從零開始構建bootloader（基於韋東山JZ2440V3開發板）
從零開始構建bootloader
項目步驟：html
第一階段：node
一、關看門狗；linux
二、時鐘初始化；c++
三、內存初始化；緩存
四、NandFlash初始化；架構
五、代碼重定位（將flash中的代碼複製到指定的內存地址處，也即代碼段連接地址）；異步
六、跳轉到main函數；async
第二階段：ide
七、寫main函數，在函數中設置要傳給內核的參數；svg
八、跳轉到內核入口，啓動內核
九、製做連接腳本
第三階段：
十、編寫Makefile文件；
十一、編譯、下載、運行
一、編寫start.S文件，初始化片上硬件
本文件須要完成的目標：
1.關看門狗
2.設置時鐘
3.開啓指令緩存，初始化SDRAM
4.重定位(把bootloader自己的代碼從flash複製到它的連接地址(c函數編寫),而後清空bss段(c函數編寫))
5.跳轉到main函數。
#define CLKDIVN 0X4C000014 /*設置FCLK:HCLK:PCLK的比例*/
#define MPLLCON 0x4C000004 /*設置FCLK頻率*/
#define S3C2440_MPLL_200MHZ ((0x5c<<12)|(0x01<<4)|(0x02))
#define S3C2440_MPLL_400MHZ ((0x5c<<12)|(0x01<<4)|(0x01))
#define WTCON 0x53000000 /*看門狗寄存器*/
#define BWSCON 0X48000000 /*BANK寄存器*/
.text /*設置代碼段*/
.global _start /*定義全局變量，要被連接腳本用到*/
_start: /*_start跳轉到這裏實現硬件初始化*/
/* 1.關看門狗*/
ldr r0, =WTCON
mov r1, #0
str r1, [r0]
/* 2.設置時鐘（必須設爲異步總線模式） */
ldr r0, =CLKDIVN
mov r1, #5 /* FCLK:HCLK:PCLK=1:4:8 */
str r1, [r0]
mrc p15, 0, r1, c1, c0, 0 /*設置爲asynchronous bus mode*/
orr r1, r1, #0xc0000000
mcr p15, 0, r1, c1, c0, 0
ldr r0, =MPLLCON /* 設置時鐘頻率FCLK爲400MHZ */
ldr r1, =S3C2440_MPLL_400MHZ
str r1, [r0]
/* 3.使能ICache，加快指令訪問速度；由於目前沒有開啓MMU，因此還不能開啓數據緩存DCache */
mrc p15, 0, r0, c1, c0, 0 /* read control reg */
orr r0, r0, #(1<<12)
mcr p15, 0, r0, c1, c0, 0 /* write it back */
/* 4.初始化SDRAM */
ldr r0, =BWSCON
adr r1, sdram_config /* 使用adr跳轉，由於SDRAM未初始化 */
add r3, r0, #(13*4)
1:
ldr r2, [r1], #4
str r2, [r0], #4
cmp r0, r3
bne 1b /*back to 1 when no equal*/
/* 4.重定位 */
ldr sp, =0x34000000 /*由於SDRAM大小爲64MB，因此堆棧指針設在最高地址處*/
bl nand_init
mov r0, #0 /* src = r0 */
ldr r1, =_start /* dest = r1,_start爲代碼段的起始和連接地址0x30000000 */
ldr r2, =__bss_start
sub r2, r2, r1 /* len = r2,代碼段長度*/
bl copy_code_to_sdram /* 調用C函數copy_code_to_sdram(src, dest, len)*/
bl clear_bss /* 清除bss段*/
/* 5.執行main */
ldr lr, =halt
ldr pc, =main
mov pc，lr /* 若main函數跳出後,使PC等於lr連接寄存器，避免程序跑飛 */
halt:
b halt /* 死循環,避免跑飛 */
sdram_config:
.long 0x22011110 //BWSCON
.long 0x00000700 //BANKCON0
.long 0x00000700 //BANKCON1
.long 0x00000700 //BANKCON2
.long 0x00000700 //BANKCON3
.long 0x00000700 //BANKCON4
.long 0x00000700 //BANKCON5
.long 0x00018005 //BANKCON6
.long 0x00018005 //BANKCON7
.long 0x008C04F4 // REFRESH
.long 0x000000B1 //BANKSIZE
.long 0x00000030 //MRSRB6
.long 0x00000030 //MRSRB7
-
關於時鐘頻率的設置解釋：
- 將CPU頻率設爲最大值400MHZ(內核啓動時間7S變爲6S,由於HCLK和PCLK頻率沒有改變)
而後分頻係數FCLK:HCLK:PCLK須要設置爲1:4:8。 - 由於HCLK最高133MHZ,這裏須要設置爲100MHZ，PCLK最高50MHZ，因此這裏須要設置爲50HZ，因此得出 CLKDIVN寄存器須要等於0X5便可。
- 具體爲何等於0x5，能夠參考下圖：
- 將CPU頻率設爲最大值400MHZ(內核啓動時間7S變爲6S,由於HCLK和PCLK頻率沒有改變)
經過查看數據手冊，得知當FCLK取400MHZ時,設置MDIV爲0X5C，PDIV爲0x1,SDIV爲0x1。
-
關於Cache的設置解釋：
-
經過高速緩存存儲器能夠加快對內存的數據訪問,在CAHE中有ICAHE（指令緩存）和DCAHE（數據緩存）：
ICAHE: 指令緩存,用來存放執行這些數據的指令；
DCAHE: 用來存放數據,須要開啓MMU才能開啓DCAHE。
在沒開啓ICAHE以前,CPU讀取SDRAM地址數據時,每次都須要先訪問一次地址值,在讀數據.
