UBOOT从NAND FLASH启动分析

UBOOT从NAND FLASH启动分析

UBOOT从NAND FLASH启动分析

在分析启动代码之前先看一下S3C2440的NAND启动:

在配置NAND启动模式之后,S3C2440上电会先将NAND中的0x0 - 0x1000共4096字节的数据拷贝到位于Bank0中的Boot Internal SRAM上

Bank0如下图:

可以看出Boot Internal SRAM为4KB大小,也正是因为Boot Internal SRAM只有4KB 大小,所以只能从NAND中拷贝4K的内容= 3= 这个Boot Internal SRAM是配置为NAND FLASH启动模式才有的

这4K内容是什么呢?~ 这就要看Uboot的镜像文件中是如何进行连接的了~

连接脚本在board/smdk2440/u-boot.lds中,如下

SECTIONS

{

. = 0x00000000;

. = ALIGN(4);

.text :

{

cpu/arm920t/start.o (.text)

cpu/arm920t/s3c24x0/nand_read.o (.text)

*(.text)

}

. = ALIGN(4);

.rodata : { *(.rodata) }

. = ALIGN(4);

.data : { *(.data) }

. = ALIGN(4);

.got : { *(.got) }

. = .;

__u_boot_cmd_start = .;

.u_boot_cmd : { *(.u_boot_cmd) }

__u_boot_cmd_end = .;

. = ALIGN(4);

__bss_start = .;

.bss : { *(.bss) }

_end = .;

}

.text为代码段,可以看出cpu/arm920t/start.o在代码段的最前面,所以会先执行start.o 中的代码

连接完成后的镜像文件的前4K如下

cpu/arm920t/start.o(.text)

.text 0x33f80000 0x4e0 cpu/arm920t/start.o

0x33f80050 IRQ_STACK_START

0x33f80048 _bss_start

0x33f8004c _bss_end

0x33f80044 _armboot_start

0x33f80000 _start

0x33f80054 FIQ_STACK_START

cpu/arm920t/s3c24x0/nand_read.o(.text)

.text 0x33f804e0 0x1b8 cpu/arm920t/s3c24x0/nand_read.o

0x33f804e0 nand_read_ll

*(.text)

.text 0x33f80698 0x64 board/smdk2440/libsmdk2440.a(lowlevel_init.o)

0x33f8069c lowlevel_init

.text 0x33f806fc 0x280 cpu/arm920t/libarm920t.a(interrupts.o)

0x33f80934 do_fiq

0x33f80880 do_undefined_instruction

0x33f80744 show_regs

0x33f80958 do_irq

0x33f80728 bad_mode

0x33f808c8 do_prefetch_abort

0x33f8070c disable_interrupts

0x33f80910 do_not_used

0x33f808ec do_data_abort

0x33f808a4 do_software_interrupt

0x33f806fc enable_interrupts

.text 0x33f8097c 0x250 cpu/arm920t/s3c24x0/libs3c24x0.a(interrupts.o)

0x33f80aa4 set_timer

0x33f80a20 reset_timer

0x33f8097c interrupt_init

0x33f80ba0 get_tbclk

0x33f80a90 get_timer

0x33f809f0 reset_timer_masked

0x33f80a24 get_timer_masked

0x33f80ab4 udelay

0x33f80b10 udelay_masked

0x33f80bac reset_cpu

0x33f80b8c get_ticks

.text 0x33f80bcc 0x150 cpu/arm920t/s3c24x0/libs3c24x0.a(speed.o)

0x33f80c4c get_HCLK

0x33f80cec get_PCLK

0x33f80c44 get_FCLK

0x33f80d14 get_UCLK

.text 0x33f80d1c 0x1e8 cpu/arm920t/s3c24x0/libs3c24x0.a(cmd_s3c24xx.o) 0x33f80d8c do_s3c24xx

.text 0x33f80f04 0xdc cpu/arm920t/s3c24x0/libs3c24x0.a(serial.o)

0x33f80f04 serial_setbrg

0x33f80fa8 serial_tstc

0x33f80f80 serial_putc

0x33f80f58 serial_init

0x33f80fb8 serial_puts

0x33f80f68 serial_getc

.text 0x33f80fe0 0x140 lib_arm/libarm.a(_divsi3.o)

