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U-Boot的启动过程源码分析  

2009-10-30 15:38:36|  分类: uboot |  标签: |举报 |字号 订阅

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先强调,本书使用的U-Boot从NOR Flash启动,下面以开发板smdk2410的U-Boot为例。

U-Boot属于两阶段的Bootloader,第一阶段的文件为cpu/arm920t/start.S和board/smdk2410/lowlevel_init.S,前者是平台相关,后者是开发板相关。

[编辑] U-Boot第一阶段代码分析

它与15.1.2节中描述的Bootloader第一阶段所完成的功能可以一一对应:

(1)硬件设备初始化。

依次完成如下设置:将CPU的工作模式设为管理模式(svc),关闭WATCHDOG,设置FCLK、HCLK、PCLK的比例(即设置CLKDIVN寄存器),关闭MMU、CACHE。

代码都在cpu/arm920t/start.S中,注释也比较完善,读者有不明白的地方可以参考前面硬件实验的相关章节。

(2)为加载Bootloader的第二阶段代码准备RAM空间。

所谓准备RAM空间,就是初始化内存芯片,使它可用。对于S3C2410/S3C2440,通过在start.S中调用lowlevel_init函数来设置存储控制器,使得外接的SDRAM可用。代码在board/smdk2410/lowlevel_init.S中。

注意:lowlevel_init.S文件是开发板相关的,这表示如果外接的设备不一样,可以修改lowlevel_init.S文件中的相关宏。

lowlevel_init函数并不复杂,只是要注意这时的代码、数据都只保存在NOR Flash上,内存中还没有,所以读取数据时要变换地址。代码如下:

129 _TEXT_BASE:

130 .wordTEXT_BASE

131

132 .globl lowlevel_init

133 lowlevel_init:

134 /* memory control configuration */

135 /* make r0 relative the current location so that it */

136 /* reads SMRDATA out of FLASH rather than memory ! */

137 ldr r0, =SMRDATA

138 ldrr1, _TEXT_BASE

139 subr0, r0, r1

140 ldrr1, =BWSCON/* Bus Width Status Controller */

141 add r2, r0, #13*4

142 0:

143 ldr r3, [r0], #4

144 str r3, [r1], #4

145 cmp r2, r0

146 bne 0b

147

148 /* everything is fine now */

149 movpc, lr

150

151 .ltorg

152 /* the literal pools origin */

153

154 SMRDATA:/* 13个寄存器的值 */

155 .word ……

156 .word ……

第137~139行进行地址变换,因为这时候内存中还没有数据,不能使用连接程序时确定的地址来读取数据:

第137行中SMRDATA 表示这13个寄存器的值存放的开始地址(连接地址),值为0x33F8xxxx,处于内存中。

第138行获得代码段的起始地址,它就是第130行中的“TEXT_BASE”,其值在board/smdk2410/config.mk中定义:“TEXT_BASE = 0x33F80000”。

第139行将0x33F8xxxx与0x33F80000相减,这就是13个寄存器值在NOR Flash上存放的开始地址。

(3)拷贝Bootloader的第二阶段代码到 RAM 空间中。

这里将整个U-Boot的代码(包括第一、第二阶段)都复制到SDRAM中,这在cpu/arm920t/start.S中实现:

164 relocate:/* 将U-Boot复制到RAM中 */

165 adrr0, _start/* r0 = 当前代码的开始地址 */

166 ldrr1, _TEXT_BASE/* r1 = 代码段的连接地址 */

167 cmp r0, r1 /* 测试现在是在Flash中还是在RAM中 */

168 beq stack_setup/* 如果已经在RAM中(这通常是调试时,直接下载到RAM中),

* 则不需要复制

*/

169

170 ldrr2, _armboot_start/* _armboot_start在前面定义,是第一条指令的运行地址 */

171 ldrr3, _bss_start/* 在连接脚本u-boot.lds中定义,是代码段的结束地址 */

172 subr2, r3, r2/* r2 = 代码段长度 */

173 addr2, r0, r2/* r2 = NOR Flash上代码段的结束地址 */

174

175 copy_loop:

176 ldmiar0!, {r3-r10}/* 从地址[r0]处获得数据 */

177 stmiar1!, {r3-r10}/* 复制到地址[r1]处 */

178 cmpr0, r2/* 判断是否复制完毕 */

179 blecopy_loop/* 没复制完,则继续 */

(4)设置好栈。

栈的设置灵活性很大,只要让sp寄存器指向一段没有使用的内存即可。

182 /* Set up the stack */

183 stack_setup:

184 ldr r0, _TEXT_BASE /* _TEXT_BASE为代码段的开始地址,值为0x33F80000 */

185 sub r0, r0, #CFG_MALLOC_LEN /* 代码段下面,留出一段内存以实现malloc */

186 sub r0, r0, #CFG_GBL_DATA_SIZE /* 再留出一段内存,存一些全局参数 */

187 #ifdef CONFIG_USE_IRQ

188 sub r0, r0, #(CONFIG_STACKSIZE_IRQ+CONFIG_STACKSIZE_FIQ) /* IRQ、FIQ模式的栈 */

189 #endif

190 sub sp, r0, #12 /* 最后,留出12字节的内存给abort异常,

* 往下的内存就都是栈了

*/

191

到了这一步,读者可以知道内存的使用情况了,如下图所示(图中与上面的划分稍有不同,这是因为在cpu/arm920t/cpu.c中的cpu_init函数中才真正为IRQ、FIQ模式划分了栈):

[[Image:]]

图15.3 U-Boot内存使用情况

(5)跳转到第二阶段代码的C入口点。

在跳转之前,还要清除BSS段(初始值为0、无初始值的全局变量、静态变量放在BSS段),代码如下:

192 clear_bss:

193 ldrr0, _bss_start/* BSS段的开始地址,它的值在连接脚本u-boot.lds中确定 */

194 ldrr1, _bss_end/* BSS段的结束地址,它的值在连接脚本u-boot.lds中确定 */

195 mov r2, #0x00000000

196

197 clbss_l:strr2, [r0]/* 往BSS段中写入0值 */

198 addr0, r0, #4

199 cmpr0, r1

200 bleclbss_l

201

现在,C函数的运行环境已经完全准备好,通过如下命令直接跳转(这之后,程序才在内存中执行),它将调用lib_arm/board.c中的start_armboot函数,这是第二阶段的入口点:

223 ldrpc, _start_armboot

224

225 _start_armboot:.word start_armboot

226

U-Boot第二阶段代码分析

它与15.1.2节中描述的Bootloader第二阶段所完成的功能基本上一致,不过顺序有点小差别。另外,U-Boot在启动内核之前可以让用户决定是否进入下载模式,即进入U-Boot的控制界面。

第二阶段从lib_arm/board.c中的start_armboot函数开始,先看从这个函数开始的程序流程图,图15.3所示。

[[Image:]]

图15.3 U-Boot第二阶段流程图

移植U-Boot的主要工作在于对硬件的初始化、驱动,所以下面讲解时将重点放在硬件的操作上。

(1)初始化本阶段要使用到的硬件设备。:最主要的是设置系统时钟、初始化串口,只要这两个设置好了,就可以从串口看到打印信息。

board_init函数设置MPLL、改变系统时钟,它是开发板相关的函数,在board/smdk2410/smdk2410.c中实现。值得注意的是,board_init函数中还保存了机器类型ID,这将在调用内核时传给内核,代码如下:

/* arch number of SMDK2410-Board */

gd->bd->bi_arch_number = MACH_TYPE_SMDK2410; /* 值为193 */

串口的初始化函数主要是serial_init,它设置UART控制器,是CPU相关的函数,在cpu/arm920t/s3c24x0/serial.c中实现。

(2)检测系统内存映射(memory map)。对于特定的开发板,其内存的分布是明确的,所以可以直接设置。board/smdk2410/smdk2410.c中的dram_init函数指定了本开发板的内存起始地址为0x30000000,大小为0x4000000。代码如下:

int dram_init (void)