當開了ICAHE後,第一次讀取SDRAM地址數據時,ICAHE發現緩存裏沒有這個地址數據,而後將SDRAM中須要讀取的那部分一大塊內存數據都複製在緩存中,後面陸續讀取數據就不會再訪問SDRAM了,直到CPU沒有找到地址數據後ICAHE再從SDRAM中從新複製 -
經過CP15協處理器來開啓ICAHE：ICAHE控制位在CP15的寄存器C1中位12(以下圖), 而後經過MRS和MSR向該位12置1,開啓ICAHE.因此代碼以下(放在SDRAM初始化以前):
-
mrc p15, 0, r0, c1, c0, 0 //將 CP15 的寄存器 C1 的值讀到 r0 中 orr r0, r0, #(1<<12) //將r0中位12置1 mcr p15,0, r0,c1,c0,0 //開啓ICAHE
-
二、編寫init.c，用於重定位,bss段清除,初始化NandFlash
（1）編寫nand_init()函數
準備知識：
我使用的NandFlash型號爲K9F2G08U0M，經過查閱芯片手冊獲知該flash大小=2048塊Block=128KPages=256MB=2Gb 。且其構成爲：
1個設備=2048（Block）
1塊Block=64（Pages）
1頁=(2K+64)（Byte） 由於每一個地址裏都存放了一個字節,因此用Byte表示，其中64B是存放ECC的OOB地址,(ECC:存放判斷位反轉的校驗碼)
- 寫過程：
- 寫頁
- 生成校驗碼ECC
- 寫校驗碼到OOB頁中
- 讀過程：
- 讀出頁數據，並計算當前數據的ECC
- 讀出存在OOB頁裏的原始ECC
- 比較兩個校驗碼，相同則讀成功，不一樣則出現了位反轉，需從新讀取。
肯定通訊時序：
- 經過圖2和圖1能夠看出:
tCS：等待芯片使能CE的時間, tCS=20nS
tCLS和tALS：等待WE（寫信號）結束的時間, tCLS=tALS=15nS
tWP：WE（寫信號）維持時間, tWP=15nS
tALH：等待命令寫入成功的時間, tALH=5nS
tCLH：等待地址寫入成功的時間, tCLH=5nS
- 經過查看2440芯片手冊，nandflash時序圖,須要設置TACLS，TWRPH0和TWRPH1
TACLS：屬於等待WE(寫信號)就緒的時間,對比圖2得出TACLS= tCLS- tWP=0nS
TWRPH0：屬於WE(寫信號)的時間, 對比圖2得出TWRPH0= tWP=15nS
TWRPH1：屬於等待命令寫入成功的時間,對比圖2得出TWRPH1=tALH=tCLH=5nS
- 在NFCONF寄存器中設置這三個參數
TACLS[13:12] ：表示Duration(持續時間)=HCLK*TACLS,因爲Duration=0nS，因此TACLS=0
TWRPH0 [10:8] ：表示Duration(持續時間)=HCLK*( TWRPH0+1),因爲Duration=15nS，HCLK=10nS(100Mhz),因此TWRPH0 =1.