0x33f80fe0 __divsi3

如何设置从0x33f80000开始呢?~这是链接的时候指定的

在根目录下面的config.mk中有下面一句

LDFLAGS += -Bstatic -T $(LDSCRIPT) -Ttext $(TEXT_BASE) $(PLATFORM_LDFLAGS)

关键就是其中的-Ttext $(TEXT_BASE),这句指明了代码段的起始地址

而TEXT_BASE在board/smdk2440/config.mk中定义TEXT_BASE = 0x33F8 0000 为什么是0x33F8 0000呢?~

这是将NAND中Uboot拷贝到RAM中的起始地址,所以在代码拷贝到RAM之前不能使用绝对地址来寻址数据,只能用相对地址

在以下将用虚拟地址来指Uboot在RAM中的地址,也就是0x33F8 0000

现在来看代码cpu/arm920t/start.S

_start: ;异常处理向量表

b start_code

ldr pc, _undefined_instruction ;未定义指令异常：0x00000004

ldr pc, _software_interrupt ;软中断异常:0x00000008

ldr pc, _prefetch_abort ;预取异常：0x0000000C

ldr pc, _data_abort ;数据异常:0x00000010

ldr pc, _not_used ;未使用：0x00000014

ldr pc, _irq ;外部中断请求IRQ:0x00000018

ldr pc, _fiq ;快束中断请求FIQ:0x0000001C

b start_code在虚拟地址0x33F8 0000处, 拷贝到Boot Internal SRAM后则位于0x0处,所以b start_code是第一条执行的指令,

start_code在cpu/arm920t/start.S中

代码如下:

//读取CPSR寄存器的内容到R0

mrs r0,cpsr

//清除R0中的0 - 4 这5个位后保存到R0中

//也就是清除用户模式位

bic r0,r0,#0x1f

//置R0的0 1 4 6 7 位为真

//也就是选择SVC模式,同时IRQ和FIQ被禁止，处理器处于ARM状态

//关闭中断和快速中断

orr r0,r0,#0xd3

//将R0中的值保存到CPSR上

msr cpsr,r0

# define pWTCON 0x53000000 ;看门狗控制寄存器WTCON

# define INTMSK 0x4A000008 ;中断屏蔽寄存器INTMSK

# define INTSUBMSK 0x4A00001C ;辅助中断屏蔽寄存器，由于外设中断源太多，要用此寄存器屏蔽剩余的中断源

# define LOCKTIME 0x4c000000 ;PLL锁定时间计数寄存器

# define MPLLCON 0x4c000004 ;主时钟锁相环控制寄存器

# define UPLLCON 0x4c000008

# define CLKDIVN 0x4C000014 ;时钟分频寄存器/* clock divisor register */

# define INTSUBMSK_val 0xffff

# define MPLLCON_val ((184 12) + (2 4) + 2) /*406M*/

# define UPLLCON_val ((60 12) + (4 4) + 2) /* 47M */

# define CLKDIVN_val 7 /* FCLK:HCLK:PCLK = 1:3:6 */

# define CAMDIVN 0x4C000018

//取得看门狗寄存器的地址

ldr r0, =pWTCON

//将R1寄存器清0

mov r1, #0x0

//将看门狗寄存器清0，即将看门狗禁止，包括定时器定时，溢出中断及溢出复位等

str r1, [r0]

/*

* mask all IRQs by setting all bits in the INTMR - default

*/

//设R1寄存器为0xFFFF FFFF

mov r1, #0xffffffff

//读取中断屏蔽寄存器的地址

ldr r0, =INTMSK

//将中断屏蔽寄存器中的位全设1,屏蔽所有中断

str r1, [r0]

//# define INTSUBMSK_val 0xffff

//设R1寄存器为0xFFFF

ldr r1, =INTSUBMSK_val

//读取辅助中断屏蔽寄存器的地址

ldr r0, =INTSUBMSK

//将辅助中断屏蔽寄中的11个中断信号屏蔽掉，本人觉得INTSUBMS_val应设成7ff str r1, [r0]

//# define LOCKTIME 0x4c000000

//读取PLL锁频计数器寄存器地址到R0中

ldr r0,=LOCKTIME

//将R1设为0x00FF FFFF

ldr r1,=0xffffff

//M_LTIME为最大的0xFFF

//U_LTIME为最大的0xFFF

str r1,[r0] ;0xfff=4096>1800，远远满足锁定要求

/* FCLK:HCLK:PCLK = 1:2:4 */

/* default FCLK is 120 MHz ! */

//# define CLKDIVN 0x4C000014 /* clock divisor register */

//读取时钟分频寄存器的地址

ldr r0, =CLKDIVN

//# define CLKDIVN_val 7 /* FCLK:HCLK:PCLK = 1:3:6 */

//将R1设为0x7

mov r1, #CLKDIVN_va

//PDIVN - 1: PCLK has the clock same as the HCLK/2.

