s3c6410 uboot代码分析《一》
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以下用以记录uboot代码的分析过程，目标是s3c6410，如有错误，欢迎指正。 强调，内容与三星原厂提供的uboot-1.1.6有更改的地方，因为外接外设的区别，特别是nand_flash、外接网卡芯片和LCD芯片 以下纯代码情景分析，请结合uboot的功能结构图和内存分布图查看代码，这样会更加容易理解。 s3c-u-boot-1.1.6源代码可以在三星下面的网站获得，但前提是你有官方的email 还是百度google搜一下吧，当然我这也是有的哦。 http://www.samsung.com/global/business/semiconductor/productInfo.do?fmly_id=835&partnum=S3C6410
功能结构图（上图） uboot内存分布图（上图）
1.start.s代码分析（第一阶段） /* 以下是具有arm特色的异常向量表，为中断异常准备 */ -------------------- .globl _start _undefined_instruction: .balignl 16,0xdeadbeef --------------------
/* 当发生中断异常时，pc会跳转到.word的后面地址处 处理异常， undefined异常由arm核译码单元检测，并触发未定义指令异常请求，硬件设置pc的值为0x4，强制程序从内存0x4地址执行指令； 0x8存放软件中断处理指令，arm中使用swi指令时触发软件中断，硬件设置PC的值为0x8，同时进入系统模式，多用在系统库的编写； prefetch异常，预取指中止异常，导致正在取的指令无法正常取出，这里需要注意流水线造成的pc值 ； data中止，无法获取数据，产生的原因有可能是内存未准备好、内存无读或写权限等一些原因产生的异常； 0x14暂时未使用； 0x18提供系统硬件中断跳转接口，一般我们的处理器都会引出很多的外部中断线，在这里能做的就是判断系统中断线产生的中断，注册中断，初始化中断，调用中断函数等等； 0x1c地址为_fiq快速中断，一个系统在中断流水线上可能产生很多中断，但快中断只会有一个 */ -------------------- _undefined_instruction: .balignl 16,0xdeadbeef --------------------
/* _TEXT_BASE标号所代表的是uboot代码的运行地址，对于s3c6410 系统来说，如果nand flash启动方式，系统会把0xc000000里面前4KB的内容映射到引导镜像区，即0x0地址，但是我们需要把 uboot代码放到我们的SDRAM，原因是我们代码里面需要对变量做更改并且增加代码执行效率等 下面代码的含义是定义uboot程序执行的运行地址，值为0xc7e00000，.word后面的值TEXT_BASE在编译的时候， 通过向编译器传递参数获得，-DTEXT_BASE方式向编译器传递宏参，在编译的时候可以注意下编译的时候都会指定它的值，值得定义在 config.mk中，Makefile会包含它。 */ -------------------- _TEXT_BASE: --------------------
/* 在uboot里面会开启MMU，下面是在MMU开启前uboot在内存存放的真实物理地址，值为0x57e00000。强调一下，我们做的开发板的SDRAM在DMC1上，即访问物理内存的实际物理地址从0x50000000开始，SDRAM的大小为256M，正好是一个DMC1，所以内存的访问地址就是0x50000000-0x6FFFFFFF之间了。 */ -------------------- _TEXT_PHY_BASE: --------------------
/* 这个不解释也是可以的，但是还是要解释。很多人对_start的值有疑惑，认为是0x0，因为看到_start的标号在代码段最开始处，其实是错误的，汇编代码里面的标号是和编译时指定的运行地址有关系的。我们在编译程序的时候会通过-DTEXT_BASE=0xc7e00000参数告诉编译器我们程序将会运行在0xc7e00000地址，那么自然编译器会认为代码开始的时候就运行在这个地址，那么_start的值自然就是0xc7e00000了。总结之，标号的值与编译时指定的程序地址有关系，而与程序实际存放在内存出的位置无关。 小心使用哦。特别在使用一些伪指令的时候 */ -------------------- .globl _armboot_start --------------------
