U-boot在S3C2440上的移植詳解（三）---支持NAND FLASH啓動

時間  2019-11-09
標籤 boot s3c2440 移植 詳解 支持 nand flash 啓動 欄目 C&C++ 简体版
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5）準備進入u-boot的第二階段（在u-boot中添加對咱們開發板上Nand Flash的支持）。
目前u-boot中尚未對2440上Nand Flash的支持，也就是說要想u-boot從Nand Flash上啓動得本身去實現了。java

首先，在include/configs/my2440.h頭文件中定義Nand要用到的宏和寄存器，以下：架構

#gedit include/configs/my2440.h  //在文件末尾加入如下Nand Flash相關定義
/*
 * Nand flash register and envionment variables 
 */
#define CONFIG_S3C2440_NAND_BOOT  1

#define NAND_CTL_BASE  0x4E000000  //Nand Flash配置寄存器基地址，查2440手冊可得知

#define STACK_BASE  0x33F00000     //定義堆棧的地址
#define STACK_SIZE  0x8000         //堆棧的長度大小

#define oNFCONF  0x00 //相對Nand配置寄存器基地址的偏移量，仍是配置寄存器的基地址
#define oNFCONT  0x04 //相對Nand配置寄存器基地址的偏移量，可獲得控制寄存器的基地址(0x4E000004)
#define oNFADDR  0x0c //相對Nand配置寄存器基地址的偏移量，可獲得地址寄存器的基地址(0x4E00000c)
#define oNFDATA  0x10 //相對Nand配置寄存器基地址的偏移量，可獲得數據寄存器的基地址(0x4E000010)
#define oNFCMD   0x08 //相對Nand配置寄存器基地址的偏移量，可獲得指令寄存器的基地址(0x4E000008)
#define oNFSTAT  0x20 //相對Nand配置寄存器基地址的偏移量，可獲得狀態寄存器的基地址(0x4E000020)
#define oNFECC   0x2c //相對Nand配置寄存器基地址的偏移量，可獲得ECC寄存器的基地址(0x4E00002c)

其次，修改cpu/arm920t/start.S這個文件，使u-boot從Nand Flash啓動，在上一節中提過，u-boot默認是從Nor Flash啓動的。修改部分以下：ide

#gedit cpu/arm920t/start.S
//注意：在上一篇Nor Flash啓動中，咱們爲了把u-boot用supervivi下載到內存中運行而屏蔽掉這段有關CPU初始化的代碼。而如今咱們要把u-boot下載到Nand Flash中，從Nand Flash啓動，因此如今要恢復這段代碼。
#ifndef CONFIG_SKIP_LOWLEVEL_INIT 
    bl cpu_init_crit
#endif
 
#if 0 //屏蔽掉u-boot中的從Nor Flash啓動部分
#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從Nand Flash啓動
#ifdef CONFIG_S3C2440_NAND_BOOT
    mov r1, #NAND_CTL_BASE   //復位Nand Flash
    ldr r2, =( (7<<12)|(7<<8)|(7<<4)|(0<<0) )
    str r2, [r1, #oNFCONF]   //設置配置寄存器的初始值，參考s3c2440手冊
    ldr r2, [r1, #oNFCONF]
    ldr r2, =( (1<<4)|(0<<1)|(1<<0) )
    str r2, [r1, #oNFCONT]   //設置控制寄存器
    ldr r2, [r1, #oNFCONT]
    ldr r2, =(0x6)           //RnB Clear
    str r2, [r1, #oNFSTAT]
    ldr r2, [r1, #oNFSTAT]
    mov r2, #0xff            //復位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]   //等待就緒
    tst r2, #0x4
    beq nand2
    ldr r2, [r1, #oNFCONT]
    orr r2, r2, #0x2         //取消片選
    str r2, [r1, #oNFCONT]
    //get read to call C functions (for nand_read())
    ldr sp, DW_STACK_START   //爲C代碼準備堆棧,DW_STACK_START定義在下面 
    mov fp, #0               
    //copy U-Boot to RAM
    ldr r0, =TEXT_BASE//傳遞給C代碼的第一個參數：u-boot在RAM中的起始地址
    mov r1, #0x0      //傳遞給C代碼的第二個參數：Nand Flash的起始地址
    mov r2, #0x30000  //傳遞給C代碼的第三個參數：u-boot的長度大小(128k)
    bl nand_read_ll   //此處調用C代碼中讀Nand的函數，如今尚未要本身編寫實現
    tst r0, #0x0
    beq ok_nand_read
bad_nand_read:
    loop2: b loop2    //infinite loop
ok_nand_read:
    //檢查搬移後的數據，若是前4k徹底相同，表示搬移成功
    mov r0, #0
    ldr r1, =TEXT_BASE
    mov r2, #0x400           //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
 
