉价的jtag烧录器不支持arm11，我们不能要求用户必须拥有昂贵的仿真烧录工具才能够在idea6410上使用djyos，这样不利于用户使用。

    我的第一个目标，就是弄清楚怎么下载程序的问题，也就是把一个最简单的闪灯程序运行起来，写了几行代码，如下：
    ldr     r0,=0x7f008820
    ldr     r1,=0x1111
    str     r1,[r0]
    ldr     r0,=0x7f008824
    ldr     r1,[r0]
    bic     r2,r1,#3
    orr     r2,r2,#0xc
    bic     r3,r1,#0xc
    orr     r3,r3,#3
nn:
    str     r2,[r0]
    ldr     r4,=5000000
delay1:
    sub     r4,r4,#1
    cmp     r4,#0
    bne     delay1
    str     r3,[r0]
    ldr     r4,=5000000
delay2:
    sub     r4,r4,#1
    cmp     r4,#0
    bne     delay2
    b       nn


    6410的手册上说，可以从nandflash、onenand、SD卡启动，没有专用的烧录工具的情况下，只有SD卡启动是可以考虑的。手册上看到，SD卡启动，实际上是先执行片内IROM中的一段程序，该程序从SD卡中读取代码，写到stepping stone中，stepping stone是位于0x0c000000、size为8K的片内内存，代码写入stepping stone后，跳到0x0c000000处继续执行程序。那么，要实现从SD卡启动，就必须弄清楚：
1、8K的代码保存在SD卡的什么位置。
2、代码以什么格式存储。

    为弄清楚上述问题，依例google一番，没找到有用的资料，上三星的网站，6410的资料没有公开，申请了一下，第二天得到了批准，也没有关于怎样从SD卡启动的资料。找三星代理，似乎不太爱搭理我，也是，我势单力薄一个人，他们怎看得上眼。难道就没有办法了？

    山穷水尽疑无路，柳暗花明又一村，2450不是也可以从SD卡启动吗？找找2450的资料看有没有，谢天谢地，从网上找到一篇文档：
896554S3C2450_IROM_ApplicationNote_Rev003.pdf
我如获至宝，细细读之，虽然写得不太细，比如代码校验算法等都没有讲，总是可以试一下了。

    依葫芦画瓢，把编译好的代码写入到最后芯片末尾偏移-9216字节处，插入SD卡座，把开关拨到SD0卡启动的位置，上电，哈哈，成功了，几个蓝色的LED欢快地闪烁起来。试了两个SD卡，16M的可以，2G的不行，不知何故，暂且放一边吧。

    首战告捷，该歇歇了，待续。





S3C6410移植日志之二
    上篇说道，用16M的SD卡启动可以，但用2G的卡却不行，反复试过，实在不知道怎么回事，也没有IROM中的加载程序的进一步资料，问题也就无从查起了，暂且先放一边，把后续的移植工作做完再说吧。

    移植操作系统，跟开发裸奔程序是不一样的，裸奔程序可以从main开始写程序，在执行main之前，编译器产生了大量的代码用于初始化cpu、内存清零、初始化堆和栈、直到建立main的执行环境。而操作系统往往有自己的运行环境要求，C编译器完成的这些环境往往不能符合要求，需要自己写初始化文件，即initcpu.s文件。

    初始化文件主要完成以下工作：
1、从复位地址跳转到启动地址。
2、设置cpu为特权模式，禁止看门狗和中断，禁止cache。
3、设置时钟，有些cpu的时钟设置很复杂的，尤其是高速cpu，因为涉及到内核和外设匹配的问题，设置起来比较麻烦。
4、设置内存总线，设置内存访问速度，要跟上一步的时钟设计配合，使cpu能正确读写内存和内存映射的外设。
5、配置cache和mmu，然后使能cache和mmu。
6、初始化栈，跳转到C代码。

    根据拿来主义的原则，写cpu初始化代码千万不能自己从0开始写，而是要找一个现成的来参考，因为各个系统的cpu初始化工作是大同小异的。而且，许多cpu厂商都会出example，会带一个文件名类似startup.s的文件，参考该文件来写即可。但是，三星不知从何年何月开始不公开其cpu的文档了，甚至连datasheet都要申请才给。当我千辛万苦找到三星提供的“6410_Test_Rev01”源代码包时，心都凉了，该代码包中虽然有start.s文件，但文件中只有几条指令，初始化过程都在"__rt_entry“函数中，而该函数在库中。对芯片应用资料的保密工作做得如此周密，不知三星所谋何事。