//HDIVN - 11 : HCLK = FCLK/3 when CAMDIVN[8] = 0.

// HCLK = FCLK/6 when CAMDIVN[8] = 1.

str r1, [r0]

/* Make sure we get FCLK:HCLK:PCLK = 1:3:6 */

//# define CAMDIVN 0x4C000018

//读取摄像头时钟分频寄存器的地址

ldr r0, =CAMDIVN

//将R1设为0

mov r1, #0

//将摄像头时钟分频寄存器清0

str r1, [r0]

/* Clock asynchronous mode */

//MRC p15, 0, Rd, c1, c0, 0 ; read control register

//读取控制寄存器中的值到R1中

mrc p15, 0, r1, c1, c0, 0 ;将协处理器p15的寄存器c1和c0的值传到arm处理器的R1寄存器中

//31 iA bit Asynchronous clock select

//30 nF bit notFastBus select

orr r1, r1, #0xc0000000 ;将最高两位置1

//MCR p15, 0, Rd, c1, c0, 0 ; write control register

//将R1中的值写到控制寄存器中

mcr p15, 0, r1, c1, c0, 0 将arm的寄存器R1的32位数据传到协处理器p15的两个16位寄存器c1和c0

//# define UPLLCON 0x4c000008

//读取UPLL设置寄存器的地址到R0中

ldr r0,=UPLLCON

//# define UPLLCON_val ((60

ldr r1,=UPLLCON_val

//将R1中的值写入UPLL设置寄存器中

str r1,[r0]

//ARM920T为5级流水线,需要至少5个周期来让指令生效

nop

nop

nop

nop

nop

nop

nop

nop

//读取MPLL设置寄存器的地址到R0中

ldr r0,=MPLLCON

//# define MPLLCON_val ((184

ldr r1,=MPLLCON_val

//将R1中的值写入MPLL设置寄存器中

str r1,[r0]

#define GPJCON 0x560000D0

#define GPJDAT 0x560000D4

#define GPJUP 0x560000D8

//跳转到cpu_init_crit处执行

//并将下一条指令的地址写入LR寄存器中

bl cpu_init_crit

cpu_init_crit在cpu/arm920t/start.S中

代码如下:

cpu_init_crit:

/*

* flush v4 I/D caches

*/

//将R0寄存器置0

mov r0, #0

//Invalidate ICache and DCache SBZ MCR p15,0,Rd,c7,c7,0 //禁止指令和数据cache

mcr p15, 0, r0, c7, c7, 0 /* flush v3/v4 cache */

//Invalidate TLB(s) SBZ MCR p15,0,Rd,c8,c7,0

mcr p15, 0, r0, c8, c7, 0 /* flush v4 TLB */

/*

* disable MMU stuff and caches

*/

//MRC p15, 0, Rd, c1, c0, 0 ; read control register

mrc p15, 0, r0, c1, c0, 0

//清除[8] [9] [13] 这3个位

//8 - System protection

//9 - ROM protection

//13 - Base location of exception registers - 0 = Low addresses = 0x00000000. bic r0, r0, #0x00002300 // clear bits 13, 9:8 (--V- --RS)

//清除[0] [1] [2] [7] 这4个位

// 0 - MMU enable - 0 = MMU disabled.

// 1 - Alignment fault enable - 0 = Fault checking disabled.

// 2 - DCache enable - 0 = DCache disabled.

