u-boot移植总结（一）start.S分析

本次移植u-boot-2010.09是基于S3C2440的FL440板子，板子自带NANDFLASH而没有NORFLASH，所以在U-BOOT启动的过程中必须实现从NANDFLASH到SDRAM的重定向。

其中最重要的就是在U-BOOT开始的start.S汇编代码,这段代码要完成工作：

1，异常中断向量表，复位后异常向量处理

2， 跳转到代码实际执行处start_code

3，关闭看门狗WATCHDOG

3，关闭所有中断INTERRUPT

4，设置时钟分频,主要设置寄存器CLKDVN,MPLLCON,UPLLCON

5，关闭MMU和CACHE，并调用lowlevel_init.S完成SDRAM和NANDFLASH的初始化，为代码的重定向做准备

6，设置堆栈，并且跳入第二阶段的C代码

7，异常向量处理代码

 

以下为start.S的分析：

 

1，异常中断向量表，复位后异常向量处理

 

//声明一个全局标量，在cpu/arm920t/u-boot.lds中有定义，即代码的入口地址，也是编译地址
_start: b   start_code
   ldr pc, _undefined_instruction
   ldr pc, _software_interrupt
   ldr pc, _prefetch_abort
   ldr pc, _data_abort
   ldr pc, _not_used
   ldr pc, _irq
   ldr pc, _fiq

_undefined_instruction: .word undefined_instruction  //.word 定义一个32位的地址标识
_software_interrupt:    .word software_interrupt
_prefetch_abort:        .word prefetch_abort
_data_abort:            .word data_abort
_not_used:              .word not_used
_irq:                   .word irq
_fiq:                   .word fiq

   .balignl 16,0xdeadbeef//将地址偏移为16的整数倍，空余的内容填上0xdeadbeef，这个数即“Magic Number”,可用判断当前u-boot执行位置


_TEXT_BASE:
   .word   TEXT_BASE    //在config.mk中有定义，即u-boot自启时flash从定向到sdram的地址
.globl _armboot_start   //声明一个全局变量,之后要调用
_armboot_start:
   .word _start

/*
 * These are defined in the board-specific linker script.
 */

.globl _bss_start                   //连接脚本u-boot.lds中有定义
_bss_start:
   .word __bss_start

.globl _bss_end         //连接脚本u-boot.lds中有定义</span>
_bss_end:
  .word _end

#ifdef CONFIG_USE_IRQ           //堆栈设置
/* IRQ stack memory (calculated at run-time) */

.globl IRQ_STACK_START
IRQ_STACK_START:
  .word   0x0badc0de

/* IRQ stack memory (calculated at run-time) */

.globl FIQ_STACK_START
FIQ_STACK_START:
   .word 0x0badc0de

#endif

 

 

 

 

 

 

2， 跳转到代码实际执行处（设置管理模式=>关闭看门狗=>关闭所有中断=>设置时钟分频）

 

/*
 * the actual start code
 */

start_code:
    /*
     * set the cpu to SVC32 mode
     */
                              //设置管理模式  31  30  29  28      7   6   4    3    2    1    0
    mrs r0, cpsr              //    CPSR      N   Z   C   V       I   F   M4   M3   M2   M1   M0
    bic r0, r0, #0x1f         //                                          1    0    0    1    1
    orr r0, r0, #0xd3
    msr cpsr, r0           // CPSR为状态寄存器，用于设置系统运行状态，只能用MSR MRS指令

#if defined(CONFIG_AT91RM9200DK) || defined(CONFIG_AT91RM9200EK)   //系统中断重定向于RAM中，以便快速响应中断,搬运的代码为4*16bytes
/*  relocate exception table */
    ldr r0, =_start
    ldr r1, =0x0
    mov r2, #16
copyex:
    subs r2, r2, #1
    ldr r3, [r0], #4
    str r3, [r1], #4
    bne copyex
#endif



//关闭看门狗
#if defined(CONFIG_S3C2400) || defined(CONFIG_S3C2410) || defined(CONFIG_S3C2440)
    /* turn off the watchdog */

#if defined(CONFIG_S3C2400)
#define pWTCON    0x15300000
#define INTMSK    0x14400008  /* Interupt-Controller base addresses */
#define CLKDIVN   0x14800014  /* clock divisor register */
#else       //查阅s3c2440的datesheet中指出寄存器地址
#define pWTCON    0x53000000
#define INTMSK    0x4A000008  /* Interupt-Controller base addresses */
#define INTSUBMSK 0x4A00001C
#define CLKDIVN   0x4C000014  /* clock divisor register */
#endif