{

gd->bd->bi_dram[0].start = PHYS_SDRAM_1;/* 即0x300000000 */

gd->bd->bi_dram[0].size = PHYS_SDRAM_1_SIZE;/* 即0x4000000 */

return 0;

}

这些设置的参数,将在后面向内核传递参数时用到。

(3)U-Boot命令的格式。

从图15.3可以知道,即使是内核的启动,也是通过U-Boot命令来实现的。U-Boot中每个命令都通过U_BOOT_CMD宏来定义,格式如下:

U_BOOT_CMD(name,maxargs,repeatable,command,"usage","help")

各项参数的意义为:

① name:命令的名字,注意,它不是一个字符串(不要用双引号括起来)。

② maxargs:最大的参数个数

③ repeatable:命令是否可重复,可重复是指运行一个命令后,下次敲回车即可再次运行。

④ command:对应的函数指针,类型为(*cmd)(struct cmd_tbl_s *, int, int, char *[])。

⑤ usage:简短的使用说明,这是个字符串。

⑥ help:较详细的使用说明,这是个字符串。

宏U_BOOT_CMD在include/command.h中定义:

#define U_BOOT_CMD(name,maxargs,rep,cmd,usage,help) \

cmd_tbl_t __u_boot_cmd_##name Struct_Section = {#name, maxargs, rep, cmd, usage, help}

Struct_Section也是在include/command.h中定义:

#define Struct_Section __attribute__ ((unused,section (".u_boot_cmd")))

比如对于bootm命令,它如此定义:

U_BOOT_CMD(

bootm,CFG_MAXARGS,1,do_bootm,

“string1”,

“string2”

);

宏U_BOOT_CMD扩展开后就是:

cmd_tbl_t __u_boot_cmd_bootm __attribute__ ((unused,section (".u_boot_cmd"))) = {“bootm”, CFG_MAXARGS, 1, do_bootm, “string1”, “string2”};

对于每个使用U_BOOT_CMD宏来定义的命令,其实都是在".u_boot_cmd"段中定义一个cmd_tbl_t结构。连接脚本u-boot.lds中有这么一段:

__u_boot_cmd_start = .;

.u_boot_cmd : { *(.u_boot_cmd) }

__u_boot_cmd_end = .;

程序中就是根据命令的名字在内存段__u_boot_cmd_start~__u_boot_cmd_end找到它的cmd_tbl_t结构,然后调用它的函数(请参考common/command.c中的find_cmd函数)。

内核的复制和启动,可以通过如下命令来完成:bootm从内存、ROM、NOR Flash中启动内核,bootp则通过网络来启动,而nboot从NAND Flash启动内核。它们都是先将内核映像从各种媒介中读出,存放在指定的位置;然后设置标记列表以给内核传递参数;最后跳到内核的入口点去执行。具体实现的细节不再描述,有兴趣的读者可以阅读common/cmd_boot.c、common/cmd_net.c、common/cmd_nand.c来了解它们的实现。

(4)为内核设置启动参数。

与15.1.2小节中《Bootloader与内核的交互》所描述的一样,U-Boot也是通过标记列表向内核传递参数。并且,15.1.2小节中内存标记、命令行标记的示例代码就是取自U-Boot中的setup_memory_tags、setup_commandline_tag函数,它们都是在lib_arm/armlinux.c中定义。一般而言,设置这两个标记就可以了,在配置文件include/configs/smdk2410.h中增加如下两个配置项即可:

#define CONFIG_SETUP_MEMORY_TAGS 1

#define CONFIG_CMDLINE_TAG 1

对于ARM架构的CPU,都是通过lib_arm/armlinux.c中的do_bootm_linux函数来启动内核。这个函数中,设置标记列表,最后通过“theKernel (0, bd->bi_arch_number, bd->bi_boot_params)”调用内核。其中,theKernel指向内核存放的地址(对于ARM架构的CPU,通常是0x30008000),bd->bi_arch_number就是前面board_init函数设置的机器类型ID,而bd->bi_boot_params就是标记列表的开始地址。

[编辑] 15.2.5 U-Boot的移植

开发板smdk2410的配置适用于大多数S3C2410单板,或是只需要极少的修改即可使用。但是目前U-Boot中没有对S3C2440的支持,需要我们自己移植。

本书基于的S3C2410、S3C2440两款开发板,它们的外接硬件相同:

BANK0外接容量为1MB,位宽为8的NOR Flash芯片AM29LV800

BANK3外接10M网卡芯片CS8900,位宽为16

BANK6外接两片容量为32MB、位宽为16的SDRAM芯片K4S561632,组成容量为64MB、位宽为32的内存

通过NAND Flash控制器外接容量为64MB,位宽为8的NAND Flash芯片K9S1208

对于NOR Flash和NAND Flash,如图15.4所示划分它们的使用区域。由于NAND Flash的“位反转”现象比较常见,为保证数据的正确,在读写数据时需要使用ECC较验。另外,NAND Flash在使用过程中、运输过程中还有可能出现坏块。所以本书选择在NOR Flash中保存U-Boot,在NAND Flash中保存内核和文件系统,并在使用U-Boot烧写内核、文件系统时,进行坏块检查、ECC较验。这样,即使NAND Flash出现坏块导致内核或文件系统不能使用,也可以通过NOR Flash中的U-Boot来重新烧写。

[[Image:]]

图15.4 开发板固态存储器分区划分

smdk2410开发板已经支持NOR Flash芯片AM29LV800,U-Boot本身也已经支持jffs2文件系统映像的烧写。下面一步一步移植U-Boot(所有的修改都在补丁文件u-boot-1.1.6_100ask24x0.patch里,读者可以直接打补丁),增加如下新功能:

同时支持本书使用的S3C2410和S3C2440开发板

支持串口xmodem协议

支持网卡芯片CS8900

支持NAND Flash读写

支持烧写yaffs文件系统映像

[编辑] 1. 同时支持S3C2410和S3C2440

我们将在开发板smdk2410的基础上进行移植。

(1)新建一个开发板的相应目录和文件。

为了不破坏原来的代码,在board目录下将smdk2410复制为100ask24x0目录,并将board/100ask24x0/smdk2410.c改名为100ask24x0.c。

根据前面描述的配置过程可知,还要在include/configs目录下建立一个配置文件100ask24x0.h,可以将include/configs/smdk2410.h直接复制为100ask24x0.h。

还要修改两个Makefile,首先在顶层Makefile中增加如下两行:

100ask24x0_config:unconfig

@$(MKCONFIG) $(@:_config=) arm arm920t 100ask24x0 NULL s3c24x0

然后在board/100ask24x0/Makefile中,如下修改(因为前面将smdk2410.c文件改名为100ask24x0.c了):

COBJS:= smdk2410.o flash.o

改为:

COBJS:= 100ask24x0.o flash.o

(2)修改SDRAM的配置。

SDRAM的初始化在U-Boot的第一阶段完成,就是在board/100ask24x0/lowlevel_init.S文件中设置存储控制器。

检查一下BANK6的设置:位宽为32──宏B6_BWSCON刚好为DW32(表示32位),无需改变;另外还要根据HCLK设置SDRAM的刷新参数,主要是REFCNT寄存器。

本书所用开发板的HCLK都设为100MHz,需要根据SDRAM芯片的具体参数重新计算REFCNT寄存器的值(请参考第6章)。代码修改如下:

126 #define REFCNT 1113/* period="15".6us, HCLK="60Mhz", (2048+1-15.6*60) */

改为

126 #define REFCNT 0x4f4/* period="7".8125us, HCLK="100Mhz", (2048+1-7.8125*100) */

对于其他BANK,比如网卡芯片CS8900所在的BANK2,原来的设置刚好匹配,无需更改;而对于BANK1、2、4、5、7,在U-Boot中并没有使用到它们外接的设备,也不需要理会。

(3)增加对S3C2440的支持。

S3C2440是S3C2410的改进版,它们的操作基本相似。不过在系统时钟的设置、NAND Flash控制器的操作等方面,有一些小差别。它们的MPLL、UPLL计算公式不一样,FCLK、HCLK和PCLK的分频化设置也不一样,这在下面的代码中可以看到。NAND Flash控制器的差别在增加对NAND Flash的支持时讲述。