/* 下面的代码__bss_start的值是在u-boot.lds脚本里面定义的，虽然没给值，但是你要知道文件的大小和位置是由 编译器指定的，那么还需要我们告诉它值吗？所以没值胜有值啦，由编译时编译器决定它们的值 */ -------------------- .globl _bss_start .globl _bss_end --------------------
/* uboot开始执行的第二条代码处即在这里了，下面的代码使得cpu的模式为管理模式，如果想使得为cpu为管理模式，需要保证cpsr寄存 器的最低5位为10011，下面是把0xd3的值赋值给cpsr，0xd3即1101 0011，最高两位置1的意思为关闭中断和快中断，这是为了防止代码 正在执行时，产生外部中断，导致程序跳转到异常向量表而无法正常按顺序执行。5位为0的意思是cpu的状态为arm状态，如果是1则cpu进入thumb态，thumb态处理16位指令代码和数据。 */ -------------------- reset: mrs r0,cpsr --------------------
/* 以下标号所在处的代码比较多，将做逐步分析，这段代码主要的工作也就是改了一些硬件寄存器和内存初始化工作 */ -------------------- cpu_init_crit: -------------------- /* p15代表协处理器，0为一定的值，指令中0b0000四位来表示，现在无具体作用，如果不是0则结果未知，后面的r0是即将写入 c7目标寄存器中的值，后面还有个c7所代表的意思为额外操作码，如果不是c0，则表示的是同一个寄存器的不同物理寄存器，因为 同一个寄存器的名字并不代码通一个物理内存，我们在学rpsr的时候应该知道这点，最后的0提供附加信息，用于区分同一寄存器的 不同物理寄存器，如无附加信息，请保持为0值，否则结果不可预测 下面三行代码不难看出，c7、c8的值被清为0，为什么要清为零呢，你需要去看arm1176jzf-s芯片手册了，其中是有说明的，不再累述， arm1176jzf-sarm核芯片手册下载地址httop://www.arm.com，也可以与本人联系获取。 -------------------- -------------------- /* 不能全心搞这块内容，最多2个月左右的时间能回来回顾一下了。总之还是去查arm11核芯片手册，因为以下改的内容是协处理器 c1，那么你就该去查c1是用来干什么的。查看得知，是控制寄存器，查看手册是online books12.2.2 Primary register allocation 一节，其中13,9,8位为 V、R、S：V位是对高端异常向量表的支持，如果选择0异常向量表为0x00000000-0x0000001c，如果选择 1异常向量表就是FFFF0000-FFFF001c；R位用于ROM保护的，具体的还要与c5里面的配合，这都是MMU惹的祸，很烦，但是现在 我们还没有讲到MMU，所以为什么这样做，也必须到讲到MMU的时候才见分晓了，S在这里面的意思也是用于系统保护的，和MMU 又是有很大的关系，好吧，后面会找MMU算账的，这里就先不深入了，接下来再分析下下面的指令含义 bic r0, r0, #0x00000087 @ clear bits 7, 2:0(B--- -CAM) 的B位为0表示支持小little-endian，1表示支持big-endian格式的系统内存 CAM为第三位，M为0代表禁止MMU，反之打开，A代表地址对齐检查，0代表禁止，C代表指令数据cache控制，0为禁止 orr r0, r0, #0x00000002 @ set bit 2 (A) Align 这段指令又比较犯贱了，打开地址对齐检查了，这是应该的O(∩_∩)O~，后面又 设置12位为1，含义是如果数据cache和指令cache是分开的话，这里面置1的含义将会打开指令缓存 */ -------------------- --------------------
/* 以下代码的作用是为了给256M的内存在MMU开启的时候把0x70000000作为重映射的基地址 c15协处理器寄存器在s3c6410上有特殊作用，它是外部内存端口映射寄存器，32位，在开关MMU的时候发生作用，且优先级最高 这里的0x70000000为外部端口的基地址，0x13的二进制为0x10011，0x10011的意思为256M，代表映射的 大小为256M，0x10010为128M。假如你没开MMU，PHY和Peri port映射的地址将相同。通过下面的内容后，我们知道我们原来uboot 代码是放置到0x57e00000的，现在便只能通过0x57e00000+0x70000000虚拟地址来访问uboot起始地址了。 使用C15的方法是： 1.Opcode_1 set to 0 2.CRn set to c15 3.CRm set to c2 4.Opcode_2 set to 4 还有问题请参考arm1176jzfs芯片手册，如下图：