#define CLK_CTL_BASE 0x4C000000    //添加时钟分频寄存器地址，用于时钟分频设置
#define MDIV_405 0x7f<<12
#define PSDIV_405 0x21
#define MDIV_200 0xa1<<12
#define PSDIV_200 0x31 </span>
    ldr r0, =pWTCON
    mov r1, #0x0
    str r1, [r0] /*  mask all IRQs by setting all bits in the INTMR - default */
    mov r1, #0xffffffff                                //ARM920T有32个中断源，禁止所有中断，32位中断屏蔽寄存器置位
    ldr r0, =INTMSK
    str r1, [r0]
#if defined(CONFIG_S3C2440)||defined(CONFIG_S3C2410) /* add by zhou */
    ldr r1, =0x7ff<span style="white-space:pre">      //屏蔽所有的中断源，S3C2440中寄存器只有前15位有效，故0x7ff置位INTSUNMSK
    ldr r0, =INTSUBMSK
    str r1, [r0]
#endif
//设置时钟频率
#if defined(CONFIG_S3C2440)
    mov  r1, #5
    str  r1, [r0]

    mrc  p15, 0, r1, c1, c0, 0
    orr  r1, r1, #0xc0000000
    mcr  p15, 0, r1, c1, c0, 0

    mov  r1, #CLK_CTL_BASE  //S3C2440系统主频为405MHZ，USB为48MHZ，要求MPLLCON = (0x7f<<12) | (0x02<<4) | (0x01) = 0x7f021
    mov  r2, #MDIV_405
    add  r2, r2, #PSDIV_405
    str  r2, [r1, #0x04]
#else

    /* FCLK:HCLK:PCLK = 1:2:4 */
    /* default FCLK is 120 MHz ! */
    ldr r0, =CLKDIVN
    mov r1, #3
    str r1, [r0]

    mrc p15, 0, r1, c1, c0, 0
    orr r1, r1, #0xc0000000
    mcr p15, 0, r1, c1, c0, 0


    mov r1, #CLK_CTL_BASE
    mov r2, #MDIV_200
    add r2, r2,#PSDIV_200
    str r2, [r1,#0x04]

#endif
#endif /* (CONFIG_S3C2400) || (CONFIG_S3C2410) || (CONFIG_S3C2440) */

 

 

 

 

3，关闭MMU和CACHE，并调用lowlevel_init.S完成SDRAM和NANDFLASH的初始化，为代码的重定向做准备

 

   /*******************************************
     * we do sys-critical inits only at reboot,
     * not when booting from ram!
     ******************************************/

#ifndef CONFIG_SKIP_LOWLEVEL_INIT
    bl  cpu_init_crit  //关闭MMU和CACHE，并调用lowlevel_init.S完成SDRAM和NANDFLASH的初始化
#endif
...........
...........
...........
/*
 *************************************************************************
 *
 * CPU_init_critical registers
 *
 * setup important registers
 * setup memory timing
 *
 *************************************************************************
 */

#ifndef CONFIG_SKIP_LOWLEVEL_INIT
cpu_init_crit:
    /*
     * flush v4 I/D caches
     */
    mov r0, #0            //具体设置看下图,详细参考CP15指令：http://blog.csdn.net/gooogleman/article/details/3635238
    mcr p15, 0, r0, c7, c7, 0 //向c7写入0将使ICache与DCache 无效flush v3/v4 cache
    mcr p15, 0, r0, c8, c7, 0  //向c8写入0将使TLB失效 flush v4 TLB

    /*
     * disable MMU stuff and caches  <span >   //协处理器CP15的C1处理器可以设置MMU和caches,具体参考下图
     */
    mrc p15, 0, r0, c1, c0, 0
    bic r0, r0, #0x00002300 @ clear bits 13, 9:8 (--V- --RS)
    bic r0, r0, #0x00000087 @ clear bits 7, 2:0 (B--- -CAM)
    orr r0, r0, #0x00000002 @ set bit 2 (A) Align
    orr r0, r0, #0x00001000 @ set bit 12 (I) I-Cache
    mcr p15, 0, r0, c1, c0, 0

