u-boot-2010.06在TQ2440上的移植<4>--支持nandflash启动
1、由原理图知接TQ2440的nanflash型号是K9F2G08U0A，2KB页面大页结构，256M。16位数据格式，接2440如下图所示：
2、在include/configs/smdk2440.h头文件中定义Nand要用到的宏和寄存器，如下：
vi include/configs/smdk2440.h
/*
* Nand flash register and envionment variables
*/
#define CONFIG_S3C2440_NAND_BOOT 1
#define NAND_CTL_BASE 0x4E000000
#define STACK_BASE 0x33F00000
#define STACK_SIZE 0x8000
#define oNFCONF 0x00
#define oNFCONT 0x04
#define oNFADDR 0x0c //0x4E00000c
#define oNFDATA 0x10 //0x4E000010
#define oNFCMD 0x08 //0x4E000008
#define oNFSTAT 0x20 //0x4E000020
#define oNFECC 0x2c //0x4E00002c
3、修改cpu/arm920t/start.S这个文件，使u-boot从Nand Flash启动，在上一节中提过，u-boot默认是从Nor Flash启动的。修改部分如下：
//注释掉系统从Norflash启动这部分代码
#if 0
#ifndef CONFIG_SKIP_RELOCATE_UBOOT
relocate: /* relocate U-Boot to RAM */
adr r0, _start /* r0 <- current position of code */
ldr r1, _TEXT_BASE /* test if we run from flash or RAM */
cmp r0, r1 /* don't reloc during debug */
beq stack_setup
ldr r2, _armboot_start
ldr r3, _bss_start
sub r2, r3, r2 /* r2 <- size of armboot */
add r2, r0, r2 /* r2 <- source end address */
copy_loop:
ldmia r0!, {r3-r10} /* copy from source address [r0] */
stmia r1!, {r3-r10} /* copy to target address [r1] */
cmp r0, r2 /* until source end addreee [r2] */
ble copy_loop
#endif /* CONFIG_SKIP_RELOCATE_UBOOT */
#endif
//下面添加2440中u-boot从Nand Flash启动-----------------
#ifdef CONFIG_S3C2440_NAND_BOOT
mov r1, #NAND_CTL_BASE //复位Nand Flash
ldr r2, =( (0<<12)|(3<<8)|(0<<4)|(3<<2)|(1<<1) )
str r2, [r1, #oNFCONF] //设置配置寄存器的初始值，参考s3c2440手册
ldr r2, [r1, #oNFCONF]
ldr r2, =( (1<<4)|(1<<1)|(1<<0) )
str r2, [r1, #oNFCONT] //设置控制寄存器
ldr r2, [r1, #oNFCONT]
//ldr r2, =(0x01) //RnB Clear
//str r2, [r1, #oNFSTAT]
//ldr r2, [r1, #oNFSTAT]
mov r2, #0xff //复位command
strb r2, [r1, #oNFCMD]
mov r3, #0 //等待
nand1:
add r3, r3, #0x1
cmp r3, #0xa
blt nand1
nand2:
ldr r2, [r1, #oNFSTAT] //等待就绪
tst r2, #0x4
beq nand2
ldr r2, [r1, #oNFCONT]
orr r2, r2, #0x02 //取消片选
str r2, [r1, #oNFCONT]
//get read to call C functions (for nand_read())
ldr sp, DW_STACK_START //为C代码准备堆栈,DW_STACK_START定义在下面
mov fp, #0
//copy U-Boot to RAM
ldr r0, =TEXT_BASE//传递给C代码的第一个参数：u-boot在RAM中的起始地址
mov r1, #0x0 //传递给C代码的第二个参数：Nand Flash的起始地址
mov r2, #0x30000 //传递给C代码的第三个参数：u-boot的长度大小(192k)
bl nand_read_ll //此处调用C代码中读Nand的函数，现在还没有要自己编写实现
tst r0, #0x0
beq ok_nand_read
bad_nand_read:
loop2: b loop2 //infinite loop
ok_nand_read:
//检查搬移后的数据，如果前4k完全相同，表示搬移成功
mov r0, #0
ldr r1, =TEXT_BASE
mov r2, #0x1000 //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 stack_setup
bne go_next
notmatch:
loop3:
b loop3 //infinite loop
#endif //CONFIG_S3C2440_NAND_BOOT
//以上为2440中u-boot从Nand Flash启动-----------------
4、在board/samsung/smdk2440/目录下新建一个nand_read.c文件，在该文件中来实现上面汇编中要调用的nand_read_ll函数，代码如下：
#include <config.h>
#define BUSY 1
#define NF_BASE 0x4E000000 //Nand Flash配置寄存器基地址
#define __REGb(x) (*(volatile unsigned char *)(x))
#define __REGi(x) (*(volatile unsigned int *)(x))
#define NFCONF __REGi(NF_BASE + 0x0 ) //通过偏移量还是得到配置寄存器基地址
#define NFCONT __REGi(NF_BASE + 0x4 ) //通过偏移量得到控制寄存器基地址
#define NFCMD __REGb(NF_BASE + 0x8 ) //通过偏移量得到指令寄存器基地址
#define NFADDR __REGb(NF_BASE + 0xC ) //通过偏移量得到地址寄存器基地址
#define NFDATA __REGb(NF_BASE + 0x10) //通过偏移量得到数据寄存器基地址
#define NFSTAT __REGb(NF_BASE + 0x20) //通过偏移量得到状态寄存器基地址
#define NAND_CHIP_ENABLE (NFCONT &= ~(1<<1)) //Nand片选使能
#define NAND_CHIP_DISABLE (NFCONT |= (1<<1)) //取消Nand片选
#define NAND_CLEAR_RB (NFSTAT |= BUSY)
#define NAND_DETECT_RB { while(!(NFSTAT & BUSY));}
#define NAND_SECTOR_SIZE 2048
#define NAND_BLOCK_MASK (NAND_SECTOR_SIZE - 1)
static void s3c2440_write_addr_lp(unsigned int addr)
{
int i;
volatile unsigned char *p = (volatile unsigned char *)&NFADDR;
int col, page;
col = addr & NAND_BLOCK_MASK;
page = addr / NAND_SECTOR_SIZE;
*p = col & 0xff; /* Column Address A0~A7 */
for(i=0; i<10; i++);
*p = (col >> 8) & 0x0f; /* Column Address A8~A11 */
for(i=0; i<10; i++);
*p = page & 0xff; /* Row Address A12~A19 */
for(i=0; i<10; i++);
*p = (page >> 8) & 0xff; /* Row Address A20~A27 */
for(i=0; i<10; i++);
*p = (page >> 16) & 0x01; /* Row Address A28~A29 */
for(i=0; i<10; i++);
}
/* low level nand read function */
int nand_read_ll(unsigned char *buf, unsigned long start_addr, int size)
{
int i, j;
if ((start_addr & NAND_BLOCK_MASK) || (size & NAND_BLOCK_MASK))
{
return -1; //地址或长度不对齐
}
NAND_CHIP_ENABLE; //选中Nand片选
for(i = start_addr; i < (start_addr + size);)
{
//发出READ0指令
//NAND_CLEAR_RB;
NFCMD = 0;
s3c2440_write_addr_lp(i);
//2k page
NFCMD = 0x30;
NAND_DETECT_RB;
for(j=0; j < NAND_SECTOR_SIZE; j++, i++)
{
*buf = NFDATA;
buf++;
}
}
NAND_CHIP_DISABLE; //取消片选信号
return 0;
}
以上紫色部分对应于K9F2G08U0A的数据手册写操作顺序，如下图所示：
整一芯片 = 2048块
一个块（扇区） = 64 页
一页 = 2048 字节 + 64字节