// 7 - Endianness - 0 = Little-endian operation.

bic r0, r0, #0x00000087 // clear bits 7, 2:0 (B--- -CAM)

//设置位[1]为真

// 1 - Alignment fault enable - 1 = Fault checking enabled.

orr r0, r0, #0x00000002 // set bit 2 (A) Align

//设置位[12]为真

//12 - ICache enable - 1 = ICache enabled.

orr r0, r0, #0x00001000 // set bit 12 (I) I-Cache

//MCR p15, 0, Rd, c1, c0, 0 ; write control register

mcr p15, 0, r0, c1, c0, 0

//将返回地址保存到IP中

mov ip, lr

//跳转到lowlevel_init中执行

bl lowlevel_init

cpu_init_crit在cpu/arm920t/start.S中

代码如下:

.globl lowlevel_init

//读取下面标号为SMRDATA处的地址到R0中

ldr r0, =SMRDATA

//读取上面标号为_TEXT_BASE处的地址内容到R1中

//也就是取得TEXT_BASE的值到R1中

ldr r1, _TEXT_BASE

//计算SMRDATA的相对地址保存到R0中

//SMRDATA为虚拟地址,而TEXT_BASE为虚拟地址的起始地址

//而现在Uboot的起始地址并不为虚拟地址

//TEXT_BASE为0x33F8 0000,SMRDATA为0x33F8 06C8

//而现在程序运行在起始地址为0x0000 0000的地方

//所以需要计算以0x0000 0000为标准的相对地址

sub r0, r0, r1

//取得带宽与等待状态控制寄存器地址到R1中

ldr r1, =BWSCON /* Bus Width Status Controller */

//一共需要设置13个寄存器,每个寄存器4字节

add r2, r0, #13*4

0:

//读取R0所指的项的值到R3中后R0自加4字节

ldr r3, [r0], #4

//将R3中的值保存到R1所指的地址中后R1自加4字节

str r3, [r1], #4

//比较R0和R2是否相等,相等则说明13个寄存器全部设置完毕

cmp r2, r0

//不等则跳转到上面标号为0处的地址继续执行

bne 0b

//跳回到返回地址中继续执行

mov pc, lr

.ltorg

/* the literal pools origin */

SMRDATA:

.word

(0+(B1_BWSCON4)+(B2_BWSCON8)+(B3_BWSCON12)+(B4_BWSCON16)+( B5_BWSCON20)+(B6_BWSCON24)+(B7_BWSCON28))

.word

((B0_Tacs13)+(B0_Tcos11)+(B0_Tacc8)+(B0_Tcoh6)+(B0_Tah4)+(B0_Tacp2) +(B0_PMC))

.word

((B1_Tacs13)+(B1_Tcos11)+(B1_Tacc8)+(B1_Tcoh6)+(B1_Tah4)+(B1_Tacp2) +(B1_PMC))

.word

((B2_Tacs13)+(B2_Tcos11)+(B2_Tacc8)+(B2_Tcoh6)+(B2_Tah4)+(B2_Tacp2) +(B2_PMC))

.word

((B3_Tacs13)+(B3_Tcos11)+(B3_Tacc8)+(B3_Tcoh6)+(B3_Tah4)+(B3_Tacp2) +(B3_PMC))

.word

((B4_Tacs13)+(B4_Tcos11)+(B4_Tacc8)+(B4_Tcoh6)+(B4_Tah4)+(B4_Tacp2) +(B4_PMC))

.word

((B5_Tacs13)+(B5_Tcos11)+(B5_Tacc8)+(B5_Tcoh6)+(B5_Tah4)+(B5_Tacp2) +(B5_PMC))

.word ((B6_MT15)+(B6_Trcd2)+(B6_SCAN))

.word ((B7_MT15)+(B7_Trcd2)+(B7_SCAN))

.word ((REFEN23)+(TREFMD22)+(Trp20)+(Trc18)+(Tchr16)+REFCNT)

.word 0x32

.word 0x30

.word 0x30

执行mov pc, lr后将返回到cpu_init_crit中

剩下来还有2条指令

//恢复返回地址到LR

mov lr, ip

//跳转到返回地址

mov pc, lr

执行完毕之后将返回到start_code中执行接下来的代码

代码如下:

//#define GPJCON 0x560000D0

//取得J端口控制寄存器的地址到R0中

LDR R0, = GPJCON

//将R1设置为0x1 5555

LDR R1, = 0x15555

//将R1中的值保存到J端口控制寄存器

//GPJ0 - 01 - Output

//GPJ1 - 01 - Output

//GPJ2 - 01 - Output

//GPJ3 - 01 - Output

//GPJ4 - 01 - Output

STR R1, [R0]