TWRPH1 [6:4] ：表示Duration(持續時間)= HCLK*( TWRPH1 +1),因爲Duration=5nS，HCLK=10nS(100Mhz),因此TWRPH1 =0
- 代碼以下：
/* nand flash 時序 */#define TACLS 0
#define TWRPH0 1
#define TWRPH1 0
/* nand flash 寄存器 */
#define NFCONF *((volatile unsigend long *)0X4E000000); //配置寄存器(用來設置時序)
#define NFCONT *((volatile unsigend long *)0X4E000000); //控制寄存器(用來使能nandflash控制器以及ECC編碼器,還有控制芯片使能CE腳)
#define NFCMMD *((volatile unsigend char *)0X4E000000);//發送命令寄存器(命令只有8位)
#define NFADDR *((volatile unsigend char *)0X4E000000);//發送地址寄存器(地址只有8位)
#define NFDATA *((volatile unsigend int *)0X4E000000);//讀/寫數據寄存器(數據只有8位)
#define NFSTAT *((volatile unsigend int *)0X4E000000);//運行狀態寄存器(用於判斷RnB腳)
/*由於Nand Flash只有8位I/O腳，因此NFCMMD/ NFADDR/ NFDATA三個寄存器值都是unsigend char型 */
void nand_init(void)
{
/* 設置時序 */
NFCONF = (TACLS<<12)|(TWRPH0<<8)|(TWRPH1<<4);
/* bit4=1:初始化ECC, bit1=1:禁止片選 bit0=1:啓動nandflash控制器*/
NFCONT = (1<<4)|(1<<1)|(1<<0);
}
（2）編寫nand_read()函數
在實現nand_read()函數前，還須要實現如下幾個子函數：nand_select()、nand_deselect()、nand_cmd()、nand_waite_idle()、nand_read_data();
- 1. 片選使能函數(在讀寫FLASH以前都要選中片選)
void nand_select(void) //使能片選
{
int i;
NFCONT&=~(1<<1); // NFCONT控制器位1置0
for(i=0;i<10;i++); //等待芯片使能成功
}
- 2. 取消片選函數(在退出讀寫FLASH時要取消片選)
void nand_deselect(void) //取消片選
{
int i;
NFCONT&=~(1<<1); // NFCONT控制器位1置0
for(i=0;i<10;i++); //等待芯片使能成功
}
- 3. nand寫命令
void nand_cmd(unsigned char cmd)
{
volatile int i;
NFCMMD = cmd;
for (i = 0; i < 10; i++);
}
- 4. 判斷RnB狀態函數(在寫入全部命令後都要判斷RnB腳是否爲高電平就緒)
void nand_wait_ready(void)
{
while (!(NFSTAT & 1));
}
- 5. 讀數據命令
unsigned char nand_data(void)
{
return NFDATA;
}
- 6. 寫地址命令
首先Nand Flash引腳只有8位,然而地址共有2048(塊)64(頁)2KB,爲了讀出多個地址,以下圖,因此須要分5個週期來實現發送地址:
如上圖,其中 A10\~A0對應頁大小(列),因爲nandflash每頁2048B，因此只用到A10~A0;
A28~A11對應頁目錄(行),表示共有2048塊*64(每塊有64頁)個目錄
例如，4097 地址就是：
A10~A0=4097%2048= 1(A0=1，其他爲0)
A28~A11=4097/2048=2（A13=1，其他爲0）
void nand_addr(unsigned int addr)
{
unsigned int col = addr % 2048;
unsigned int page = addr / 2048;
volatile int i;
NFADDR = col & 0xff; /* A7~A0,第1週期 */
for (i = 0; i < 10; i++);
NFADDR = (col >> 8) & 0xff; /* A10~A8,第2週期 */
for (i = 0; i < 10; i++);
NFADDR = page & 0xff; /* A18~A11,第3週期 */
for (i = 0; i < 10; i++);
NFADDR = (page >> 8) & 0xff; /* A26~A19,第4週期 */
for (i = 0; i < 10; i++);
NFADDR = (page >> 16) & 0xff; /* A27~A28,第5週期 */
for (i = 0; i < 10; i++);
}
- 7. nand 讀數據命令
如上圖，例如:當要reset復位nand flash時：
1) 使能片選nand_select();
2) 發送0XFF復位命令nand_cmd(0xFF);
3) 等待RnB狀態是否就緒 nand_wait_idle();
4) 取消片選 nand_deselect();
nand flash 讀數據分爲了如下幾個步驟:
(1) 使能片選CE,將CLE置1,等待發送命令
(2) 將WE置低,將IO置爲0X00,而後拉高WE,觸發一次上升沿,則將把0x00寫入flash中
(3) 將CLE置0,表示發送地址(分爲5個週期)
(4) 發送讀命令0X30
(5) 等待RnB信號爲高電平
(6) 讀數據(在同一頁裏，數據能夠連續讀,讀下一頁時，須要從新發送新的地址才行例如:讀1000地址到2050地址時,
1.發出1000地址,到達頁0的1000地址上,而後再連續讀(2048-1000)次，直到讀到頁0的2047處.