_start_armboot: .word start_armboot //在這一句的下面加上DW_STACK_START的定義
.align 2
DW_STACK_START: .word STACK_BASE+STACK_SIZE-4

再次，在board/samsung/my2440/目錄下新建一個nand_read.c文件，在該文件中來實現上面彙編中要調用的nand_read_ll函數，代碼以下：函數

而後，在board/samsung/my2440/Makefile中添加nand_read.c的編譯選項，使他編譯到u-boot中，以下oop

COBJS    := my2440.o flash.o nand_read.o

還有一個重要的地方要修改，在cpu/arm920t/u-boot.lds中，這個u-boot啓動鏈接腳本文件決定了u-boot運行的入口地址，以及各個段的存儲位置，這也是連接定位的做用。添加下面兩行代碼的主要目的是防止編譯器把咱們本身添加的用於nandboot的子函數放到4K以後，不然是沒法啓動的。以下：spa

.text :
{
    cpu/arm920t/start.o    (.text)
    board/samsung/my2440/lowlevel_init.o (.text)
    board/samsung/my2440/nand_read.o (.text)
    *(.text)
}

最後編譯u-boot，生成u-boot.bin文件。而後先將mini2440開發板調到Nor啓動檔，利用supervivi的a命令將u-boot.bin下載到開發板的Nand Flash中，再把開發板調到Nand啓動檔，打開電源就從Nand Flash啓動了，啓動結果圖以下：debug

從上面的運行圖看，顯然如今的Nand還不能作任何事情，並且也沒有顯示有關Nand的任何信息，因此只能說明上面的這些步驟只是完成了Nand移植的Stage1部分。下面咱們來添加咱們開發板上的Nand Flash(k9f2g08u0c)的Stage2部分的有關操做支持。code

6）如今進入u-boot的第二階段（添加Nand Flash(K9F1208U0C)的有關操做支持）。
在上一節中咱們說過，一般在嵌入式bootloader中，有兩種方式來引導啓動內核：從Nor Flash啓動和從Nand Flash啓動，但不論是從Nor啓動或者從Nand啓動，進入第二階段之後，二者的執行流程是相同的。orm

當u-boot的start.S運行到「_start_armboot: .word start_armboot」時，就會調用lib_arm/board.c中的start_armboot函數，至此u-boot正式進入第二階段。此時注意：之前較早的u-boot版本進入第二階段後，對Nand Flash的支持有新舊兩套代碼，新代碼在drivers/nand目錄下，舊代碼在drivers/nand_legacy目錄下，CFG_NAND_LEGACY宏決定了使用哪套代碼，若是定義了該宏就使用舊代碼，不然使用新代碼。可是如今的u-boot-2009.08版本對Nand的初始化、讀寫實現是基於最近的Linux內核的MTD架構，刪除了之前傳統的執行方法，使移植沒有之前那樣複雜了，實現Nand的操做和基本命令都直接在drivers/mtd/nand目錄下(在doc/README.nand中講得很清楚)。下面咱們結合代碼來分析一下u-boot在第二階段的執行流程： 
ip

 

由於2440和2410對nand控制器的操做有很大的不一樣，因此s3c2410_nand.c下對nand操做的函數就是咱們作移植須要實現的部分了，他與具體的Nand Flash硬件密切相關。爲了區別與2410，這裏咱們就從新創建一個s3c2440_nand.c文件，在這裏面來實現對nand的操做，代碼以下：


最後，從新編譯u-boot並使用supervivi的a命令下載到Nand Flash中，把開發板調到Nand檔從Nand啓動，啓動結果圖以下：


從上圖能夠看出，如今u-boot已經對咱們開發板上64M的Nand Flash徹底支持了。Nand相關的基本命令也均可以正常使用了。

補充內容：

從以上的啓動信息看，有一個警告信息「*** Warning - bad CRC or NAND, using default environment」，咱們知道，這是由於咱們尚未將u-boot的環境變量保存nand中的緣故，那如今咱們就用u-boot的saveenv命令來保存環境變量，以下：


從上圖能夠看到保存環境變量並無成功，並且從信息看他將把環境變量保存到Flash中，顯然這不正確，咱們是要保存到Nand中。原來，u-boot在默認的狀況下把環境變量都是保存到Nor Flash中的，因此咱們要修改代碼，讓他保存到Nand中，以下：

注：下面my2440.h中CONFIG_ENV_OFFSET的定義：要根據本身的NAND FLASH具體狀況定義，基本原則是：u-boot所在塊的下一塊的起始地址，緣由是：當u-boot保存環境變量時，會先從該地址擦除數據，而NAND FLASH是按塊擦除數據的，若是此地址不是塊的開始地址，就不會擦除成功，本人的k9f2g08u0c，一塊的容量是128 * 1024bytes,而u-boot的大小是：170k byte，因此算下，u-boot佔了兩個塊，因此環境變量只能放在第 3 塊中了，第3塊的起始地址能夠這樣算：128 * 1024 * （n-1）,因此個人地址是：128 * 1024 * （3-1） = 262144，結果是：0x40000.