5、然后，在board/samsung/smdk2440/Makefile中添加nand_read.c的编译选项，使他编译到u-boot中，如下：
COBJS := smdk2440.o flash.o nand_read.o
6、还有一个重要的地方要修改，在arch/arm/cpu/arm920t/u-boot.lds中，这个u-boot启动连接脚本文件决定了u-boot运行的入口地址，以及各个段的存储位置，这也是链接定位的作用。添加下面两行代码的主要目的是防止编译器把我们自己添加的用于nandboot的子函数放到4K之后，否则是无法启动的。如下：
.text :
{
arch/arm/cpu/arm920t/start.o (.text)
board/samsung/smdk2440/lowlevel_init.o (.text)
board/samsung/smdk2440/nand_read.o (.text)
*(.text)
}
7、现在进入u-boot的第二阶段（添加Nand Flash(K9F2G08U0A)的有关操作支持）。
在上一节中我们说过，通常在嵌入式bootloader中，有两种方式来引导启动内核：从Nor Flash启动和从Nand Flash启动，但不管是从Nor启动或者从Nand启动，进入第二阶段以后，两者的执行流程是相同的。
当u-boot的start.S运行到“_start_armboot: .word start_armboot”时，就会调用lib_arm/board.c中的start_armboot函数，至此u-boot正式进入第二阶段。此时注意：以前较早的u-boot版本进入第二阶段后，对Nand Flash的支持有新旧两套代码，新代码在drivers/nand目录下，旧代码在drivers/nand_legacy目录下，CFG_NAND_LEGACY宏决定了使用哪套代码，如果定义了该宏就使用旧代码，否则使用新代码。但是现在的u-boot-2010.06版本对Nand的初始化、读写实现是基于最近的Linux内核的MTD架构，删除了以前传统的执行方法，使移植没有以前那样复杂了，实现Nand的操作和基本命令都直接在drivers/mtd/nand目录下(在doc/README.nand中讲得很清楚)。下面我们结合代码来分析一下u-boot在第二阶段的执行流程：
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8、//新建s3c2440_nand.c文件,来实现对Nandflash的各种操作。
touch drivers/mtd/nand/s3c2440_nand.c
#include <common.h>
#if 0
#define DEBUGN printf
#else
#define DEBUGN(x, args ...) {}
#endif
#include <nand.h>
#include <asm/arch/s3c24x0_cpu.h>
#include <asm/io.h>
#define __REGb(x) (*(volatile unsigned char *)(x))
#define __REGi(x) (*(volatile unsigned int *)(x))
#define NF_BASE 0x4e000000 //Nand配置寄存器基地址
#define NFCONF __REGi(NF_BASE + 0x0) //偏移后还是得到配置寄存器基地址
#define NFCONT __REGi(NF_BASE + 0x4) //偏移后得到Nand控制寄存器基地址
#define NFCMD __REGb(NF_BASE + 0x8) //偏移后得到Nand指令寄存器基地址
#define NFADDR __REGb(NF_BASE + 0xc) //偏移后得到Nand地址寄存器基地址
#define NFDATA __REGb(NF_BASE + 0x10) //偏移后得到Nand数据寄存器基地址
#define NFMECCD0 __REGi(NF_BASE + 0x14) //偏移后得到Nand主数据区域ECC0寄存器基地址
#define NFMECCD1 __REGi(NF_BASE + 0x18) //偏移后得到Nand主数据区域ECC1寄存器基地址
#define NFSECCD __REGi(NF_BASE + 0x1C) //偏移后得到Nand空闲区域ECC寄存器基地址
#define NFSTAT __REGb(NF_BASE + 0x20) //偏移后得到Nand状态寄存器基地址
#define NFSTAT0 __REGi(NF_BASE + 0x24) //偏移后得到Nand ECC0状态寄存器基地址
#define NFSTAT1 __REGi(NF_BASE + 0x28) //偏移后得到Nand ECC1状态寄存器基地址
#define NFMECC0 __REGi(NF_BASE + 0x2C) //偏移后得到Nand主数据区域ECC0状态寄存器基地址
#define NFMECC1 __REGi(NF_BASE + 0x30) //偏移后得到Nand主数据区域ECC1状态寄存器基地址
#define NFSECC __REGi(NF_BASE + 0x34) //偏移后得到Nand空闲区域ECC状态寄存器基地址
#define NFSBLK __REGi(NF_BASE + 0x38) //偏移后得到Nand块开始地址