2.再發出2048地址，到達頁1的0地址上,而後連續讀(2051-2048)次,直到讀到2050爲止)
(7) 取消片選nCE
/*
* src:源地址,爲32位地址,因此用unsigend int表示
* dest:目的地址內容,因爲這裏是將數據讀出到目的地址內容中,因此須要用到*指針,
* 由於每一個地址裏存的是一個字節,因此用unsigend char型
*/
void nand_read(unsigned int src,unsigned char *dest,unsigned int len)
{
int col = src % 2048; //第一次讀，可能不是讀的頁首地址,因此須要記錄當前頁的位置
int i=0; //當前讀了0次
nand_select(); //1使能片選nCE
while(i<len)
{
nand_cmd(0X00); //2發送讀命令0X00
nand_addr(src); // 3發送yuan地址(分爲5個週期)
nand_cmd(0X30); //4發送讀命令0X30
nand_wait_idle(); //5等待RnB信號爲高電平
for(;(col<2048)&&(i<len);col++) //連續讀頁內數據
{
dest[i]=nand_read_data(); //6.讀數據
i++;
src++;
}
col=0;
}
nand_deselect(); // 取消片選nCE
}
（3）編寫重定位函數：copy_code_tosdram()
/**************************************************/
/* 重定位函數 */
/**************************************************/
/* 複製代碼段（長度爲len = __bss_start- _start）到SDRAM連接地址dest(0x30000000)處*/
void copy_code_to_sdram(unsigned char* src, unsigned char* dest, unsigned int len)
{
unsigned int i = 0;
/* 判斷nor啓動仍是nand啓動 */
if (isBootFromNorFlash())
{
while (i < len) /*Nor啓動，則直接複製*/
{
dest[i] = src[i];
i++;
}
}
else
{
nand_read((unsigned int)src, dest, len);
}
}
（4）編寫isBootFramNorFlash()函數,來判斷nand啓動仍是nor啓動
/*******************************************************/
/* 判斷是NOR啓動仍是NAND啓動 */
/*******************************************************/
int isBootFromNorFlash(void)
{
volatile int *p = (volatile int *)0;
unsigned int tmp = *p;
*p = 0x12345678; /*向flash寫*/
if (*p == 0x12345678)
{
*p = tmp; /* 若能成功寫入,就是nand flash */
return 0;
}
else
{
return 1; /* 寫不成功,就是NOR flash*/
}
}
（5）編寫clear_bss()函數
/******************************************************/
/* bss段清除函數 */
/******************************************************/
void clear_bss(void)
{
extern int __bss_start, __bss_end;
int *p = &__bss_start;
for (; p < &__bss_end; p++)
*p = 0;
}
三、添加頭文件： setup.h和serial.h
（1）添加串口支持文件
- 將串口uart0初始化文件serial.c添加到當前工程目錄中，並加以修改。
/*************************************************************/
/* 初始化串口，實現終端顯示 */
/*************************************************************/
/* 串口引腳的GPIO設置寄存器 */
#define GPHCON (*(volatile unsigned long *)0x56000070)
#define GPHUP (*(volatile unsigned long *)0x56000078)
/* UART registers*/
#define ULCON0 (*(volatile unsigned long *)0x50000000)
#define UCON0 (*(volatile unsigned long *)0x50000004)
#define UFCON0 (*(volatile unsigned long *)0x50000008)
#define UMCON0 (*(volatile unsigned long *)0x5000000c)
#define UTRSTAT0 (*(volatile unsigned long *)0x50000010)
#define UTXH0 (*(volatile unsigned char *)0x50000020)
#define URXH0 (*(volatile unsigned char *)0x50000024)
#define UBRDIV0 (*(volatile unsigned long *)0x50000028)
/* 串口發送狀態標誌*/
#define TXD0READY (1<<2)
#define PCLK 50000000 // PCLK = 50MHz
#define UART_CLK PCLK // UART0的時鐘=PCLK
#define UART_BAUD_RATE 115200 // 波特率115200
#define UART_BRD ((UART_CLK / (UART_BAUD_RATE * 16)) - 1)
/*
* 初始化UART0
* 115200,8N1,無校驗
*/
void uart0_init(void)
{
GPHCON |= 0xa0; // GPH2,GPH3����TXD0,RXD0
GPHUP = 0x0c; // GPH2,GPH3�ڲ�����
ULCON0 = 0x03; // 8N1(8������λ�����飬1��ֹͣλ)
UCON0 = 0x05; // ��ѯ��ʽ��UARTʱ��ԴΪPCLK
UFCON0 = 0x00; // ��ʹ��FIFO
UMCON0 = 0x00; // ��ʹ������
UBRDIV0 = UART_BRD; // ������Ϊ115200
}
/*
* 輸出單個字符
*/
void putc(unsigned char c)
{
/* 等待串口準備好 */
while (!(UTRSTAT0 & TXD0READY));
/*向串口輸入字符 */
UTXH0 = c;
}
/*
* 輸出字符串
*/
void puts(char *str)
{
int i = 0;
while (str[i])
{
putc(str[i]);
i++;
}
}
/*
* 輸出val的16進制數表示,主要用於調試檢查某內存地址的值是否正確
*/
void puthex(unsigned int val)