    没办法，继续找，实在不行再自己一行行写。好在天无绝人之路，终于在友坚提供的wince的eboot代码中，找到了eboot的start.s文件，打开一看，果然是一个详细的启动文件，心中不禁狂喜！

    接下来的工作，就是对照datasheet，看懂这个start.s，然后改造成适合djyos的。别看说的轻巧，这里面工作量还是很大的，6410的datasheet有1300多页，光时钟和总线配置相关的部分就有100多页，E文的，晕死。而且第一次用arm11，其mmu和cache配置和arm9有多大差别，还不可知。今天先写到这里，下回分解吧。



S3C6410移植日志之三
接续上回，开始啃start.s，跟所有的启动文件一样，开始部分是关闭cache、禁止中断等，没什么问题。这里稍稍解释一下为什么要做这些工作，禁止中断大家应该没什么异议，关键是为什么一定要禁止cache，原来，我们不知道程序为什么要重新启动，也不知道重新启动前cpu和cache处于什么状态，cache可能包含错误的信息，cpu可能会从中取得错误的指令，从而不能正常启动系统。eboot的start.s遗漏了一个很重要的过程，就是要重新把cpu设置成svc状态，因为就像我们不了解重启动前cache状态一样，cpu的状态也是未知的，须加上这几句确保cpu处于svc态：
    mrs     r0,cpsr                 @取CPSR
    bic     r0,r0,#MODEMASK         @清模式位
    orr     r1,r0,#SVCMODE|NOINT    @设置为管理态，并禁止中断
    msr     cpsr_cxsf,r1            @切换到管理态,可防止意外返回0地址时出错.
    实际上，这几句仍然不够保险，因为如果程序是从user态直接跳转到0地址的话，mrs和msr指令是无效的。保险的做法是用swi指令强制修改，既然是个简易的bootloader程序，暂且偷懒一下。
    依惯例，接下来是各种时钟初始化，S3C6410的时钟结构比较复杂，共有3个pll要设置，而且分频控制也较为复杂，虽然start.s有得抄，但还是要自己弄清楚，因为接下来的编程用得上。6410的时钟部分之所以如此复杂，完全是为了适应其内部丰富的外设，不同的外设需要不同的时钟。设置时钟，不外乎就是定义几个常用的主频，然后分别为这些主频定义锁相环（pll）的分频系数，再把这些分频系数填充到相应的寄存器中去，细节就不再赘述了，看代码吧。  
   初始化完时钟后，就轮到初始化内存总线了。依据用什么初始化什么的原则，这里只初始化了srom0和dram两个区域，这部分代码是用C语言实现的，参见memcfg.c文件，代码比较简单，不过是按照datasheet的要求，依次设置寄存器而已。
    接下来，你一定会想到，该初始化mmu了，初始化mmu本来是一项复杂的工作，但si版本是为单片机准备的，即使6410再强劲，也只能委屈一下，当高速单片机了。mmu在这里并没有用来做地址变换，而是把4G内存空间全部映射到其物理地址上了。这种映射效果跟禁止mmu是一样的，但是arm的mmu和cache是绑定在一起的，禁止mmu的同时也就禁止了cache，故只能打开mmu。页表的地址在0x50000000，占用16Kbytes，故应用程序的起始地址是0x50004000。
    又可以偷懒了，6410的核是arm11jzf-s的，2440的核是arm920T的，arm11jzf-s的mmu功能比arm920t的强很多，但都是arm公司的，做最简单映射的话，能否兼容呢？懒得读arm11的手册了，先试一下把2440版本的mmu初始化部分直接copy看行不行。事实证明是可行的，但我在这里绕了一个大大的圈子，浪费了许多时间。加入初始化mmu部分代码后，试了一下，发现灯不闪了，而把该段程序放到初始化页表的代码之前，则可以。仔细检查，发现是因为dram没有初始化，加上dram初始化后，先把闪灯程序放在dram初始化后面，发现可以了。这时候，不幸发生了，移动闪灯程序时，只copy了一半的代码，当然不闪了，可我没仔细检查代码，就怀疑是2440的mmu初始化代码不能用于6410的造成的（偷懒了，心虚），于是找来arm11jzf-s的手册猛啃，几百页的英文资料啊，费了好几天功夫，最后证明了一件事：原来的mmu初始化是正确的！！
    到这里，基本硬件的初始化就算完成了，接下来要搞norflash和uart的driver了。待续……