本章的目标是令同一个U-Boot二进制代码既可以在S3C2410上运行,也可以在S3C2440上运行。首先需要在代码中自动识别是S3C2410还是S3C2440,这可以通过读取GSTATUS1寄存器的值来分辨:0x32410000表示S3C2410,0x32410002表示S3C2410A,0x32440000表示S3C2440,0x32440001表示S3C2440A。S3C2410和S3C2410A、S3C2440和S3C2440A,对本书来说没有区别。

对于S3C2410开发板,将FCLK设为200MHz,分频比为FCLK:HCLK:PCLK=1:2:4;对于S3C2440开发板,将FCLK设为400MHz,分频比为FCLK:HCLK:PCLK=1:4:8。还将UPLL设为48MHz,即UCLK为48MHz,以在内核中支持USB控制器。

首先修改board/100ask24x0/100ask24x0.c中的board_init函数,下面是修改后的代码:

33 /* S3C2440: MPLL = (2*m * Fin) / (p * 2^s), UPLL = (m * Fin) / (p * 2^s)

34 * m = M (the value for divider M)+ 8, p = P (the value for divider P) + 2

35 */

36 #define S3C2440_MPLL_400MHZ ((0x5c<<12)|(0x01<<4)|(0x01))

37 #define S3C2440_UPLL_48MHZ ((0x38<<12)|(0x02<<4)|(0x02))

38 #define S3C2440_CLKDIV 0x05 /* FCLK:HCLK:PCLK = 1:4:8, UCLK = UPLL */

39

40 /* S3C2410: Mpll,Upll = (m * Fin) / (p * 2^s)

41 * m = M (the value for divider M)+ 8, p = P (the value for divider P) + 2

42 */

43 #define S3C2410_MPLL_200MHZ ((0x5c<<12)|(0x04<<4)|(0x00))

44 #define S3C2410_UPLL_48MHZ ((0x28<<12)|(0x01<<4)|(0x02))

45 #define S3C2410_CLKDIV 0x03 /* FCLK:HCLK:PCLK = 1:2:4 */

46

上面几行针对S3C2410、S3C2440分别定义了MPLL、UPLL寄存器的值。开发板输入时钟为12MHz(这在include/configs/100ask24x0.h中的宏CONFIG_SYS_CLK_FREQ中定义),读者可以根据代码中的计算公式针对自己的开发板修改系统时钟。

下面是针对S3C2410、S3C2440,分别使用不同的宏设置系统时钟:

58 int board_init (void)

59 {

60 S3C24X0_CLOCK_POWER * const clk_power = S3C24X0_GetBase_CLOCK_POWER();

61 S3C24X0_GPIO * const gpio = S3C24X0_GetBase_GPIO();

62

63 /* 设置GPIO */

64 gpio->GPACON = 0x007FFFFF;

65 gpio->GPBCON = 0x00044555;

66 gpio->GPBUP = 0x000007FF;

67 gpio->GPCCON = 0xAAAAAAAA;

68 gpio->GPCUP = 0x0000FFFF;

69 gpio->GPDCON = 0xAAAAAAAA;

70 gpio->GPDUP = 0x0000FFFF;

71 gpio->GPECON = 0xAAAAAAAA;

72 gpio->GPEUP = 0x0000FFFF;

73 gpio->GPFCON = 0x000055AA;

74 gpio->GPFUP = 0x000000FF;

75 gpio->GPGCON = 0xFF95FFBA;

76 gpio->GPGUP = 0x0000FFFF;

77 gpio->GPHCON = 0x002AFAAA;

78 gpio->GPHUP = 0x000007FF;

79

80 /* 同时支持S3C2410和S3C2440, www.100ask.net */

81 if ((gpio->GSTATUS1 == 0x32410000) || (gpio->GSTATUS1 == 0x32410002))

82 {

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

84 clk_power->CLKDIVN = S3C2410_CLKDIV;

85

86 /* 修改为异步总线模式 */

87 __asm__( "mrc p15, 0, r1, c1, c0, 0\n" /* read ctrl register */

88 "orr r1, r1, #0xc0000000\n" /* Asynchronous */

89 "mcr p15, 0, r1, c1, c0, 0\n" /* write ctrl register */

90 :::"r1"

91 );

92

93 /* 设置PLL锁定时间 */

94 clk_power->LOCKTIME = 0xFFFFFF;

95

96 /* 配置MPLL */

97 clk_power->MPLLCON = S3C2410_MPLL_200MHZ;

98

99 /* 配置MPLL后,要延时一段时间再配置UPLL */

100 delay (4000);

101

102 /* 配置UPLL */

103 clk_power->UPLLCON = S3C2410_UPLL_48MHZ;

104

105 /* 再延时一会 */

106 delay (8000);

107

108 /* 机器类型ID,这在调用Linux内核时用到 */

109 gd->bd->bi_arch_number = MACH_TYPE_SMDK2410;

110 }

111 else

112 {

113 /* FCLK:HCLK:PCLK = 1:4:8 */

114 clk_power->CLKDIVN = S3C2440_CLKDIV;

115

116 /* 修改为异步总线模式 */

117 __asm__( "mrc p15, 0, r1, c1, c0, 0\n" /* read ctrl register */

118 "orr r1, r1, #0xc0000000\n" /* Asynchronous */

119 "mcr p15, 0, r1, c1, c0, 0\n" /* write ctrl register */

120 :::"r1"

121 );

122

123 /* 设置PLL锁定时间 */

124 clk_power->LOCKTIME = 0xFFFFFF;

125

126 /* 配置MPLL */

127 clk_power->MPLLCON = S3C2440_MPLL_400MHZ;

128

129 /* 配置MPLL后,要延时一段时间再配置UPLL */

130 delay (4000);

131

132 /* 配置UPLL */

133 clk_power->UPLLCON = S3C2440_UPLL_48MHZ;

134

135 /* 再延时一会 */

136 delay (8000);

137

138 /* 机器类型ID,这在调用Linux内核时用到,这个值要与内核相对应 */

139 gd->bd->bi_arch_number = MACH_TYPE_S3C2440;

140 }

141

142 /* 启动内核时,参数存放位置。这个值在构造标记列表时用到 */

143 gd->bd->bi_boot_params = 0x30000100;

144

145 icache_enable();

146 dcache_enable();

147

148 return 0;

149 }

150

最后一步:获取系统时钟的函数需要针对S3C2410、S3C2440的不同进行修改。

在后面设置串口波特率时需要获得系统时钟,就是在U-Boot的第二阶段,lib_arm/board.c中start_armboot函数调用serial_init函数初始化串口时,会调用get_PCLK函数。它在cpu/arm920t/s3c24x0/speed.c中定义,与它相关的还有get_HCLK、get_PLLCLK等函数。

前面的board_init函数在识别出S3C2410或S3C2440后,设置了机器类型ID:gd->bd->bi_arch_number,后面的函数可以通过它来分辨是S3C2410还是S3C2440。首先要在程序的开头增加如下一行,这样才可以使用gd变量:

DECLARE_GLOBAL_DATA_PTR;

S3C2410和S3C2440的MPLL、UPLL计算公式不一样,所以get_PLLCLK函数也需要修改:

56 static ulong get_PLLCLK(int pllreg)

57 {

58 S3C24X0_CLOCK_POWER * const clk_power = S3C24X0_GetBase_CLOCK_POWER();

59 ulong r, m, p, s;

60

61 if (pllreg == MPLL)

62 r = clk_power->MPLLCON;

63 else if (pllreg == UPLL)

64 r = clk_power->UPLLCON;

65 else

66 hang();

67

68 m = ((r & 0xFF000) >> 12) + 8;

69 p = ((r & 0x003F0) >> 4) + 2;

70 s = r & 0x3;

71

72 /* 同时支持S3C2410和S3C2440, by www.100ask.net */

73 if (gd->bd->bi_arch_number == MACH_TYPE_SMDK2410)