*/ -------------------- /* Peri port setup */ --------------------
/* 下面是一条跳转指令,代码这里不贴，但是其中的代码很重要，在lowlevel.S中实现比如说点亮LED灯、关闭watchdog、关闭中断、系统 时钟初始、nand flash初始化、内存控制器初始化。不过说实在的，去仔细分析这些初始化的过程，对于你对如何控制硬件有很大的帮 助， 对于这个函数，所要说的东西太多，会在后面的文章中单独分析它，现在先知道功能就好，没有它代码无法启动。 */ -------------------- bl lowlevel_init --------------------
/* 跳转出来以后，继续执行下面的代码，下面的代码是判断程序是否已经在ram中了，在的话就不拷贝，直接跳转到after_copy了，否则 继续执行下面的代码 */ -------------------- ldr r0, =0xff000fff --------------------
/* 下面代码通过函数copy_from_nand函数把代码拷贝到ram中。steppingstone只能拷贝4KB，我们需要把所有的代码搬运到内存中哦 我们知道s3c6410可以通过SD、onenand、nand启动，但是我们这里做了简化，先只从nand启动，以后会再增加SD卡启动 copy_from_nand代码也在start.S中，做了修改以适合大页访问，如有需要请留言告知，将添加copy_from_nand代码分析 */ -------------------- #ifdef CONFIG_BOOT_NAND --------------------
/* SD卡启动方式，这个宏我没有定义，先保留吧 */ -------------------- #ifdef CONFIG_BOOT_MOVINAND --------------------
/* 这里我啥都没做*/ after_copy:
/* 打开MMU功能 协处理器c3的作用是存储的保护和控制，用在MMU中为内存的域访问控制 c3为32位寄存器，每两位为一个访问控制特权，0x00代表没有访问权限，这时候访问将失效；0x01为客户类型，将根据 地址变换条目中的访问控制位决定是否允许特定内存访问；0x10是保留的，暂时没有使用，0x11为管理者权限，不考虑 地址变换条目中的权限控制位，将不会访问内存失效。 ldr r5, =0x0000ffff 接着下面通过mcr p15, 0, r1, c2, c0, 0指令给c2赋值，c2用于保存页表基地址。所谓页表基地址即是虚实转换的内存页表的首地址。 这里r1的值赋值给了c2，r1的值为0x57exxxxx，c2高14位是储存页表的基地址 最后代码很简单，打开MMU。 */ -------------------- #ifdef CONFIG_ENABLE_MMU /* Set the TTB register */ /* Enable the MMU */ --------------------
/* 堆栈初始化代码，我们在这里定义了CONFIG_MEMORY_UPPER_CODE sp的值为0xC7FFFFE8 */ -------------------- skip_hw_init: #endif --------------------
/* 清零BSS段内容为0 */ -------------------- clear_bss: clbss_l: --------------------
/* 跳转到uboot代码的第二个阶段，第二阶段基本上都是用C实现的，幸好前面sp的值已经设置好了 */ -------------------- ldr pc, _start_armboot _start_armboot: --------------------
2.第二阶段代码分析（代码在lib_arm目录下的board.c里面，start_armboot函数）
1）初始化CPU及外围硬件