#gedit include/configs/my2440.h
//註釋掉環境變量保存到Flash的宏(注意：若是你要使用上一篇中的從Nor啓動的saveenv命令，則要恢復這些Flash宏定義)
//#define CONFIG_ENV_IS_IN_FLASH 1
//#define CONFIG_ENV_SIZE      0x10000 /* Total Size of Environment Sector */
 
//添加環境變量保存到Nand的宏(注意：若是你要使用上一篇中的從Nor啓動的saveenv命令，則不要這些Nand宏定義)
#define CONFIG_ENV_IS_IN_NAND  1
#define CONFIG_ENV_OFFSET      0x30000 //將環境變量保存到nand中的0x30000位置
#define CONFIG_ENV_SIZE        0x10000 /* Total Size of Environment Sector */

從新編譯u-boot，下載到nand中，啓動開發板再來保存環境變量，以下：

能夠看到，如今成功保存到Nand中了，爲了驗證，咱們從新啓動開發板，那條警告信息如今沒有了。

#gedit drivers/mtd/nand/s3c2440_nand.c   //新建s3c2440_nand.c文件
#include <common.h>
#if 0
#define DEBUGN    printf
#else
#define DEBUGN(x, args ...) {}
#endif
#include <nand.h>
#include <s3c2410.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)  //偏移後仍是獲得配置寄存器基地址
#define NFCONT   __REGi(NF_BASE + 0x4)  //偏移後獲得Nand控制寄存器基地址
#define NFCMD    __REGb(NF_BASE + 0x8)  //偏移後獲得Nand指令寄存器基地址
#define NFADDR   __REGb(NF_BASE + 0xc)  //偏移後獲得Nand地址寄存器基地址
#define NFDATA   __REGb(NF_BASE + 0x10) //偏移後獲得Nand數據寄存器基地址
#define NFMECCD0 __REGi(NF_BASE + 0x14) //偏移後獲得Nand主數據區域ECC0寄存器基地址
#define NFMECCD1 __REGi(NF_BASE + 0x18) //偏移後獲得Nand主數據區域ECC1寄存器基地址
#define NFSECCD  __REGi(NF_BASE + 0x1C) //偏移後獲得Nand空閒區域ECC寄存器基地址
#define NFSTAT   __REGb(NF_BASE + 0x20) //偏移後獲得Nand狀態寄存器基地址
#define NFSTAT0  __REGi(NF_BASE + 0x24) //偏移後獲得Nand ECC0狀態寄存器基地址
#define NFSTAT1  __REGi(NF_BASE + 0x28) //偏移後獲得Nand ECC1狀態寄存器基地址
#define NFMECC0  __REGi(NF_BASE + 0x2C) //偏移後獲得Nand主數據區域ECC0狀態寄存器基地址
#define NFMECC1  __REGi(NF_BASE + 0x30) //偏移後獲得Nand主數據區域ECC1狀態寄存器基地址
#define NFSECC   __REGi(NF_BASE + 0x34) //偏移後獲得Nand空閒區域ECC狀態寄存器基地址
#define NFSBLK   __REGi(NF_BASE + 0x38) //偏移後獲得Nand塊開始地址
#define NFEBLK   __REGi(NF_BASE + 0x3c) //偏移後獲得Nand塊結束地址
 
#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))                //要寫的是地址
            IO_ADDR_W |= S3C2440_ADDR_NALE;
        if (!(ctrl & NAND_ALE))                //要寫的是命令
            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;
    S3C24X0_CLOCK_POWER * const clk_power = S3C24X0_GetBase_CLOCK_POWER();
 
    DEBUGN("board_nand_init()\n");
 
    clk_power->CLKCON |= (1 << 4);
 
    twrph0 = 4; twrph1 = 2; tacls = 0;
 
    cfg = (tacls<<12)|(twrph0<<8)|(twrph1<<4);
    NFCONF = cfg;
 
    cfg = (1<<6)|(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;
 
    return 0;
}

其次，在開發板配置文件include/configs/my2440.h文件中定義支持Nand操做的相關宏，以下：

#gedit include/configs/my2440.h
/* Command line configuration. */
#define CONFIG_CMD_NAND
#define CONFIG_CMDLINE_EDITING
#ifdef CONFIG_CMDLINE_EDITING
#undef CONFIG_AUTO_COMPLETE
#else
#define CONFIG_AUTO_COMPLETE
#endif
 