74 return((CONFIG_SYS_CLK_FREQ * m) / (p << s));

75 else

76 return((CONFIG_SYS_CLK_FREQ * m * 2) / (p << s)); /* S3C2440 */

77 }

78

由于分频系数的设置方法也不一样,get_HCLK、get_PCLK也需要修改。对于S3C2410,沿用原来的计算方法,else分支中是S3C2440的代码:

85 /* for s3c2440 */

86 #define S3C2440_CLKDIVN_PDIVN (1<<0)

87 #define S3C2440_CLKDIVN_HDIVN_MASK (3<<1)

88 #define S3C2440_CLKDIVN_HDIVN_1 (0<<1)

89 #define S3C2440_CLKDIVN_HDIVN_2 (1<<1)

90 #define S3C2440_CLKDIVN_HDIVN_4_8 (2<<1)

91 #define S3C2440_CLKDIVN_HDIVN_3_6 (3<<1)

92 #define S3C2440_CLKDIVN_UCLK (1<<3)

93

94 #define S3C2440_CAMDIVN_CAMCLK_MASK (0xf<<0)

95 #define S3C2440_CAMDIVN_CAMCLK_SEL (1<<4)

96 #define S3C2440_CAMDIVN_HCLK3_HALF (1<<8)

97 #define S3C2440_CAMDIVN_HCLK4_HALF (1<<9)

98 #define S3C2440_CAMDIVN_DVSEN (1<<12)

99

100 /* return HCLK frequency */

101 ulong get_HCLK(void)

102 {

103 S3C24X0_CLOCK_POWER * const clk_power = S3C24X0_GetBase_CLOCK_POWER();

104 unsigned long clkdiv;

105 unsigned long camdiv;

106 int hdiv = 1;

107

108 /* 同时支持S3C2410和S3C2440, by www.100ask.net */

109 if (gd->bd->bi_arch_number == MACH_TYPE_SMDK2410)

110 return((clk_power->CLKDIVN & 0x2) ? get_FCLK()/2 : get_FCLK());

111 else

112 {

113 clkdiv = clk_power->CLKDIVN;

114 camdiv = clk_power->CAMDIVN;

115

116 /* 计算分频比 */

117

118 switch (clkdiv & S3C2440_CLKDIVN_HDIVN_MASK) {

119 case S3C2440_CLKDIVN_HDIVN_1:

120 hdiv = 1;

121 break;

122

123 case S3C2440_CLKDIVN_HDIVN_2:

124 hdiv = 2;

125 break;

126

127 case S3C2440_CLKDIVN_HDIVN_4_8:

128 hdiv = (camdiv & S3C2440_CAMDIVN_HCLK4_HALF) ? 8 : 4;

129 break;

130

131 case S3C2440_CLKDIVN_HDIVN_3_6:

132 hdiv = (camdiv & S3C2440_CAMDIVN_HCLK3_HALF) ? 6 : 3;

133 break;

134 }

135

136 return get_FCLK() / hdiv;

137 }

138 }

139

140 /* return PCLK frequency */

141 ulong get_PCLK(void)

142 {

143 S3C24X0_CLOCK_POWER * const clk_power = S3C24X0_GetBase_CLOCK_POWER();

144 unsigned long clkdiv;

145 unsigned long camdiv;

146 int hdiv = 1;

147

148 /* 同时支持S3C2410和S3C2440, by www.100ask.net */

149 if (gd->bd->bi_arch_number == MACH_TYPE_SMDK2410)

150 return((clk_power->CLKDIVN & 0x1) ? get_HCLK()/2 : get_HCLK());

151 else

152 {

153 clkdiv = clk_power->CLKDIVN;

154 camdiv = clk_power->CAMDIVN;

155

156 /* 计算分频比 */

157

158 switch (clkdiv & S3C2440_CLKDIVN_HDIVN_MASK) {

159 case S3C2440_CLKDIVN_HDIVN_1:

160 hdiv = 1;

161 break;

162

163 case S3C2440_CLKDIVN_HDIVN_2:

164 hdiv = 2;

165 break;

166

167 case S3C2440_CLKDIVN_HDIVN_4_8:

168 hdiv = (camdiv & S3C2440_CAMDIVN_HCLK4_HALF) ? 8 : 4;

169 break;

170

171 case S3C2440_CLKDIVN_HDIVN_3_6:

172 hdiv = (camdiv & S3C2440_CAMDIVN_HCLK3_HALF) ? 6 : 3;

173 break;

174 }

175

176 return get_FCLK() / hdiv / ((clkdiv & S3C2440_CLKDIVN_PDIVN)? 2:1);

177 }

178 }

179

现在重新执行“make 100ask24x0_config”和“make all”生成的u-boot.bin文件既可以运行于S3C2410开发板,也可以运行于S3C2440开发板。将它烧入NOR Flash后启动,就可以在串口工具(设置为115200,8N1)中看到提示信息,可以输入各种命令操作U-Boot了。

(4)选择NOR Flash的型号。

但是,现在还无法通过U-Boot命令烧写NOR Flash。本书所用开发板中的NOR Flash型号为AM29LV800,而配置文件include/configs/100ask24x0.h中的默认型号为AM29LV400。修改如下:

#define CONFIG_AMD_LV4001/* uncomment this if you have a LV400 flash */

#if 0

#define CONFIG_AMD_LV8001/* uncomment this if you have a LV800 flash */

#endif

改为:

#if 0

#define CONFIG_AMD_LV4001/* uncomment this if you have a LV400 flash */

#endif

#define CONFIG_AMD_LV8001/* uncomment this if you have a LV800 flash */

本例中NOR Flash的操作函数在board/100ask24x0/flash.c中实现,它支持AM29LV400y和AM29LV800。对于其他型号的NOR Flash,如果符合CFI接口标准,则可以在使用drivers/cfi_flash.c中的接口函数;否则,只好自己编写了。如果要使用cfi_flash.c,如下修改两个文件:

在include/configs/100ask24x0.h中增加以下一行:

#define CFG_FLASH_CFI_DRIVER 1

在board/100ask24x0/Makefile中去掉flash.o:

COBJS:= 100ask24x0.o flash.o

改为:

COBJS:= 100ask24x0.o

修改好对NOR Flash的支持后,重新编译U-Boot:make clean、make all。运行后可以在串口中看到如下字样:

Flash: 1 MB

现在可以使用loadb、loady等命令通过串口下载文件,然后使用erase、cp命令分别擦除、烧写NOR Flash了,它们的效率比JTAG快上好几倍。

 

[编辑] 2. 支持串口xmodem协议

上面的loadb命令需要配合Linux下的kermit工具来使用,loady命令通过串口ymodem协议来传输文件。Windows下的超级终端虽然支持ymodem,但是它的使用界面实在不友好。而本书推荐使用的Windows工具SecureCRT只支持xmodem和zmodem。为了方便在Windows下开发,现在修改代码增加对xmodem的支持,即增加一个命令loadx。

依照loady的实现来编写代码,首先使用U_BOOT_CMD宏来增加loadx命令:

/* 支持xmodem, www.100ask.net */

U_BOOT_CMD(

loadx, 3, 0,do_load_serial_bin,

"loadx - load binary file over serial line (xmodem mode)\n",

"[ off ] [ baud ]\n"

" - load binary file over serial line"

" with offset 'off' and baudrate 'baud'\n"

);

其次,在do_load_serial_bin函数中增加对loadx命令的处理分支。也是依照loady来实现:

481 /* 支持xmodem, www.100ask.net */

482 if (strcmp(argv[0],"loadx")==0) {

483 printf ("## Ready for binary (xmodem) download "

484 "to 0x%08lX at %d bps...\n",

485 offset,

486 load_baudrate);

487

488 addr = load_serial_xmodem (offset);

489

490 } else if (strcmp(argv[0],"loady")==0) {

491 printf ("## Ready for binary (ymodem) download "

492 "to 0x%08lX at %d bps...\n",

……

第481~490行就是为loadx命令增加的代码。

在第288行调用load_serial_xmodem函数,它是依照load_serial_ymodem实现的一个新函数:

36 #if (CONFIG_COMMANDS & CFG_CMD_LOADB)

37 /* 支持xmodem, www.100ask.net */

38 static ulong load_serial_xmodem (ulong offset);

39 static ulong load_serial_ymodem (ulong offset);

40 #endif

……

995 /* 支持xmodem, www.100ask.net */

996 static ulong load_serial_xmodem (ulong offset)

997 {

……

1003 char xmodemBuf[1024];/* 原来是ymodemBuf,这只是为了与函数名称一致 */

……

1008 info.mode = xyzModem_xmodem;/* 原来是xyzModem_ymodem,对应ymodem */

……

首先在文件开头增加load_serial_xmodem函数的声明,然后复制load_serial_ymodem函数为load_serial_xmodem,稍作修改:

① 将局部数组ymodemBuf改名为xmodemBuf,并在后面使用到的地方统一修改。这只是为了与函数名称一致。

② info.mode的值从xyzModem_ymodem改为xyzModem_xmodem。

重新编译、烧写u-boot.bin后,就可以使用loadx命令下载文件了。

 

[编辑] 3. 支持网卡芯片CS8900

使用串口来传输文件的速率太低,现在增加对网卡芯片CS8900的支持。

本书使用开发板的网卡芯片CS8900的连接方式与smdk2410完全一样,所以现在的U-Boot中已经支持CS8900了,它的驱动程序为drivers/cs8900.c。只要在U-Boot控制界面中稍加配置就可以使用网络功能。使用网络之前,先设置开发板IP地址、MAC地址,服务器IP地址,比如可以在U-Boot中执行以下命令:

setenv ipaddr 192.168.1.17

setenv ethaddr 08:00:3e:26:0a:5b

setenv serverip 192.168.1.11

saveenv

然后就可以使用tftp或nfs命令下载文件了,注意:服务器上要开启tftp或nfs服务。比如可以使用如下命令将u-boot.bin文件下载到内存0x30000000中:

tftp 0x30000000 u-boot.bin

nfs 0x30000000 192.168.1.57:/work/nfs_root/u-boot.bin

可以修改配置文件,让网卡的各个默认值就是上面设置的值。在此之前,先了解网卡的相关文件,这有助于移植代码以支持其他连接方式的CS8900。

首先,CS8900接在S3C2410、S3C2440的BANK3,位宽为16,使用WAIT、nBE信号。在设置存储控制器时要设置好BANK3。代码在board/100ask24x0/lowlevel_init.S中:

#define B3_BWSCON (DW16 + WAIT + UBLB)

……

/* 时序参数 */

#define B3_Tacs 0x0/* 0clk */

#define B3_Tcos 0x3/* 4clk */

#define B3_Tacc 0x7/* 14clk */

#define B3_Tcoh 0x1/* 1clk */

#define B3_Tah 0x0/* 0clk */

#define B3_Tacp 0x3 /* 6clk */

#define B3_PMC 0x0/* normal */

接下来,还要确定CS8900的基地址。这在配置文件include/configs/100ask24x0.h中定义:

#define CONFIG_DRIVER_CS89001/* 使用CS8900 */

#define CS8900_BASE0x19000300/* 基地址 */

#define CS8900_BUS161 /* 位宽为16 */

从第6章可以知道网卡CS8900的访问基址为0x19000000,之所以再偏移0x300是由它的特性决定的。

最后,还是在配置文件include/configs/100ask24x0.h中定义CS8900的各个默认地址:

#define CONFIG_ETHADDR08:00:3e:26:0a:5b

#define CONFIG_NETMASK 255.255.255.0

#define CONFIG_IPADDR192.168.1.17

#define CONFIG_SERVERIP192.168.1.11

额外的,如果要增加ping命令,还可以在配置文件include/configs/100ask24x0.h的宏CONFIG_COMMANDS中增加CFG_CMD_PING,如下:

#define CONFIG_COMMANDS \

(CONFIG_CMD_DFL | \

CFG_CMD_CACHE | \

CFG_CMD_PING | \

……

 

[编辑] 4. 支持NAND Flash

U-Boot 1.1.6中对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。文档doc/README.nand对这两套代码有所说明:使用旧代码需要定义更多的宏,而新代码移植自Linux内核2.6.12,它更加智能,可以自动识别更多型号的NAND Flash。目前之所以还保留旧的代码,是因为两个目标板NETTA、NETTA_ISDN使用JFFS文件系统,它们还依赖于旧代码。当相关功能移植到新代码之后,旧的代码将从U-Boot中去除。

要让U-Boot支持NAND Flash,首先在配置文件include/configs/100ask24x0.h的宏CONFIG_COMMANDS中增加CFG_CMD_NAND,如下:

#define CONFIG_COMMANDS \

(CONFIG_CMD_DFL | \

CFG_CMD_CACHE | \

CFG_CMD_PING | \

CFG_CMD_NAND| \

……

然后选择使用哪套代码:在配置文件中定义宏CFG_NAND_LEGACY则使用旧代码,否则使用新代码。

使用旧代码时,需要实现drivers/nand_legacy/nand_legacy.c中使用到的各种宏,比如:

#define NAND_WAIT_READY(nand)/* 等待Nand Flash的状态为“就绪”,代码依赖于具体的开发板 */

#define WRITE_NAND_COMMAND(d, adr)/* 写NAND Flash命令,代码依赖于具体的开发板 */

本书使用新代码,下面讲述移植过程。

代码的移植没有现成的文档,可以在配置文件include/configs/100ask24x0.h的宏CONFIG_COMMANDS中增加CFG_CMD_NAND后,就编译代码,然后一个一个地解决出现的错误。编译结果中出现的错误和警告如下:

nand.h:412: error: `NAND_MAX_CHIPS' undeclared here (not in a function)

nand.c:35: error: `CFG_MAX_NAND_DEVICE' undeclared here (not in a function)

nand.c:38: error: `CFG_NAND_BASE' undeclared here (not in a function)

nand.c:35: error: storage size of `nand_info' isn't known

nand.c:37: error: storage size of `nand_chip' isn't known

nand.c:38: error: storage size of `base_address' isn't known

nand.c:37: warning: 'nand_chip' defined but not used

nand.c:38: warning: 'base_address' defined but not used

在配置文件include/configs/100ask24x0.h中增加如下3个宏就可以解决上述错误。在Flash的驱动程序中,设备是逻辑上的概念,表示一组相同结构、访问函数相同的Flash芯片。在本书所用开发板中,只有一个NAND Flash芯片,所以设备数为1,芯片数也为1。

#define CFG_NAND_BASE 0/* 无实际意义:基地址,这在board_nand_init中重新指定 */

#define CFG_MAX_NAND_DEVICE 1/* NAND Flash“设备”的数目为1 */

#define NAND_MAX_CHIPS 1/* 每个NAND Flash“设备”由1个NAND Flash“芯片”组成 */

修改配置文件后再次编译,现在只有一个错误了,“board_nand_init函数未定义”:

nand.c:50: undefined reference to `board_nand_init'

调用board_nand_init函数的过程为:NAND Flash的初始化入口函数是nand_init,它在lib_arm/board.c的start_armboot函数中被调用;nand_init函数在drivers/nand/nand.c中实现,它调用相同文件中的nand_init_chip函数;nand_init_chip函数首先调用board_nand_init函数来初始化NAND Flash设备,最后才是统一的识别过程。

从board_nand_init函数的名称就可以知道它是平台/开发板相关的函数,需要自己编写。本书在cpu/arm920t/s3c24x0目录下新建一个文件nand_flash.c,在里面针对S3C2410、S3C2440实现了统一的board_nand_init函数。

在编写board_nand_init函数的之前,需要针对S3C2410、S3C2440 NAND Flash控制器的不同定义一些数据结构和函数:

(1)在include/s3c24x0.h文件中增加S3C2440_NAND数据结构。

/* NAND FLASH (see S3C2440 manual chapter 6, www.100ask.net) */

typedef struct {

S3C24X0_REG32 NFCONF;