init_fnc_t **init_fnc_ptr; #if defined(CONFIG_VFD) || defined(CONFIG_LCD) #if defined(CONFIG_BOOT_MOVINAND) /* Pointer is writable since we allocated a register for it */ gd_base = CFG_UBOOT_BASE + CFG_UBOOT_SIZE - CFG_MALLOC_LEN - CFG_STACK_SIZE - sizeof(gd_t); /* compiler optimization barrier needed for GCC >= 3.4 */ memset ((void*)gd, 0, sizeof (gd_t)); monitor_flash_len = _bss_start - _armboot_start; for (init_fnc_ptr = init_sequence; *init_fnc_ptr; ++init_fnc_ptr) { 解释：定义二级指针init_fnc_ptr指向一个存放函数指针的数组，init_fnc_ptr是typedef int (init_fnc_t) (void)类型，即函数类型，init_fnc_ptr可以指向一个没有参数，返回值为int型的函数指针的地址（很绕哦，呵呵），我们看上面代码最后的for循环init_fnc_ptr = init_sequence，if中会使用（*init_fnc_ptr)()方式调用init_sequence中的函数（函数名可以看为一个地址），如果返回值不是0，则执行hang报错。 因为我们定义了CONFIG_MEMORY_UPPER_CODE宏，所以gd = (gd_t*)gd_base，由gd_base的值我们知道，malloc区域、stack区域、bdinfo数据在内存的位置是放在upper of uboot。 __asm__ __volatile__("": : :"memory");这条是内嵌汇编，请查看另一篇介绍内嵌汇编的博文。 gd->bd指针指向数据类型为bd_t的结构体，bd_t结构体记录开发板的参数，例如串口波特率、ip地址、机器类型、启动参数、环境变量位置等。 下面分析for循环执行的函数： cpu_init：因为我们没有定义CONFIG_USE_IRQ，所以这个函数直接返回0 board_init：
函数内首先执行dm9000_pre_init()函数，因为我们把DM9000AEP网卡映射到内存的Xm0CSn[1]上，所以我们要设置访问CSn[1]的方式，SROM_BW_REG &= ~(0xf << 4);SROM_BW_REG |= (1<<7) | (1<<6) | (1<<4);两条代码的含义为设置0x70000000控制器的CSn[1]访问方式为nBE enable、wait enable、16位数据总线访问模式，SROM_BC1_REG = ((DM9000_Tacs<<28)+(DM9000_Tcos<<24)+(DM9000_Tacc<<16)+(DM9000_Tcoh<<12)+(DM9000_Tah<<8)+(DM9000_Tacp<<4)+(DM9000_PMC));这句话的意思是设置访问的时序，s3c6410 datasheet中已经给出了时序代码，欢迎查看哦。因为我的zc6410开发箱接了4.3的TFT LCD，所以在代码中增加了对LCD的配置工作，代码如下： writel(readl(MIFPCON) & (~(1 << 3)), MIFPCON); writel(readl(MIFPCON) & (~(3 << 0)) | 0x1, SPCON); writel(0xaaaaaaaa, GPICON); 以上四行代码分别对MIFPCON、SPCON、GPICON、GPJCON四个寄存器赋值。为什么赋值？查看s3c6410 datasheet手册14.5.1节，给出了DisplayController的引脚配置，MIFPCON的[3]位设置为0（normal mode）instead of “1”（by-pass mode），SPCON[1:0]位的值设置为“01”（use RGB I/F Style）or “00” to use Host I/F Style，我们设置的是01。GPICON、GPJCON赋值的原因请看下面图：
第一张图是LCD控制器接口连接原理图，后面的是图是芯片手册，通过两个图我们就知道为什么要写后面两行代码了吧。 好了，73-74行一个是记录机器类型，一个是指定向内核传参的地址。 interrupt_init：
上图，我发现注释很给力，我想我就不画蛇添足了 184行：值0x0101的含义是设置Prescaler0、1、2、3的值，请看下图真相（datasheet）
