嵌入式启动之四：S5PV210 IROM & BL0启动

           三星S5PV210基于A8内核，是arm v7体系，广泛应用于手机和平板解决方案中。市场上也有很多基于S5PV210芯片的开发板(如smart210, gec210等)，用于学习高级ARM体系编程。S5PV210跟S5PC11X基本一致，很多人认为两者是同样的SOC，只不过是封装不同，事实上，两者确实略有不同。跟S5PC11X相比，S5PV210没有内置16MSRAM和电源管理模块，解码能力也有些许不同。但从软件使用的角度，两者在内核体系、集成模块、管脚封装上确实有很大的相似性，以致UBOOT在命名上看来，其只支持S5PC11X，但事实上，将支持S5PC11X的UBOOT移植支持S5PV210的工作量相当小。主要的工作就是将16M的SRAM和PMIC初始化支持注释掉。从本篇博文开始，详细讲解S5PV210的启动过程，下面阐述启动的第一个阶段--IROM的BL0启动。

       嵌入式启动之二：资源宽裕型嵌入式系统 已经说明内存资源宽裕型系统的一般启动过程。S5PV210属于这一类系统，外挂SDRAM内存和NAND、SD卡等外存设备，系统和应用代码等作为固件存放在外存设备中，并通过S5PV210内置的IROM启动并逐步引导到SDRAM中。S5PV210的SPEC是《S5PV210_UM_REV1.1.pdf》，在其第29页~30页中描述了IROM和IRAM的内存映射图。IRAM，即内置RAM，在启动引导阶段有两个作用：一是IROM运行时使用的数据变量所在的区域，二是IROM，即BL0会将外存中的BL1引导到该区域中。因为IROM启动运行的时候，外置SDRAM还没有初始化好，而IRAM是可用的，因此必须要把BL1加载到IRAM中运行，由BL1对SDRAM进行初始化。IROM为什么不初始化SDRAM呢？那是因为支持的SDRAM规格是可变的，由固化代码来初始化显得不够灵活，而且固化代码往往代码量比较小，因为越多越容易出BUG，出BUG就会导致SOC芯片重新掩膜tapout，一次可要好几百万人民币呢。由内存映射图可以得到：

IROM是64K，在0x0000-0000开始的区域，而IRAM是96K，在0xD0020000-0xD0037FFF。

       S5PV210的IROM的SPEC是《S5PV210_iROM_ApplicationNote_Preliminary.pdf》，其主要描述以下内容：

       1. 启动过程，如下图：

                                                                            

       这个图的信息量比较大，描述了启动引导过程大部分的知识点。

      1）BL0位于IROM中，其选择引导的介质受外围引脚OM电平所决定。其能引导的介质包括：nor，nand，onenand，SD/MMC等等。如下图，0x2表示nand（page为2k byte，5个command周期，8bit ECC）启动，0xc表示SD/MMC。OM的值可以通过读寄存器0xE000-0004得到。

                                        

         2）根据OM的值，IROM中的BL0选择其固话的对应驱动将对应介质的前16K代码数据读到IRAM中。引导代码之后会进行校验，校验和BL1的长度信息放在16K代码数据的最前面16个字节。为什么需要长度？因为校验是对确定长度的内容进行计算得到，而BL1的有效代码数据可能并没有16K。BL1头部信息和校验算法如下图：

                  

            加载BL1之后，BL0会将给PC赋值为0xd0020010，即BL1代码真正的入口应该设置链接到0xd0020010。在编译链接生存BL1之后需要用专门的工具计算出BL1的长度和校验码，并填充到BL1的头部，在uboot中称为NAND_SPL.BIN。

          3）启动过程中的示意图的第三步只是一种方案的建议，在实际的启动模块中，BL2一般比较大，因为其包括引导操作系统，还包括在启动阶段支持下载等交互功能，所以BL2会大于IRAM中剩下的80K，因此，BL1执行时会先初始化好SDRAM，然后将BL2引导到SDRAM。因此图中的第三步示意图并不准确。BL1执行时MMU是关闭的，其在建立好临时页表后，会开启MMU，并跳转到BL2开始执行。

          4）BL2会提供与用户交互的模式命令，一般用于研发人员调试，如果是真正的产品则没有这种模式，直接开始引导OS到SDRAM。并跳转到OS开始执行。

          5）一般的启动流程图如下：

                       

               从上图可以得知，当引导OM所对应的介质的BL1失败（如介质接口有问题、校验失败等）时，还有另外的备选引导方案，即2nd boot，那就是USB引导和串口引导，这里不再展开。

        2. IROM除了引导之后，还做了一些硬件和软件环境初始化工作。主要流程包括：

            1）关闭看门狗

            2）初始化指令cache，开启指令cache

            3）初始化 IRAM中的栈（中断栈、SVC栈）和堆，异常向量注册表等。具体如下图：

                             

           IROM运行是处于SVC模式。这里的exception vector table并不是异常向量表，而应该称为异常向量注册表。因为异常向量表是在IROM的起始位置上，即0x00000000开始的地方，如下所示，IROM建立起的环境只能支持中断（异常的一种）注册，即注册到0xd0037418，对于其他异常的支持需要在启动或者OS阶段进行重建，并将其定位到SDRAM区域，并设置异常向量的基地址（通过改变协处理器P15的C12-Vector Base Address Register）指向该区域。

           _start: b reset
                      .word 0x0
                      .word 0x0

                      .word 0x0

                      .word 0x0

                      .word 0x0

                      ldr pc, _irq
                      .word 0x0

            4）填充好IRAM的块设备读接口区域。如上图，0xd0037f80开始的128个字节存放的是块设备的拷贝函数地址，如nand，sd/mmc等的读接口地址。其用于后续BL1和BL2使用。即BL1和BL2代码不需要实现外存设备的读驱动函数，只需要调用IROM的接口就可以了。SPEC的p14-p18具体描述了各种不同的介质设备的操作接口地址以及相关的信息。

           5）开启PLL，初始化系统时钟。

           6）copy 16k字节的BL1到SRAM。

           7）对BL1进行校验，即计算BL1的校验值，并与BL1的头部的校验值进行比较，失败即会跳到2nd boot中去引导，成功即跳到BL1的0xd0020010执行。

           后续将详细描述基于S5PV210的uboot启动过程，欢迎关注。