S3C24X0_REG32 NFCONT;

S3C24X0_REG32 NFCMD;

S3C24X0_REG32 NFADDR;

S3C24X0_REG32 NFDATA;

S3C24X0_REG32 NFMECCD0;

S3C24X0_REG32 NFMECCD1;

S3C24X0_REG32 NFSECCD;

S3C24X0_REG32 NFSTAT;

S3C24X0_REG32 NFESTAT0;

S3C24X0_REG32 NFESTAT1;

S3C24X0_REG32 NFMECC0;

S3C24X0_REG32 NFMECC1;

S3C24X0_REG32 NFSECC;

S3C24X0_REG32 NFSBLK;

S3C24X0_REG32 NFEBLK;

} /*__attribute__((__packed__))*/ S3C2440_NAND;

(2)在include/s3c2410.h文件中仿照S3C2410_GetBase_NAND函数定义S3C2440_GetBase_NAND函数。

/* for s3c2440, www.100ask.net */

static inline S3C2440_NAND * const S3C2440_GetBase_NAND(void)

{

return (S3C2440_NAND * const)S3C2410_NAND_BASE;

}

既然新的NAND Flash代码是从Linux内核2.6.12中移植来的,那么cpu/arm920t/s3c24x0/nand_flash.c文件也可以仿照内核中,对S3C2410、S3C2440的NAND Flash进行初始化的drivers/mtd/nand/s3c2410.c文件来编写。为了方便阅读,先把cpu/arm920t/s3c24x0/nand_flash.c文件的代码全部列出来,再讲解:

01 /*

02 * s3c2410/s3c2440的NAND Flash控制器接口, www.100ask.net

03 * 修改自Linux内核2.6.13文件drivers/mtd/nand/s3c2410.c

04 */

05

06 #include <common.h>

07

08 #if (CONFIG_COMMANDS & CFG_CMD_NAND) && !defined(CFG_NAND_LEGACY)

09 #include <s3c2410.h>

10 #include <nand.h>

11

12 DECLARE_GLOBAL_DATA_PTR;

13

14 #define S3C2410_NFSTAT_READY (1<<0)

15 #define S3C2410_NFCONF_nFCE (1<<11)

16

17 #define S3C2440_NFSTAT_READY (1<<0)

18 #define S3C2440_NFCONT_nFCE (1<<1)

19

20

21 /* S3C2410:NAND Flash的片选函数 */

22 static void s3c2410_nand_select_chip(struct mtd_info *mtd, int chip)

23 {

24 S3C2410_NAND * const s3c2410nand = S3C2410_GetBase_NAND();

25

26 if (chip == -1) {

27 s3c2410nand->NFCONF |= S3C2410_NFCONF_nFCE;/* 禁止片选信号 */

28 } else {

29 s3c2410nand->NFCONF &= ~S3C2410_NFCONF_nFCE;/* 使能片选信号 */

30 }

31 }

32

33 /* S3C2410:命令和控制函数

34 *

35 * 注意,这个函数仅仅根据各种命令来修改“写地址”IO_ADDR_W 的值(这称为tglx方法),

36 * 这种方法使得平台/开发板相关的代码很简单。

37 * 真正发出命令是在上一层NAND Flash的统一的驱动中实现,

38 * 它首先调用这个函数修改“写地址”,然后才分别发出控制、地址、数据序列。

39 */

40 static void s3c2410_nand_hwcontrol(struct mtd_info *mtd, int cmd)

41 {

42 S3C2410_NAND * const s3c2410nand = S3C2410_GetBase_NAND();

43 struct nand_chip *chip = mtd->priv;

44

45 switch (cmd) {

46 case NAND_CTL_SETNCE:

47 case NAND_CTL_CLRNCE:

48 printf("%s: called for NCE\n", __FUNCTION__);

49 break;

50

51 case NAND_CTL_SETCLE:

52 chip->IO_ADDR_W = (void *)&s3c2410nand->NFCMD;

53 break;

54

55 case NAND_CTL_SETALE:

56 chip->IO_ADDR_W = (void *)&s3c2410nand->NFADDR;

57 break;

58

59 /* NAND_CTL_CLRCLE: */

60 /* NAND_CTL_CLRALE: */

61 default:

62 chip->IO_ADDR_W = (void *)&s3c2410nand->NFDATA;

63 break;

64 }

65 }

66

67 /* S3C2410:查询NAND Flash状态

68 *

69 * 返回值:0 – 忙, 1 – 就绪

70 */

71 static int s3c2410_nand_devready(struct mtd_info *mtd)

72 {

73 S3C2410_NAND * const s3c2410nand = S3C2410_GetBase_NAND();

74

75 return (s3c2410nand->NFSTAT & S3C2410_NFSTAT_READY);

76 }

77

78

79 /* S3C2440:NAND Flash的片选函数 */

80 static void s3c2440_nand_select_chip(struct mtd_info *mtd, int chip)

81 {

82 S3C2440_NAND * const s3c2440nand = S3C2440_GetBase_NAND();

83

84 if (chip == -1) {

85 s3c2440nand->NFCONT |= S3C2440_NFCONT_nFCE;/* 禁止片选信号 */

86 } else {

87 s3c2440nand->NFCONT &= ~S3C2440_NFCONT_nFCE;/* 使能片选信号 */

88 }

89 }

90

91 /* S3C2440:命令和控制函数,与s3c2410_nand_hwcontrol函数类似 */

92 static void s3c2440_nand_hwcontrol(struct mtd_info *mtd, int cmd)

93 {

94 S3C2440_NAND * const s3c2440nand = S3C2440_GetBase_NAND();

95 struct nand_chip *chip = mtd->priv;

96

97 switch (cmd) {

98 case NAND_CTL_SETNCE:

99 case NAND_CTL_CLRNCE:

100 printf("%s: called for NCE\n", __FUNCTION__);

101 break;

102

103 case NAND_CTL_SETCLE:

104 chip->IO_ADDR_W = (void *)&s3c2440nand->NFCMD;

105 break;

106

107 case NAND_CTL_SETALE:

108 chip->IO_ADDR_W = (void *)&s3c2440nand->NFADDR;

109 break;

110

111 /* NAND_CTL_CLRCLE: */

112 /* NAND_CTL_CLRALE: */

113 default:

114 chip->IO_ADDR_W = (void *)&s3c2440nand->NFDATA;

115 break;

116 }

117 }

118

119 /* S3C2440:查询NAND Flash状态

120 *

121 * 返回值:0 – 忙, 1 – 就绪

122 */

123 static int s3c2440_nand_devready(struct mtd_info *mtd)

124 {

125 S3C2440_NAND * const s3c2440nand = S3C2440_GetBase_NAND();

126

127 return (s3c2440nand->NFSTAT & S3C2440_NFSTAT_READY);

128 }

129

130 /*

131 * Nand flash硬件初始化:

132 * 设置NAND Flash的时序, 使能NAND Flash控制器

133 */

134 static void s3c24x0_nand_inithw(void)

135 {

136 S3C2410_NAND * const s3c2410nand = S3C2410_GetBase_NAND();

137 S3C2440_NAND * const s3c2440nand = S3C2440_GetBase_NAND();

138

139 #define TACLS 0

140 #define TWRPH0 4

141 #define TWRPH1 2

142

143 if (gd->bd->bi_arch_number == MACH_TYPE_SMDK2410)

144 {

145 /* 使能NAND Flash控制器,初始化ECC,使能片选信号,设置时序 */

146 s3c2410nand->NFCONF = (1<<15)|(1<<12)|(1<<11)|(TACLS<<8)|(TWRPH0<<4)|(TWRPH1<<0);

147 }

148 else

149 {

150 /* 设置时序 */

151 s3c2440nand->NFCONF = (TACLS<<12)|(TWRPH0<<8)|(TWRPH1<<4);

152 /* 初始化ECC,使能NAND Flash控制器,使能片选信号 */

153 s3c2440nand->NFCONT = (1<<4)|(0<<1)|(1<<0);