#define NFEBLK __REGi(NF_BASE + 0x3c) //偏移后得到Nand块结束地址
#define S3C2440_NFCONT_nCE (1<<1)
#define S3C2440_ADDR_NALE 0x0c
#define S3C2440_ADDR_NCLE 0x08
ulong IO_ADDR_W = NF_BASE;
static void s3c2440_hwcontrol(struct mtd_info *mtd, int cmd, unsigned int ctrl)
{
struct nand_chip *chip = mtd->priv;
DEBUGN("hwcontrol(): 0x%02x 0x%02x\n", cmd, ctrl);
if (ctrl & NAND_CTRL_CHANGE) {
IO_ADDR_W = NF_BASE;
if (!(ctrl & NAND_CLE)) //要写的是地址
IO_ADDR_W |= S3C2440_ADDR_NALE;
if (!(ctrl & NAND_ALE)) //要写的是命令
IO_ADDR_W |= S3C2440_ADDR_NCLE;
if (ctrl & NAND_NCE)
NFCONT &= ~S3C2440_NFCONT_nCE; //使能nand flash
else
NFCONT |= S3C2440_NFCONT_nCE; //禁止nand flash
}
if (cmd != NAND_CMD_NONE)
writeb(cmd,(void *)IO_ADDR_W);
}
static int s3c2440_dev_ready(struct mtd_info *mtd)
{
DEBUGN("dev_ready\n");
return (NFSTAT & 0x01);
}
int board_nand_init(struct nand_chip *nand)
{
u_int32_t cfg;
u_int8_t tacls, twrph0, twrph1;
struct s3c24x0_clock_power * const clk_power = s3c24x0_get_base_clock_power();
DEBUGN("board_nand_init()\n");
clk_power->CLKCON |= (1 << 4);
twrph0 = 3; twrph1 = 0; tacls = 0;
cfg = (tacls<<12)|(twrph0<<8)|(twrph1<<4)|(3<<2)|(1<<1)|(0<<0);
NFCONF = cfg;
//cfg = (1<<6)|(1<<4)|(0<<1)|(1<<0);
cfg = (1<<4)|(0<<1)|(1<<0);
NFCONT = cfg;
/* initialize nand_chip data structure */
nand->IO_ADDR_R = nand->IO_ADDR_W = (void *)0x4e000010;
/* read_buf and write_buf are default */
/* read_byte and write_byte are default */
/* hwcontrol always must be implemented */
nand->cmd_ctrl = s3c2440_hwcontrol;
nand->dev_ready = s3c2440_dev_ready;
nand->ecc.mode = NAND_ECC_SOFT;
return 0;
}
添加完以后还要修改Makefile
vi drivers/mtd/nand/Makefile
添加如下两行：
COBJS-y += s3c2440_nand.o
COBJS-$(CONFIG_NAND_S3C2440) += s3c2440_nand.o
9、在Nandflash上保存环境变量
vi include/configs/smdk2440.h
//注释掉环境变量保存到Flash的宏(注意：如果你要使用上一篇中的从Nor启动的saveenv命令，则要恢复这些Flash宏定义)
/*
#define CONFIG_ENV_IS_IN_FLASH 1
#define CONFIG_ENV_SIZE 0x10000 /* Total Size of Environment Sector */
*/
//添加环境变量保存到Nand的宏(注意：如果你要使用上一篇中的从Nor启动的saveenv命令，则不要这些Nand宏定义)
#define CONFIG_ENV_IS_IN_NAND 1
#define CONFIG_ENV_OFFSET 0x30000 //将环境变量保存到nand中的0x30000位置
#define CONFIG_ENV_SIZE 0x10000 /* Total Size of Environment Sector */
10、编译
make smdk2440_config && make
把根目录下的u-boot.bin 下载到Nandflash的地址0处
saveenv
nand info
[SMDK2440]# nand info
Device 0: NAND 256MiB 3,3V 8-bit, sector size 128 KiB