/* NAND flash settings */
#if defined(CONFIG_CMD_NAND)
#define CONFIG_SYS_NAND_BASE            0x4E000000 //Nand配置寄存器基地址
#define CONFIG_SYS_MAX_NAND_DEVICE      1 
#define CONFIG_MTD_NAND_VERIFY_WRITE    1 
//#define NAND_SAMSUNG_LP_OPTIONS       1  //注意：咱們這裏是64M的Nand Flash，因此不用，若是是128M的大塊Nand Flash，則需加上
#endif

而後，在drivers/mtd/nand/Makefile文件中添加s3c2440_nand.c的編譯項，以下：

# gedit drivers/mtd/nand/Makefile
COBJS-y += s3c2440_nand.o
COBJS-$(CONFIG_NAND_S3C2440) += s3c2440_nand.o

1.lib_arm/board.c文件中的start_armboot函數調用了drivers/mtd/nand/nand.c文件中的nand_init函數，以下：
  #if defined(CONFIG_CMD_NAND) //能夠看到CONFIG_CMD_NAND宏決定了Nand的初始化
      puts ("NAND: ");
      nand_init();
  #endif

2.nand_init調用了同文件下的nand_init_chip函數；
3.nand_init_chip函數調用drivers/mtd/nand/s3c2410_nand.c文件下的board_nand_init函數，而後再調用drivers/mtd/nand/nand_base.c函數中的nand_scan函數；
4.nand_scan函數調用了同文件下的nand_scan_ident函數等。

#gedit board/samsung/my2440/nand_read.c  //新建一個nand_read.c文件，記得保存
#include <config.h>

#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 )  //經過偏移量仍是獲得配置寄存器基地址
#define NFCONT __REGi(NF_BASE + 0x4 )  //經過偏移量獲得控制寄存器基地址
#define NFCMD  __REGb(NF_BASE + 0x8 )  //經過偏移量獲得指令寄存器基地址
#define NFADDR __REGb(NF_BASE + 0xC )  //經過偏移量獲得地址寄存器基地址
#define NFDATA __REGb(NF_BASE + 0x10)  //經過偏移量獲得數據寄存器基地址
#define NFSTAT __REGb(NF_BASE + 0x20)  //經過偏移量獲得狀態寄存器基地址

#define NAND_CHIP_ENABLE  (NFCONT &= ~(1<<1))  //Nand片選使能
#define NAND_CHIP_DISABLE (NFCONT |= (1<<1))   //取消Nand片選
#define NAND_CLEAR_RB     (NFSTAT |= (1<<2))
#define NAND_DETECT_RB    { while(! (NFSTAT&(1<<2)) );}

#define NAND_SECTOR_SIZE 2048
#define NAND_BLOCK_MASK (NAND_SECTOR_SIZE - 1)
#define U32 unsigned long

/* low level nand read function */
int nand_read_ll(unsigned char *buf, unsigned long start_addr, int size)
{
    int i, j;
    U32 sector;

    if ((start_addr & NAND_BLOCK_MASK) || (size & NAND_BLOCK_MASK)) 
    {
        return -1; //地址或長度不對齊
    }

    for(i=start_addr; i < (start_addr + size);) 
    {	
	sector = i >> 11;
	NAND_CHIP_ENABLE; //選中Nand片選
        //發出READ0指令
        NAND_CLEAR_RB;
        NFCMD = 0x00;

        //對Nand進行尋址
        NFADDR = 0x00;
        NFADDR = 0x00;
        NFADDR = sector & 0xFF;
        NFADDR = (sector >> 8) & 0xFF;
        NFADDR = (sector >> 16) & 0xFF;

        NFCMD = 0x30;
        NAND_DETECT_RB;

        for(j=0; j < NAND_SECTOR_SIZE; j++, i++) 
        {
            *buf = (NFDATA & 0xFF);
            buf++;
        }

	NAND_CHIP_DISABLE; //取消片選信號
    }

    return 0;
}

注：nand_read.c，不一樣的NAND FLASH會有所不一樣，個人代碼是針對：k9f2g08u0c進行寫的，區別有二：1、sector(頁)的大小，須要調整，即NAND_SECTOR_SIZE，本人這裏爲：2048,即頁面大小爲2K；2、讀取數據命令的輸入，本人這是：先輸入命令：0x00,而後輸入地址，而後再輸入命令：0x30，請根據本身的不一樣狀況，進行修改。


OK，搞定了。

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