{
/* 0x1234abcd */
int i;
int j;
puts("0x");
for (i = 0; i < 8; i++)
{
j = (val >> ((7-i)*4)) & 0xf;
if ((j >= 0) && (j <= 9))
putc('0' + j);
else
putc('A' + j - 0xa);
}
}
（2）添加setup.h頭文件
-
由於TAG結構體定義是存在u-boot-1.1.6/include/asm-arm/setup.h中，因此設置TAG參數須要用到這個文件,將setup.h複製到當前工程目錄下。
-
修改setup.h文件，刪除如下不須要的代碼：
-
#define __tag __attribute__((unused, __section__(".taglist"))) #define __tagtable(tag, fn) \ static struct tagtable __tagtable_##fn __tag = { tag, fn } #define tag_member_present(tag,member) \ ((unsigned long)(&((struct tag *)0L)->member + 1) \ <= (tag)->hdr.size * 4)獲得如下setup.h文件：
#ifndef __ASMARM_SETUP_H
#define __ASMARM_SETUP_H
#define u8 unsigned char
#define u16 unsigned short
#define u32 unsigned long
/*
* Usage:
* - do not go blindly adding fields, add them at the end
* - when adding fields, don't rely on the address until
* a patch from me has been released
* - unused fields should be zero (for future expansion)
* - this structure is relatively short-lived - only
* guaranteed to contain useful data in setup_arch()
*/
#define COMMAND_LINE_SIZE 1024
/* This is the old deprecated way to pass parameters to the kernel */
struct param_struct {
union {
struct {
unsigned long page_size; /* 0 */
unsigned long nr_pages; /* 4 */
unsigned long ramdisk_size; /* 8 */
unsigned long flags; /* 12 */
#define FLAG_READONLY 1
#define FLAG_RDLOAD 4
#define FLAG_RDPROMPT 8
unsigned long rootdev; /* 16 */
unsigned long video_num_cols; /* 20 */
unsigned long video_num_rows; /* 24 */
unsigned long video_x; /* 28 */
unsigned long video_y; /* 32 */
unsigned long memc_control_reg; /* 36 */
unsigned char sounddefault; /* 40 */
unsigned char adfsdrives; /* 41 */
unsigned char bytes_per_char_h; /* 42 */
unsigned char bytes_per_char_v; /* 43 */
unsigned long pages_in_bank[4]; /* 44 */
unsigned long pages_in_vram; /* 60 */
unsigned long initrd_start; /* 64 */
unsigned long initrd_size; /* 68 */
unsigned long rd_start; /* 72 */
unsigned long system_rev; /* 76 */
unsigned long system_serial_low; /* 80 */
unsigned long system_serial_high; /* 84 */
unsigned long mem_fclk_21285; /* 88 */
} s;
char unused[256];
} u1;
union {
char paths[8][128];
struct {
unsigned long magic;
char n[1024 - sizeof(unsigned long)];
} s;
} u2;
char commandline[COMMAND_LINE_SIZE];
};
/*
* The new way of passing information: a list of tagged entries
*/
/* The list ends with an ATAG_NONE node. */
#define ATAG_NONE 0x00000000
struct tag_header {
u32 size;
u32 tag;
};
/* The list must start with an ATAG_CORE node */
#define ATAG_CORE 0x54410001
struct tag_core {
u32 flags; /* bit 0 = read-only */
u32 pagesize;
u32 rootdev;
};
/* it is allowed to have multiple ATAG_MEM nodes */
#define ATAG_MEM 0x54410002
struct tag_mem32 {
u32 size;
u32 start; /* physical start address */
};
/* VGA text type displays */
#define ATAG_VIDEOTEXT 0x54410003
struct tag_videotext {
u8 x;
u8 y;
u16 video_page;
u8 video_mode;
u8 video_cols;
u16 video_ega_bx;
u8 video_lines;
u8 video_isvga;
u16 video_points;
};
/* describes how the ramdisk will be used in kernel */
#define ATAG_RAMDISK 0x54410004
struct tag_ramdisk {
u32 flags; /* bit 0 = load, bit 1 = prompt */
u32 size; /* decompressed ramdisk size in _kilo_ bytes */
u32 start; /* starting block of floppy-based RAM disk image */
};
/* describes where the compressed ramdisk image lives (virtual address) */
/*
* this one accidentally used virtual addresses - as such,
* its depreciated.