//#define GPJUP 0x560000D8

//取得J端口上拉功能寄存器的地址到R0中

LDR R0, = GPJUP

//将R1设置为0x1F

LDR R1, = 0x1f

//将R1中的值保存到J端口上拉功能寄存器

//禁止GPJ0 - GPJ4的上拉功能

STR R1, [R0]

//#define GPJDAT 0x560000D4

//取得J端口数据寄存器的地址到R0中

LDR R0, = GPJDAT

//将R1设为0x0

LDR R1, = 0x00

//将R1中的值保存到J端口数据寄存器

//将J端口数据寄存器清0

STR R1, [R0]

//下面是NAND数据拷贝过程

//relocate:

copy_myself:

//#define S3C2440_NAND_BASE 0x4E000000

//取得Nand Flash设置寄存器的地址

mov r1, #S3C2440_NAND_BASE

//将R2设为0xFFF0

ldr r2, =0xfff0 // initial value tacls=3,rph0=7,rph1=7 //#define oNFCONF 0x00

//读取Nand Flash设置寄存器中的值到R3中

ldr r3, [r1, #oNFCONF]

//将R3或上R2后保存到R3中

orr r3, r3, r2

//将R3中的值保存到Nand Flash设置寄存器中

//TWRPH0 - 111 - Duration = HCLK * (TWRPH0 + 1) //TACLS - 11 - Duration = HCLK * TACLS

str r3, [r1, #oNFCONF]

//#define oNFCONT 0x04

//读取Nand Flash控制寄存器中的值到R3中

ldr r3, [r1, #oNFCONT]

//将R3的[0]位置1

orr r3, r3, #1 // enable nand controller

//将R3中的值保存到Nand Flash控制寄存器中

//Mode - 1:Nand Flash Controller Enable

str r3, [r1, #oNFCONT]

//读取虚拟起始地址到R0中

ldr r0, _TEXT_BASE /* upper 128 KiB: relocated uboot */

//预留malloc所需要的空间

sub r0, r0, #CFG_MALLOC_LEN /* malloc area */

//预留bdinfo所需要的空间

sub r0, r0, #CFG_GBL_DATA_SIZE /* bdinfo */

//预留中断和快速中断向量表空间

sub r0, r0, #(CONFIG_STACKSIZE_IRQ+CONFIG_STACKSIZE_FIQ)

//预留12字节给中断栈

sub sp, r0, #12 /* leave 3 words for abort-stack */

// copy u-boot to RAM

//读取虚拟起始地址到R0中,作为目标地址

ldr r0, _TEXT_BASE

//将R1设为0,作为源地址

mov r1, #0x0

//将UBOOT大小的值保存在R2中,作为数据大小

mov r2, #CFG_UBOOT_SIZE

//跳转到nand_read_ll处执行

//并将下一条指令的地址保存在LR中

bl nand_read_ll

nand_read_ll的原型为

int nand_read_ll(unsigned char *buf, unsigned long start_addr, int size) 之前设置的R0 R1 R2为它的3个参数

R0 - buf

R1 - start_addr

R2 - size

nand_read_ll的代码在cpu/arm920t/s3c24x0/nand_read.c中

int nand_read_ll(unsigned char *buf, unsigned long start_addr, int size) {

int i, j;

//检测源地址和大小是否在NandFlash的边界上

if ((start_addr & NAND_BLOCK_MASK) || (size & NAND_BLOCK_MASK)) //不在边界上则返回-1表示出错

return -1; /* invalid alignment */

/* chip Enable */

// #define nand_select() (NFCONT &= ~(1

//置NAND Flash控制寄存器中除Reg_nCE外所有的位为1

//Reg_nCE - NAND FLASH Memory nFCE signal control

//0 - Force nFCE to low (Enable chip select)

nand_select();

// #define nand_clear_RnB() (NFSTAT |= (1

//置NAND Flash操作状态寄存器中的RnB_TransDetect位为1

//When RnB low to high transition is occurred, this value set and issue interrupt if enabled.