154 }

155 }

156

157 /*

158 * 被drivers/nand/nand.c调用, 初始化NAND Flash硬件,初始化访问接口函数

159 */

160 void board_nand_init(struct nand_chip *chip)

161 {

162 S3C2410_NAND * const s3c2410nand = S3C2410_GetBase_NAND();

163 S3C2440_NAND * const s3c2440nand = S3C2440_GetBase_NAND();

164

165 s3c24x0_nand_inithw();/* Nand flash硬件初始化 */

166

167 if (gd->bd->bi_arch_number == MACH_TYPE_SMDK2410) {

168 chip->IO_ADDR_R = (void *)&s3c2410nand->NFDATA;

169 chip->IO_ADDR_W = (void *)&s3c2410nand->NFDATA;

170 chip->hwcontrol = s3c2410_nand_hwcontrol;

171 chip->dev_ready = s3c2410_nand_devready;

172 chip->select_chip = s3c2410_nand_select_chip;

173 chip->options = 0;/* 设置位宽等,位宽为8 */

174 } else {

175 chip->IO_ADDR_R = (void *)&s3c2440nand->NFDATA;

176 chip->IO_ADDR_W = (void *)&s3c2440nand->NFDATA;

177 chip->hwcontrol = s3c2440_nand_hwcontrol;

178 chip->dev_ready = s3c2440_nand_devready;

179 chip->select_chip = s3c2440_nand_select_chip;

180 chip->options = 0;/* 设置位宽等,位宽为8 */

181 }

182

183 chip->eccmode = NAND_ECC_SOFT;/* ECC较验方式:软件ECC */

184 }

185

186 #endif

文件中分别针对S3C2410、S3C2440实现了NAND Flash最底层访问函数,并进行了一些硬件的设置(比如时序、使能NAND Flash控制器等)。新的代码对NAND Flash的封装做得很好,只要向上提供底层初始化函数board_nand_init来设置好平台/开发板相关的初始化、提供底层接口即可。

最后,只要将新建的nand_flash.c文件编入U-Boot中就可以擦除、读写NAND Flash了。如下修改cpu/arm920t/s3c24x0/Makefile文件即可:

COBJS = i2c.o interrupts.o serial.o speed.o \

usb_ohci.o

改为:

COBJS = i2c.o interrupts.o serial.o speed.o \

usb_ohci.o nand_flash.o

现在,可以使用新编译的u-boot.bin烧写内核映像到NAND Flash去了,请参考15.2.6。

 

[编辑] 5. 支持烧写yaffs文件系统映像

在实际生产中,可以通过烧片器等手段将内核、文件系统映像烧入固态存储设备中,Bootloader不需要具备烧写功能。但为了方便开发,通常在Bootloader中增加烧写内核、文件系统映像文件的功能。

增加了NAND Flash功能的U-Boot 1.1.6已经可以通过“nand write ……”、“nand write.jffs2 ……”等命令来烧写内核,cramfs、jffs2文件系统映像文件。但是在NAND Flash上,yaffs文件系统的性能更佳,下面增加“nand write.yaffs ……”命令以烧写yaffs文件系统映像文件。

“nand write.yaffs ……”字样的命令中,“nand”是具体命令,“write.yaffs ……”是参数。nand命令在common/cmd_nand.c中实现:

U_BOOT_CMD(nand, 5, 1, do_nand,

"nand - NAND sub-system\n",

"info - show available NAND devices\n"

"nand device [dev] - show or set current device\n"

"nand read[.jffs2] - addr off|partition size\n"

"nand write[.jffs2] - addr off|partiton size - read/write `size' bytes starting\n"

" at offset `off' to/from memory address `addr'\n"

……

先在其中增加“nand write.yaffs ……”的使用说明:

U_BOOT_CMD(nand, 5, 1, do_nand,

"nand - NAND sub-system\n",

"info - show available NAND devices\n"

"nand device [dev] - show or set current device\n"

"nand read[.jffs2] - addr off|partition size\n"

"nand write[.jffs2] - addr off|partiton size - read/write `size' bytes starting\n"

" at offset `off' to/from memory address `addr'\n"

"nand read.yaffs addr off size - read the `size' byte yaffs image starting\n"

" at offset `off' to memory address `addr'\n"

"nand write.yaffs addr off size - write the `size' byte yaffs image starting\n"

" at offset `off' from memory address `addr'\n"

……

然后,在nand命令的处理函数do_nand中增加对“write.yaffs ……”的支持。do_nand函数仍在common/cmd_nand.c中实现,代码修改如下:

331 (!strcmp(s, ".jffs2") || !strcmp(s, ".e") || !strcmp(s, ".i"))) {

……

354 }else if ( s != NULL && !strcmp(s, ".yaffs")){

355 if (read) {

356 /* read */

357 nand_read_options_t opts;

358 memset(&opts, 0, sizeof(opts));

359 opts.buffer = (u_char*) addr;

360 opts.length = size;

361 opts.offset = off;

362 opts.readoob = 1;

363 opts.quiet = quiet;

364 ret = nand_read_opts(nand, &opts);

365 } else {

366 /* write */

367 nand_write_options_t opts;

368 memset(&opts, 0, sizeof(opts));

369 opts.buffer = (u_char*) addr;/* yaffs文件系统映像存放的地址 */

370 opts.length = size;/* 长度 */

371 opts.offset = off;/* 要烧写到的NAND Flash的偏移地址 */

372 /* opts.forceyaffs = 1; *//* 计算ECC码的方法,没有使用 */

373 opts.noecc = 1; /* 不需要计算ECC,yaffs映像中有OOB数据 */

374 opts.writeoob = 1;/* 写OOB区 */

375 opts.blockalign = 1;/* 每个“逻辑上的块”大小为1个“物理块” */

376 opts.quiet = quiet;/* 是否打印提示信息 */

377 opts.skipfirstblk = 1;/* 跳过第一个可用块 */

378 ret = nand_write_opts(nand, &opts);

379 }

380 } else {

……

385 }

386

第354~379行就是针对命令“nand read.yaffs ……”、“nand write.yaffs ……”增加的代码。有兴趣的读者可以自己分析“if (read)”分支的代码,下面只讲解“else”分支,即“nand write.yaffs ……”命令的实现。

NAND Flash每一页大小为(512+16)字节(还有其他格式的NAND Flash,比如每页大小为(256+8)、(2048+64)等),其中的512字节就是一般存储数据的区域,16字节称为OOB(Out Of Band)区。通常在OOB区存放坏块标记、前面512字节的ECC较验码等。

cramfs、jffs2文件系统映像文件中并没有OOB区的内容,如果将它们烧入NOR Flash中,则是简单的“平铺”关系;如果将它们烧入NAND Flash中,则NAND Flash的驱动程序首先根据OOB的标记略过坏块,然后将一页数据(512字节)写入后,还会计算这512字节的ECC较验码,最后将它写入OOB区,如此循环。cramfs、jffs2文件系统映像文件的大小通常是512的整数倍。

而yaffs文件系统映像文件的格式则跟它们不同,文件本身就包含了OOB区的数据(里面有坏块标记、ECC较验码、其他yaffs相关的信息)。所以烧写时,不需要再计算ECC值,首先检查是否坏块(是则跳过),然后写入512字节的数据,最后写入16字节的OOB数据,如此循环。yaffs文件系统映像文件的大小是(512+16)的整数倍。

注意:烧写yaffs文件系统映像时,分区上第一个可用的(不是坏块)块也要跳过。

下面分析上面的代码。

第369~371行设置源地址、目的地址、长度。烧写yaffs文件系统映像前,一般通过网络将它下载到内存某个地址处(比如0x30000000),然后通过类似“nand write.yaffs 0x30000000 0x00A00000 $(filesize)”的命令烧到NAND Flash的偏移地址0x00A00000处。对于这个命令,第369行中opts.buffer等于0x30000000,第370行中opts.length等于$(filesize)的值,就是前面下载的文件的大小,第371行中的opts.offset等于0x00A00000。