    /*
     * before relocating, we have to setup RAM timing
     * because memory timing is board-dependend, you will
     * find a lowlevel_init.S in your board directory.
     */
    mov ip, lr       //由于有两层调用，需要把lr保存到ip，以防止破坏

    bl  lowlevel_init   //调用c函数，初始化FLASH和SDRAM，为代码重定向做准备

    mov lr, ip
    mov pc, lr      //返回
#endif /* CONFIG_SKIP_LOWLEVEL_INIT */

 

 

 

 

代码重定向基本思路:

1.内存运行与否，是则设置堆栈，跳入c函数阶段

2.若不在内存运行，判断是在norflash还在nandflash运行

//代码重定向部分
/***************CHECK_CODE_POSITION******************************/

    adr r0, _start      /* r0 <- current position of code   */   //检查代码是否在已经SDRAM中运行，是则设置堆栈，并跳入c代码部分
    ldr r1, _TEXT_BASE      /* test if we run from flash or RAM */  //_start为u-boot的真正运行地址，_TEXT_BASE为FLASH加载到SDRAM的地址，在config.mk中定义为0x33f80000
    cmp r0, r1          /* don't reloc during debug         */      //若相等，说明已经在SDRAM中运行，设置堆栈，并且调转到第二阶段的C函数
    beq stack_setup                     //若不相等，则要判断是从NORFLASF或NANDFLASH启动

/***************CHECK_CODE_POSITION******************************/

/***************CHECK_BOOT_FLASH********************************/

    ldr r1, =((4<<28)|(3<<4)|(3<<2))  /*address in 4000003c*/
    mov r0, #0     //NANDFLASH的启动原理，启动时4K SRAM，即Stepping Stone,会映射到nGCS0,0x0000 0000地址，同时它还是会被映射到0x4000 0000地址
    str r0,[r1]    //而NORFLASH支持片上运行，并会被一直挂载到nGCS0,0x0000 0000，具体可以参照NANDFLASH启动原理

    mov r1, #0x3c   /*address in 0x3c*/ //NANDFLASH启动时，因为地址为16倍数对齐，此时0x0000 003c 和 0x4000 003c都为唯一确定的0xdeadbeef，即"Magic Mumber"
    ldr r0, [r1]    //当0x4000 003c清零，若0x0000 003c读出也是零，则u-boot代码从NANDFLASH启动，否则从NORFLASH
    cmp r0, #0
    bne relocate


    /*recover 0x4000003c */
    ldr r0, =(0xdeadbeef)     //若在NANDFLASH启动，必须保证代码和前4K拷贝到SRAM一致，否则会进入死循环
    ldr r1, =((4<<28)|(3<<4)|(3<<2))
    str r0, [r1]

/***************CHECK_BOOT_FLASH********************************/

/***************NAND_BOOT********************************/

#ifdef  CONFIG_S3C2440  //支持S3C2440的NANDFLASH
#define LENGTH_UBOOT  0x60000
#define NAND_CTL_BASE 0x4E000000

/* Offset */
#define oNFCONF 0x00
#define oNFCONT 0x04
#define oNFCMD  0x08
#define oNFSTAT 0x20

    mov  r1, #NAND_CTL_BASE                 //NAND Flash配置寄存器设置
    ldr  r2, =( (7<<12)|(7<<8)|(7<<4)|(0<<0) )
    str  r2, [r1, #oNFCONF]
    ldr  r2, [r1, #oNFCONF]

    ldr  r2, =( (1<<4)|(0<<1)|(1<<0) ) /* @ Active low CE Control */
    str  r2, [r1, #oNFCONT]     //NAND Flash控制寄存器设置
    ldr  r2, [r1, #oNFCONT]

    ldr  r2, =(0x6)     /*  @ RnB Clear */      //NAND Flash状态寄存器设置
    str  r2, [r1, #oNFSTAT]
    ldr  r2, [r1, #oNFSTAT]

    mov  r2, #0xff              //NAND Flash命令寄存器设置
    strb r2, [r1, #oNFCMD]
    mov  r3, #0

    nand1:
    add  r3, r3, #0x1
    cmp  r3, #0xa
    blt  nand1

nand2:
    ldr r2, [r1, #oNFSTAT]
    tst r2, #0x4
    beq nand2
    ldr r2, [r1, #oNFCONT]
    orr r2, r2, #0x2
    str r2, [r1, #oNFCONT]

/* get read to call C functions (for nand_read()) */
     ldr sp, DW_STACK_START
     mov fp, #0