//To clear this value write '1'

//1: RnB transition is detected

nand_clear_RnB();

for (i=0; i10; i++);

//从源地址的首地址开始历便所要拷贝的数据大小

for (i=start_addr; i (start_addr + size);)

{

//检测地址是否在NAND Flash的边界上

if (start_addr % NAND_BLOCK_SIZE == 0)

{

//检测是否为坏块

if (is_bad_block(i))

{

/* Bad block */

//向后延伸一个存储块

i += NAND_BLOCK_SIZE;

size += NAND_BLOCK_SIZE;

//跳到下一块

continue;

}

}

j = nand_read_page_ll(buf, i);

//指向下一块

i += j;

buf += j;

// LED_FLASH();

}

/* chip Disable */

// #define nand_deselect() (NFCONT |= (1

//置Reg_nCE位为1

//NAND Flash Memory nFCE signal control

//1: Force nFCE to High(Disable chip select)

nand_deselect();

return 0;

}

nand_read_ll将Uboot从NAND中拷贝到RAM中

拷贝完成后将返回到start_code

接下来的代码如下:

//检测R0是否为0,R0为nand_read_ll的返回值

tst r0, #0x0

//为0则说明无错,跳转到ok_nand_read处执行

beq ok_nand_read

ok_nand_read:

//将R0设为0

mov r0, #0

//ldr r1, =0x33f00000

//将R1设为虚拟地址起始处

ldr r1, _TEXT_BASE

//检测0x400个字节

mov r2, #0x400 // 4 bytes * 1024 = 4K-bytes

go_next:

//读取R0处地址的数据到R3中

//然后R0自加4字节

ldr r3, [r0], #4

//读取R1处地址的数据到R4中

//然后R1自加4字节

ldr r4, [r1], #4

//比较R3和R4的数据是否相等

//也就是检测Boot Internal SRAM和RAM中的数据是否相等//以保证数据无错

teq r3, r4

//不等则跳转到notmatch

bne notmatch

//相等则R2自减4

subs r2, r2, #4

//当R2为0则跳转到done_nand_read

beq done_nand_read

//R2不为0则跳转回go_next继续检测

bne go_next

done_nand_read:

LDR R0, = GPJDAT

LDR R1, = 0x2

STR R1, [R0]

stack_setup:

//读取虚拟起始地址到R0中

ldr r0, _TEXT_BASE /* upper 128 KiB: relocated uboot */ //预留malloc所需要的空间

sub r0, r0, #CFG_MALLOC_LEN /* malloc area */

//预留bdinfo所需要的空间

sub r0, r0, #CFG_GBL_DATA_SIZE /* bdinfo */

//预留中断和快速中断向量表空间

sub r0, r0, #(CONFIG_STACKSIZE_IRQ+CONFIG_STACKSIZE_FIQ)

//预留12字节给中断栈

sub sp, r0, #12 /* leave 3 words for abort-stack */

clear_bss:

//读取BSS段的起始地址

ldr r0, _bss_start /* find start of bss segment */

//读取BSS段的结束地址

ldr r1, _bss_end /* stop here */

//将R2设为0x0

mov r2, #0x00000000 /* clear */

clbss_l:

//将R2中的值保存在R0所指的地址

str r2, [r0] /* clear loop... */

//R0自加4字节

add r0, r0, #4

//比较R0和R1是否相等

cmp r0, r1

//不等则说明清0还没结束

ble clbss_l

LDR R0, = GPJDAT

LDR R1, = 0x1

STR R1, [R0]

//跳转到start_armboot处执行

ldr pc, _start_armboot

_start_armboot: .word start_armboot

这里start_armboot是一个绝对地址,在朗成所修改的这个Uboot中为0x33F8 13F4 执行ldr pc, _start_armboot之后将会跳到RAM中的绝对地址继续执行

整理了一个流程图,分为3个存储器:

1 Boot Internal SRAM , 接在BANK0,起始地址为0x0

2 RAM , 接在BANK6,起始地址为0x3000 0000

3 NAND FLASH,为单独寻址

流程如下图:

红字为流程序号:

1. 首先将NAND FLASH中的前0x1000字节内容拷贝到Boot Internal SRAM中

2. 从Boot Internal SRAM的0x0地址处开始执行指令

3. 将Uboot从Flash拷贝到RAM中

4. 执行ldr pc, _start_armboot

从Boot Internal SRAM中跳转到RAM中的绝对地址0x33F8 13F4处继续执行