*/
#define ATAG_INITRD 0x54410005
/* describes where the compressed ramdisk image lives (physical address) */
#define ATAG_INITRD2 0x54420005
struct tag_initrd {
u32 start; /* physical start address */
u32 size; /* size of compressed ramdisk image in bytes */
};
/* board serial number. "64 bits should be enough for everybody" */
#define ATAG_SERIAL 0x54410006
struct tag_serialnr {
u32 low;
u32 high;
};
/* board revision */
#define ATAG_REVISION 0x54410007
struct tag_revision {
u32 rev;
};
/* initial values for vesafb-type framebuffers. see struct screen_info
* in include/linux/tty.h
*/
#define ATAG_VIDEOLFB 0x54410008
struct tag_videolfb {
u16 lfb_width;
u16 lfb_height;
u16 lfb_depth;
u16 lfb_linelength;
u32 lfb_base;
u32 lfb_size;
u8 red_size;
u8 red_pos;
u8 green_size;
u8 green_pos;
u8 blue_size;
u8 blue_pos;
u8 rsvd_size;
u8 rsvd_pos;
};
/* command line: \0 terminated string */
#define ATAG_CMDLINE 0x54410009
struct tag_cmdline {
char cmdline[1]; /* this is the minimum size */
};
/* acorn RiscPC specific information */
#define ATAG_ACORN 0x41000101
struct tag_acorn {
u32 memc_control_reg;
u32 vram_pages;
u8 sounddefault;
u8 adfsdrives;
};
/* footbridge memory clock, see arch/arm/mach-footbridge/arch.c */
#define ATAG_MEMCLK 0x41000402
struct tag_memclk {
u32 fmemclk;
};
struct tag {
struct tag_header hdr;
union {
struct tag_core core;
struct tag_mem32 mem;
struct tag_videotext videotext;
struct tag_ramdisk ramdisk;
struct tag_initrd initrd;
struct tag_serialnr serialnr;
struct tag_revision revision;
struct tag_videolfb videolfb;
struct tag_cmdline cmdline;
/*
* Acorn specific
*/
struct tag_acorn acorn;
/*
* DC21285 specific
*/
struct tag_memclk memclk;
} u;
};
struct tagtable {
u32 tag;
int (*parse)(const struct tag *);
};
#define tag_next(t) ((struct tag *)((u32 *)(t) + (t)->hdr.size))
#define tag_size(type) ((sizeof(struct tag_header) + sizeof(struct type)) >> 2)
#define for_each_tag(t,base) \
for (t = base; t->hdr.size; t = tag_next(t))
/*
* Memory map description
*/
#define NR_BANKS 8
struct meminfo {
int nr_banks;
unsigned long end;
struct {
unsigned long start;
unsigned long size;
int node;
} bank[NR_BANKS];
};
extern struct meminfo meminfo;
#endif
四、編寫boot.c文件，用於存放main函數
(1)編寫main函數代碼：
void main(void)
{
void (*theKernel)(int zero, int arch, unsigned int params);
/*定義一個函數指針theKernel,其中第一個參數zero:0 */
/* arch:機器ID ,因爲芯片類型不少,內核爲了辨別芯片而定義的機器ID，其中2440芯片的ID號是362,*/
/* params :tag參數位置,這裏咱們的tag起始地址=0x30000100*/
/*1 初 始 化 串 口 0 , 使 內 核 能 打 印 信 息 */
uart0_init(); //調用serial.h頭文件裏的uart0_init()
puts(「uart0 init OK\r\n」); //打印uart0初始化
/*2從 nand flash 裏 把 內 核 復 制 到 SDRAM 中 */
puts(「copy kernel from nand\r\n」); //打印內核複製
nand_read((0x60000+64),0X30008000,0X200000); //燒寫2MB,多燒寫點避免出錯
/*
0x60000+64:表示內核在nand(存儲)地址上位置,
0X30008000:內核在sdram(運行)地址上位置