 /* copy U-Boot to RAM */
     ldr r0, =TEXT_BASE //汇编调用c函数nand_read_ll，第一个参数存于r0搬运到内存地址
     mov r1, #0x0     //第二个参数存于r1，NANDFLASH中u-boot地址
     mov r2, #LENGTH_UBOOT /第三个参数存于r2，u-boot的总大小
     bl nand_read_ll //在nand_read.c定义，支持不同NANDFLASH芯片代码拷贝
     tst r0, #0x0 //r0是存放函数返回的参数，返回值为0则正确拷贝，否则进入死循环
     beq ok_nand_read

bad_nand_read:
loop2:
    b loop2
ok_nand_read: //前4K代码比较，即判定Stepping Stone中4k代码和c函数搬运的代码是否一致
    mov r0, #0
    ldr r1, =TEXT_BASE
    mov r2, #0x400 /* 4 bytes * 1024 = 4Kbytes */
go_next:
    ldr r3, [r0], #4 //r3存放NANDFLASH上u-boot的代码
    ldr r4, [r1], #4 //r4为在内存中的u-boot代码
    teq r3, r4
    bne notmatch //不一致则进入死循环
    subs r2, r2, #4
    beq stack_setup
    bne go_next

notmatch:
loop3:
    b loop3
#endif

#ifdef CONFIG_S3C2410
/* Offset */
#define oNFCONF 0x00
#define oNFCMD  0x04
#define oNFSTAT 0x10


    mov  r1, #NAND_CTL_BASE
    ldr  r2, =0xf830
    str  r2, [r1, #oNFCONF]
    ldr  r2, [r1, #oNFCONF]
    bic  r2,  r2, #0x800     /* enable chip  */
    str  r2, [r1, #oNFCONF]
    mov  r2, #0xff        /*  @ RESET command  +  strb  r2, [r1, #oNFCMD] */
    strb r2, [r1, #oNFCMD]
    mov  r3, #0


nand1:
    add  r3, r3, #0x1
    cmp  r3, #0xa
    blt  nand1


nand2:
    ldr  r2, [r1, #oNFSTAT] /* @ wait ready */
    tst  r2, #0x1
    beq  nand2


    ldr  r2, [r1, #oNFCONF]
    orr  r2,  r2, #0x800   /*@ disable chip */
    str  r2, [r1, #oNFCONF]


    /*    @ get read to call C functions (for nand_read()) */
    ldr  sp, DW_STACK_START    /* @ setup stack pointer */
    mov  fp, #0                /* @ no previous frame, so fp=0 */


    /*  @ copy U-Boot to RAM */
    ldr r0, =TEXT_BASE
    mov r1, #0x0
    mov r2, #LENGTH_UBOOT
    bl nand_read_ll
    tst r0, #0x0
    beq ok_nand_read
bad_nand_read:
loop2:
    b  loop2  /*@ infinite loop */




ok_nand_read:
/*     @ verify */
    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

/***************** NAND_BOOT ************************************************/</span>

 

 

 

 

3，设置堆栈，并且跳入第二阶段的C代码

 

 /* Set up the stack */
stack_setup:
    ldr r0, _TEXT_BASE      /* upper 128 KiB: relocated uboot   */
    sub r0, r0, #CONFIG_SYS_MALLOC_LEN  /* malloc area              */
    sub r0, r0, #CONFIG_SYS_GBL_DATA_SIZE /* bdinfo                 */
#ifdef CONFIG_USE_IRQ
    sub r0, r0, #(CONFIG_STACKSIZE_IRQ+CONFIG_STACKSIZE_FIQ)
#endif
    sub sp, r0, #12     /* leave 3 words for abort-stack    */

clear_bss:      //将未初始化.bss段初始化0
    ldr r0, _bss_start      /* find start of bss segment        */
    ldr r1, _bss_end        /* stop here                        */
    mov r2, #0x00000000     /* clear                            */

clbss_l:
    str r2, [r0]        /* clear loop...                    */
    add r0, r0, #4
    cmp r0, r1
    ble clbss_l

    ldr pc, _start_armboot          //跳到第二阶段c函数，进一步初始化板子硬件

_start_armboot: .word start_armboot

#define STACK_BASE 0x33f00000       //为nand_read_ll函数调用设置堆栈
#define STACK_SIZE 0x10000

  .align 2
DW_STACK_START: .word  STACK_BASE+STACK_SIZE-4 </span>

 

 

 

 

4，异常向量处理代码

 

/*************************************************************************
 *
 * Interrupt handling
 *
 *************************************************************************
 */
......