S3C6410移植日至之四
    之三讲到，cpu的初始化已经完成，下一步的工作便是初始化uart，使之能够跟PC连接上。
    初始化6410的uart，有两个时钟必须区分清楚，即uartclk和baudclk，前者由系统控制寄存器CLK_SRC和CLK_DIV2控制，手册并没有说明这个时钟的用途，我猜测是用于uart模块本身运行的；另一个时钟是baudclk，用来控制baud，产生串行移位时钟的，在uart模块的控制寄存器UCON中设置，然后用UBRDIV和UDIVSLOT0两个寄存器设置baud。uart的工作方式为：
baud=115200
接收和发送fifo：开
中断：关闭，以查询方式收发。
    接下来是norflash的驱动程序，也就是编写擦除和写入程序，根据am29lv160db的手册写就是了，没什么好说的。除了一些低级错误外，测试也几乎一次成功。
    至此，该轮到xmodem协议收发程序了，xmodem是一个简单的串口收发文件的协议，它把文件分成128字节的一个个小包传送，最后一包数据如果不满128字节，则以0x1a填充。该协议是有缺陷的，用来传送文本文件没问题，因为文本文件不会出现0x1a，但传送2进制文件的话，就不行了，因为接收方无法分辨最后的0x1a是文件本身的内容，还是填充物。不过没关系，作为代码，最后多一些垃圾并不碍事，无非就是多占几个字节而已。
    xmodem本来是有差错控制的，通过逐帧应答和校验和（或者CRC）来确保传输正确，不过这里偷了下懒，所有这些都省略了，传错了就再传一次。
    至此，移植到S3C6410的第一步，sdbootloader就制作完成了，接下来就是移植整个操作系统了，sdbootloader的代码在这里下载：
   [url]http://www.djyos.com/download/sdboot6410.zip[/url]



6410的sdbootloader完成了
sdbootloader说明：
1、用winhex工具把boot_rom.bin写入SD卡，地址：SD卡末地址-9216。
2、把开发板的拨码开关拨到从SD卡启动，上电即可。
2、打开超级终端，用xmodem协议下载程序，保存到dram中。
3、把下载的代码写入到norflash。
4、把开发板的拨码开关拨到从norflash启动，复位或重新上电即可。
5、省去了xmodem帧格式检查、校验和检查。

    但凡开发操作系统，无论是PC、服务器，还是嵌入式操作系统，第一个要解决的就是启动文件的存储问题。无论什么cpu，上电或者复位后，都会从指定的存储位置读取第一条指令予以执行，我们把这个地址成为启动向量，有些cpu可以通过跳线设置不同的启动向量地址。我们熟悉的PC，就是把bios烧录到启动向量处，再由bios逐步引导启动更高级的操作系统，比如windows、linux等。
    在嵌入式行业，以linux为例，linux映像可以通过网口或者其他通信口下载，但你拿到裸机的时候，必须先想办法把uboot或者vivi或者其他bootloader烧录到flash中。djyos也不例外，不同的是，现在发布的si版本的djyos，是没有单独的bootloader的，而是把bootloader的角色集成在可执行影像中了，所以，需要像烧录uboot那样，烧录整个djyos影像。
    在s3c6410之前，djyos发布了arm7（44b0）和arm9（2410和2440）两个版本，得益于廉价的arm7和arm9仿真烧录器，比如hjtag，arm这两个版本是通过hjtag或者jlink或其他工具直接烧录到norflash上的。但s3c6410是arm11的核，这些廉价工具不支持arm11，支持arm11的烧录工具都在数千元以上，这样势必影响大家使用djyos。要让6410执行djyos，必须解决在没有专用烧录工具的情况下，把djyos烧录到启动设备上的问题。
    6410一共支持4种启动设备：norflash、nandflash、SD卡、modem，其中norflash和nandflash必须使用专用烧录工具，modem则需要了解其通信协议，编写相应的PC端应用程序，相比之下，SD卡最为简单，可以用普通的读卡器+winhex工具就可以完成写入。但有一个限制，就是6410启动时只从SD卡中读取8K代码到内部ram中（6410手册第二章说4K，第八章说8K，实测是8K）。读入代码后，程序就跳转到内部ram中执行，这8K程序，只能做一个简易bootloader，用这个bootloader去加载整个操作系统，这时候，就有两种选择：
1、把程序写到SD卡的其他地方，   但这种方法不现实。SD卡是用nandflash做的， 必然要做ECC校验，那么把代码写入SD卡时，要么用文件系统，但8K代码根本做不了文件系统；要么在PC端用支持ECC的专用写卡工具，可惜没有找到。
2、用串口下载，这是传统方法，PC端的工具很多，最通用的是超级终端了。
    我们选择了超级终端，xmodem协议下载。
    代码比较简单，说明见“s3c6410移植日志之x”系列，下载源代码：[url]http://www.djyos.com/download/sdboot6410.zip[/url]

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