0X200000:內核長度2MB
由於Flash上存的內核格式是：uImage(64B頭部(header) + 真正的內核 )
在uboot界面中輸入mtd命令能夠看到:
kernel分區位於 nand的0X00060000~0x00260000
因此在nand中真正的內核地址=0x60000+64,
在uboot界面中輸入boot命令能夠看到:
Data Size: 1848656 Bytes =1.8 MB
Load Address: 30008000
因此內核目的地址=0X30008000
長度=1.8MB
*/
/*3 設 置 T A G 參 數 */
puts(「set boot params\r\n」); //打印設置參數信息
setup_start_tag (void); //在0X30000100地址保存start_tag數據，
setup_memory_tags (void); //保存memory_tag數據,讓內核知道內存多大
setup_commandline_tag (「boottargs=noinitrd root=/dev/mtdblock3 init=/linuxrc console=ttySAC0」);
/*保存命令行bootargs參數,讓內核知道根文件系統位置在/dev/mtdblock3,指定開機運行第一個腳本/linuxrc,指定打印串口0*/
setup_end_tag (void); //初始化tag結構體結束
/* 4 跳 轉 執 行 */
puts(「boot kernel\r\n」); //打印啓動內核
theKernel = (void (*)(int, int, unsigend int))0x30008000;
// 設置theKernel地址=0x30008000,用於後面啓動內核
theKernel(0,362,0x300000100); //362:機器ID， 0x300000100: params(tag)地址
/*傳遞參數跳轉執行到0x30008000啓動內核, */
/*至關於: mov r0,#0 */
/*ldr r1,=362 */
/*ldr r2,= 0x300000100 */
/*mov pc,#0x30008000 */
puts(「kernel ERROR\r\n」); //打印內核啓動出錯
}
(2) 建立TAG參數 函數
建立tag參數函數代碼以下：
#include 「setup.h」
static struct tag *params; //定義個tag結構體變量params指針
void setup_start_tag (void) //開始tag
{
params = (struct tag *) 0x30000100; //tag起始地址等於0X30000100
params->hdr.tag = ATAG_CORE; //頭部常量tag=0x54410001
params->hdr.size = tag_size (tag_core); //size=5,
params->u.core.flags = 0;
params->u.core.pagesize = 0;
params->u.core.rootdev = 0;
params = tag_next (params); //parmas=( struct tag *)((u32 *)parmas+ params->hdr.size)
}
// setup_start_tag (bd)保存tag參數以下:
setup_memory_tags (void) //內存tag
{
int i;
params->hdr.tag = ATAG_MEM; //頭部常量tag=0x54410002
params->hdr.size = tag_size (tag_mem32); //size=4
params->u.mem.start = 0x30000000; //SDRAM起始地址
params->u.mem.size = 0x4000000; //SDRAM內存大小64M
params = tag_next (params); //指向下個tag
}
// setup_memory_tag s(bd)保存tag參數以下:
int strlen(char *str) //uboot不依賴任何庫,因此須要本身寫strlen函數
{
int i=0;
while(str[i])
{
i++;
}
return i;
}
void strcpy(char *dest, char *src)
{
while((*dest++=*src++)!=’\0’&&*dest!=’\0’);
}
setup_commandline_tag (char *cmdline) //命令行tag
/**cmdline :指向命令行參數 */
/*通常爲:「boottargs=noinitrd root=/dev/mtdblock3 init=/linuxrc console=ttySAC0」 */
{
int len=strlen(cmdline)+1; //計算cmdline長度,並加上結束符
params->hdr.tag = ATAG_CMDLINE; //頭部常量tag=0x54410009
params->hdr.size =(sizeof (struct tag_header) +len+3) >> 2; /*size=(字符串長度+頭部長度) >>2 */
/*「+3」表示:按4字節對齊,好比當總長度=(1,2,3,4)時,size=(總長度+3)>>2=1，實現4字節對齊 */
strcpy (params->u.cmdline.cmdline, cmdline); //複製形參字符串到params->u.cmdline.cmdline
params = tag_next (params); //執行下個tag
}
setup_end_tag (void) //結束tag
{
params->hdr.tag = 0;
params->hdr.size = 0;
}
五、編寫連接腳本：boot.lds
（1）連接腳本語法提示：
一、1.lds連接腳本中每一個符號(:或者=)左右都要加上空格或TAB按鍵 ；
. = ALIGN(4); .rodata:{*(.rodata)} //這裏:左右沒有空格,將出錯,改成 .rodata : {*(.rodata*)}二、lds連接腳本中{}和()後都不能加";"分號。