env_init：如下图，因为没有定义ENV_IS_EMBEDDED，所有只是执行了142-143，把环境变量的首地址赋值给gd->env_addr。
init_baudrate：
139行使用getenv_r函数在default_environment里找baudrate关键字，找到后把“=”号后面的值赋值给gd->baudrate，然后 再放到gd->bd->bi_baudrate里面。simple_strtoul是uboot实现的字符串转UL类型。 console_init_f：gd->have_console = 1就这一句话 display_banner：串口打印uboot信息，就是uboot启动的时候我们看到的信息，这里使用的是printf，但是我们追进去后，关注的函数 应该是serial_putc，它是真实向串口输出一个字符的函数，这个函数会递归调用，应该说自己调用自己，遇到\n结束。 print_cpuinfo：打印CPU信息，CPU型号和速度 CPU：... checkboard：打印开发板信息 BOARD：... dram_init：
记录dram的起始地址，0x50000000，size为256M（me的 display_dram_config：因为没有定义DEBUG，所以打印DRAM:256M
2）配置malloc空间 （因为CONFIG_LCD、CONFIG_VFD没有定义，所以跳过这一部分）
我们定义了UPPER_CODE，所以执行第一个mem_malloc_init。这个函数的作用是记录堆栈空间的起始地址、结束地址、当前地址。
3）启动设备初始化（SD、NAND、ONENAND） 系统一开始尝试从SD卡启动，因为本篇介绍的是NANDFLASH启动方式，所以SD卡部分暂不分析，会单独开辟章节介绍s3c6410 的SD卡启动方式（包括windows下SD flasher应用程序的编写、SD卡硬件电路分析、SD寄存器操作和启动流程）。 下面分析nand启动方式，我们在自己的头文件里定义了CONFIG_COMMANDS和CFG_CMD_NAND，所以会执行nand_init函数 分析代码中的368行nand_init函数，我们知道在uboot启动起来之后，会显示NAND: 512M（你nandflash的大小），所以不难想象， nand_init会向终端打印NAND大小的信息，以下是nand_init的实现：
nand_init函数的实现体在drivers/nand/nand.c中，nand_init函数不仅会打印出nandflash的大小，还会初始化描述nand的结构体 nand_info以及代表“nand”的设备结构体nand_chip，这两个结构体前者是mtd层对设备的抽象和对块设备的接口统一，后者是 设备的实体，所有对设备的读写控制操作都最终通过这个结构体完成，下面我们开始分析nand_init函数： 64~69行：从外表看，最后会执行size += nand_info[i].size，由此最起码可以猜测到这个函数会计算出nand的大小。那么是怎样计算出 来的呢，我们需要看nand_init_chip函数，注意，在进入这个函数之前，先看一下传入的三个参数，前两个参数我们已经介绍过，第三 个参数是nand的数据寄存器，访问地址为0x70200010。nand_init_chip函数会根据我们传入的参数，去查找对应的nand设备，并初 始化一些功能接口为以后对nand操作做准备，下面看图：
47行：mtd->priv实现了mtd中间层对底层nand设备的接口，我们以后在访问nand硬件时，通过mtd的priv成员可以快速找到我们的 nand设备。 49行：nand成员中保存了读写nand数据的数据寄存器基地址，我们通过读写base_addr中的数据，实现对nand中数据的读和写， 后面的__iomem是个宏定义，这样定义的#define __iomem，只定义并没有给值，所以没有任何功能意义，但是对于我们在看代码 的时候，很容易能判断出后面的变量是IO地址空间的寄存器地址。 50行：是对nand设备的初始化操作，我们进入函数体
820~823行：判断是否是从nand_flash启动。看s3c6410寄存器就会明白：