.rodata : {*(.rodata*)}; //這裏"}"後面加了";"逗號,將出錯三、lds腳本sections中如果以當前地址.等於xxx時,.後面都要加空格；
.= 0x33f80000; //這裏.後面沒有加空格,出錯 . = 0x33f80000; . = ALIGN(4);四、lds腳本中定義符號時,都要使符號在前。
__bss_start = .; .bss : { *(.bss) *(COMMON) } . = __bss_end; //這裏定義"__bss_end"符號出錯,應該改成 __bss_end = .;
（2）連接腳本說明
-
連接腳本中的0x33f80000就是連接地址（即程序運行時，該代碼段將被連接到內存的此地址處）,共512K空間存放bootloader；
-
定義__bss_start和__bss_end符號,是用來在程序開始以前，將這些未定義的變量清0,節省內存且_bss_start-0x33f80000就等於代碼的大小(即copy_code_tosdram函數中len值)。
-
SECTIONS { . = 0x33f80000; . = ALIGN(4); .text : { *(.text) } . = ALIGN(4); .rodata : {*(.rodata*)} . = ALIGN(4); .data : { *(.data) } . = ALIGN(4); __bss_start = .; .bss : { *(.bss) *(COMMON) } __bss_end = .; }
（3）NAND FLASH分區說明
通常在頭文件中會經過MTDPARTS_DEFAULT宏定義，明確flash的分區設置，通常來講會分爲4個區，依次存放bootloader、啓動參數、內核映像、根文件系統。
| bootloader | 一開機直接運行u-boot |
|---|---|
| boot parameters | 存放一些能夠設置的參數,供u-boot使用 |
| kernel | 存放內核區 |
| root filesystem | 根文件系統,掛載(mount)後才能使用文件系統中的應用程序 |
（4）NAND Flash啓動的架構和流程
啓動流程爲：
- 上電後，CPU內置程序會從NAND Flash的特定地址（通常是第一個block塊地址）讀出Boot-Loader程序到CPU的內部內存中。
- CPU將控制權交給內部存儲器中的Boot-Loader；
- Boot-Loader初始化SDRAM，再從NAND Flash中將主程序載入到SDRAM中；
- Boot-Loader將控制權交給主程序。
六、編寫makefile文件
備註：在makefile中‘=’與‘:=’的區別：
‘=’ 無關位置的等於(好比:」x=a y=$(x) x=b」,那麼y的值永遠等於最後的值,等於 b ,而不是a)
‘:=’ 有關位置的等於(好比:」x:=a y:=$(x) x:=b」,那麼y的值取決於當時位置的值,等於 a ,而不是b)
CC = arm-linux-gcc //定義CC變量=arm-linux-gcc,簡化書寫,編譯命令,(*.C,*.S)文件生成*.O文件
LD = arm-linux-ld //鏈接命令,將多個*.O文件生成 boot.elf
AR = arm-linux-ar //庫管理命令,這裏沒有用到
OBJCOPY = arm-linux-objcopy //複製/格式轉換命令, boot.elf生成boot.dis
OBJDUMP = arm-linux-objdump //反彙編命令,boot.bin生成boot.dis
//GCC編譯參數,-Wall:顯示全部錯誤和警告, -O2:採用2級編譯優化
CFLAGS := -Wall -O2
//添加頭文件參數,-nostdinc忽略缺省目錄, -fno-builtin不鏈接系統標準啓動文件和標準庫文件（表示不用自帶的strlen()等庫函數）
CPPFLAGS := -nostdinc -fno-builtin
//定義objs變量，包含生成boot.bin目標文件須要的依賴文件
objs := start.o init.o boot.o
//執行生成目標文件，首先是先知足objs全部依賴文件都擁有，才執行
boot.bin: $(objs)
${LD} -Tuboot.lds -o boot_elf $^
${OBJCOPY} -O binary -S boot_elf $@
${OBJDUMP} -D -m arm boot_elf > boot.dis
//-c編譯不鏈接。$@表示目標文件 $<表示第一個依賴文件
%.o:%.c
${CC} $(CPPFLAGS) $(CFLAGS) -c -o $@ $<
%.o:%.S
${CC} $(CPPFLAGS) $(CFLAGS) -c -o $@ $<
clean:
rm -f *.bin *.elf *.dis *.o
七、下載編譯
（1）新建一個文件夾，並命名爲bootloader，將以上編寫好的：boot.c、init.c、start.S、setup.h、boot.lds和Makefile文件複製進去。而後將該bootloader文件夾經過共享文件夾或FileZilla軟件拷貝進虛擬機linux環境下。
（2）在Linux環境下經過終端命令行進入到該bootloader文件夾中，執行make命令，進行編譯、連接：
(3)將獲得的二進制文件boot.bin拷貝到Windows環境下的D盤根目錄下。
(4)鍵盤「Win + R」組合鍵，輸入cmd回車，打開WIndows下的命令行終端，輸入命令d:進入D盤根目錄。
(5)打開開發板電源，將JTAG-USB轉接工具鏈接到電腦USB口，在WIndows命令行終端終端輸入oflash boot.bin命令，運行FLASH燒錄工具，將二進制目標文件燒錄進目標板的NAND Flash中：
(6)選擇0回車，進入OpenJTAG模式，再依次鍵入1選擇S3C2440目標板、後面都鍵入0完成燒錄。
（7）用串口調試線鏈接開發板的COM口和電腦的USB口，打開MobaXterm串口鏈接工具，並鏈接到開發板。關閉開發板電源後，再從新接通電源，經過MobaXterm軟件觀察開發板啓動狀況。
(8)若是程序正確，將會看到開發板順利啓動內核並運行起來了linunx。
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