820行：NFCONF定义的宏，其实是取0x70200000地址里面的内容，那么如果我们把OM跳线设置为nand启动，这个[31] 位的值就会为1，这样的话NFCONF & 0x80000000的值就是1了，因而boot_nand的值为1； 825行：清除0x70200004的[16]位，关闭软件锁存，如果此位设置为1，则NFSBLK（0x70200020）到NFEBLK （0x70200024）-1被开启，除了这部分区域，写或擦除命令是无效的，只有读命令是有效的（NFSBLK和NFEBLK）为可编程 可编程开始和结束块地址寄存器； 826~827行：我们在进入这个函数的时候就做过了； 828行：nand->cmd_ctrl = s3c_nand_hwcontrol，这个函数是用于向nand硬件发送命令的，比如发送00h，代表的是读命令。 829行：nand->dev_ready = s3c_nand_device_ready，是用于判断nand芯片处于忙/可读状态的。s3c_nand_device_ready 用一个循环去判断NFSTAT（0x70000028）的最低位（RnB输入引脚状态），如果是1表示现在nand可读，0代表正在忙不可读 830行：bbt（bad block table）坏块表，因为我们没用到，所以s3c_nand_scan_bbt函数会直接返回； 我们没有定义宏CFG_NAND_FLASH_BBT，所以nand->options |= NAND_SKIP_BBTSCAN，后面宏的含义代表在初始化期间 将跳过坏块扫描； 839行：CFG_NAND_HWECC需要我们自己定义，含义代表使用错误纠错码； 840行：代表使用NAND_FLASH模块内部的ECC模块产生纠错码； 841行：nand->ecc.hwctl = s3c_nand_enable_hwecc，设置对ECC的控制，这个函数应该在产生ECC编码前被调用。这个函数的 功能为确认SLC FLASH或是MLC FLASH，SLC代表single layer cell，MCL为multi-level cell，有关SLC和MLC的区别在容量、可 读写总次数、读写速度上，SLC的读写速度要快于MLC，但MCL的容量要比SLC大很多，因为1cell可以容纳4bits，有兴趣可以查阅 相关手册。此函数还有一个功能为：1.初始化主区ECC解码器/编码器（向0x70200004的[5]位写1）2.开启主区ECC （向0x70200004的[7]位写0）； 842行：nand->ecc.calculate = s3c_nand_calculate_ecc，用于存储产生的校验纠错码； 843行：nand->ecc.correct = s3c_nand_correct_data，用生成的ECC码检测是否有错误，没有则返回，具体内容看函数说明就好； 845~849行：向nand发送4条命令，849行为等待设备准备好； 851~852行：将读取到nand芯片的厂商信息和芯片ID编号； 854~859行：nand_flash_ids结构体保存了很多公司生产的nand芯片信息和编号，for循环将通过ID找到和我们板子匹配的NAND芯片； 再往下虽然代码挺多的，但不用担心，只会执行877行的nand->ecc.layout = &s3c_nand_oob_16，这是在定义oob信息； 以下是nand芯片可以处理的命令以及命令的含义（下面是三星K9F4G08U0A-PCB0芯片的命令集）
分析完board_nand_init函数后，我们继续看nand_init_chip第52行，nand_scan函数： 这个函数的主要功能就是2768行的nand_scan_ident函数，功能是填充mtd结构体，配置对nand的接口。这样下次在访问设备时，可 通过mtd层找到对应的底层设备，我们看下nand_scan_ident函数：
到此，我们不再往下追函数了， 2501行在设置mtd设备层的接口函数， 2504行nand_get_flash_type函数代码比较多，主要的功能还是在获得nand芯片的厂商信息和ID，并判断是否支持，如果支持 为这个nand设备和mtd填充一些功能接口函数， 我们再来看nand_scan_ident函数的后面代码，2512行是for循环，maxchips的值是nand_scan函数传递进来的1，所以我们最后 看到的i值为1，在2526行chip->numchips=1，mtd->size=512(我的nandflash型号是K9F4G08U0A-PCB0，大小512M， 我们在board_nand_init函数中已经在结构体nand_flash_ids中找到我们的nand型号，chipsize的值为512）。 nand初始化分析完毕。。。 由于文章长度太长，以下分析部分放到s3c6410 uboot代码分析二（下面是链接） http://hi.baidu.com/__eabi/blog/item/bf06b6c14c13434b0eb345d9.html?timeStamp=1313056638500
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