这里列出不使用的第372行,是因为opts.forceyaffs这个名字很有欺骗性,它其实是指计算ECC较验码的一种方法。烧写yaffs文件系统映像时,不需要计算ECC较验码。

第373、374行指定烧写数据时不计算ECC较验码、而是烧入文件中的OOB数据。

第375行指定“逻辑块”的大小,“逻辑块”可以由多个“物理块”组成,在yaffs文件系统映像中,它们是1:1的关系。

第377行的opts.skipfirstblk是新加的项,nand_write_options_t结构中没有skipfirstblk成员。它表示烧写时跳过第一个可用的逻辑块──这是由yaffs文件系统的特性决定的。

既然skipfirstblk是在nand_write_options_t结构中新加的项,那么就要重新定义nand_write_options_t结构,并在下面调用的nand_write_opts函数中对它进行处理。

首先在include/nand.h中如下修改,增加skipfirstblk成员:

struct nand_write_options {

u_char *buffer;/* memory block containing image to write */

ulong length;/* number of bytes to write */

ulong offset;/* start address in NAND */

int quiet;/* don't display progress messages */

int autoplace;/* if true use auto oob layout */

int forcejffs2;/* force jffs2 oob layout */

int forceyaffs;/* force yaffs oob layout */

int noecc;/* write without ecc */

int writeoob;/* image contains oob data */

int pad;/* pad to page size */

int blockalign;/* 1|2|4 set multiple of eraseblocks to align to */

int skipfirstblk; /* 新加,烧写时跳过第一个可用的逻辑块 */

};

typedef struct nand_write_options nand_write_options_t;

然后,修改nand_write_opts函数增加对skipfirstblk成员的支持。它在drivers/nand/nand_util.c文件中,下面的第301、第430~435行是新加的:

285 int nand_write_opts(nand_info_t *meminfo, const nand_write_options_t *opts)

286 {

……

300 int result;

301 int skipfirstblk = opts->skipfirstblk;

……

430 /* skip the first good block when wirte yaffs image, by www.100ask.net */

431 if (skipfirstblk) {

432 mtdoffset += erasesize_blockalign;

433 skipfirstblk = 0;

434 continue;

435 }

……

进行了上面的移植后,U-Boot已经可以烧yaffs文件系统映像了。由于前面设置“opts.noecc = 1”不使用ECC较验码,在烧写过程中会出现很多的提示信息:

Writing data without ECC to NAND-FLASH is not recommended

可以修改drivers/nand/nand_base.c文件的nand_write_page函数将它去掉:

917 case NAND_ECC_NONE:

918 printk (KERN_WARNING "Writing data without ECC to NAND-FLASH is not recommended\n");

改为:

917 case NAND_ECC_NONE:

918 //printk (KERN_WARNING "Writing data without ECC to NAND-FLASH is not recommended\n");

 

[编辑] 6. 修改默认配置参数以方便使用

前面移植网卡芯片CS8900时,已经设置过默认IP地址等。为了使用U-Boot时减少一些设置,现在修改配置文件include/configs/100ask24x0.h增加默认配置参数,其中一些在移植过程中已经增加的选项这里也再次说明。

(1)Linux启动参数。

增加如下3个宏:

#define CONFIG_SETUP_MEMORY_TAGS 1/* 向内核传递内存分布信息 */

#define CONFIG_CMDLINE_TAG 1/* 向内核传递命令行参数 */

/* 默认命令行参数 */

#define CONFIG_BOOTARGS "noinitrd root="/dev/mtdblock2" init="/linuxrc" console="ttySAC0""

(2)自动启动命令。

增加如下2个宏:

/* 自动启动前延时3秒 */

#define CONFIG_BOOTDELAY3

/* 自动启动的命令 */

#define CONFIG_BOOTCOMMAND “nboot 0x32000000 0 0; bootm 0x32000000”

自动启动时(开机3秒内无输入),首先执行“nboot 0x32000000 0 0”命令将第0个NAND Flash偏移地址0上的映像文件复制到内存0x32000000中;然后执行“bootm 0x32000000”命令启动内存中的映像。

(3)默认网络设置。

根据具体网络环境增加、修改下面4个宏:

#define CONFIG_ETHADDR08:00:3e:26:0a:5b

#define CONFIG_NETMASK 255.255.255.0

#define CONFIG_IPADDR192.168.1.17

#define CONFIG_SERVERIP192.168.1.11

 

[编辑] 15.2.6 U-Boot的常用命令

[编辑] 1. U-Boot的常用命令的用法

进入U-Boot控制界面后,可以运行各种命令,比如下载文件到内存,擦除、读写Flash,运行内存、NOR Flash、NAND Flash中的程序,查看、修改、比较内存中的数据等。

使用各种命令时,可以使用其开头的若干个字母代替它。比如tftpboot命令,可以使用t、tf、tft、tftp等字母代替,只要其他命令不以这些字母开头即可。

当运行一个命令之后,如果它是可重复执行的(代码中使用U_BOOT_CMD定义这个命令时,第3个参数是1),若想再次运行可以直接输入回车。

U-Boot接受的数据都是16进制,输入时可以省略前缀0x、0X。

下面介绍常用的命令:

(1)帮助命令help。

运行help命令可以看到U-Boot中所有命令的作用,如果要查看某个命令的使用方法,运行“help 命令名”,比如“help bootm”。

可以使用“?”来代替“help”,比如直接输入“?”、“? bootm”。

(2)下载命令。

U-Boot支持串口下载、网络下载,相关命令有:loadb、loads、loadx、loady和tftpboot、nfs。

前几个串口下载命令使用方法相似,以loadx命令为例,它的用法为“loadx [ off ] [ baud ]”。中括号“[]”表示里面的参数可以省略,off表示文件下载后存放的内存地址,baud表示使用的波特率。如果baud参数省略,则使用当前的波特率;如果off参数省略,存放的地址为配置文件中定义的宏CFG_LOAD_ADDR。

tftpboot命令使用TFTP协议从服务器下载文件,服务器的IP地址为环境变量serverip。用法为“tftpboot [loadAddress] [bootfilename]”,loadAddress表示文件下载后存放的内存地址,bootfilename表示要下载的文件的名称。如果loadAddress省略,存放的地址为配置文件中定义的宏CFG_LOAD_ADDR;如果bootfilename省略,则使用单板的IP地址构造一个文件名,比如单板IP为192.168.1.17,则缺省的文件名为C0A80711.img。

nfs命令使用NFS协议下载文件,用法为“nfs [loadAddress] [host ip addr:bootfilename]”。loadAddress、bootfilename的意义与tftpboot命令一样,host ip addr表示服务器的IP地址,默认为环境变量serverip。

下载文件成功后,U-Boot会自动创建或更新环境变量filesize,它表示下载的文件的长度,可以在后续命令中使用“$(filesize)”来引用它。

(3)内存操作命令。

常用的命令有:查看内存命令md、修改内存命令md、填充内存命令mw、拷贝命令cp。这些命令都可以带上后缀“.b”、“.w”或“.l”,表示以字节、字(2个字节)、双字(4个字节)为单位进行操作。比如“cp.l 30000000 31000000 2”将从开始地址0x30000000处,拷贝2个双字到开始地址为0x31000000的地方。

md命令用法为“md[.b, .w, .l] address [count]”,表示以字节、字或双字(默认为双字)为单位,显示从地址address开始的内存数据,显示的数据个数为count。

mm命令用法为“mm[.b, .w, .l] address”,表示以字节、字或双字(默认为双字)为单位,从地址address开始修改内存数据。执行mm命令后,输入新数据后回车,地址会自动增加,Ctrl+C退出。

mw命令用法为“mw[.b, .w, .l] address value [count]”,表示以字节、字或双字(默认为双字)为单位,往开始地址为address的内存中填充count个数据,数据值为value。

cp命令用法为“cp[.b, .w, .l] source target count”,表示以字节、字或双字(默认为双字)为单位,从源地址source的内存拷贝count个数据到目的地址的内存。

(4)NOR Flash操作命令。

常用的命令有查看Flash信息的flinfo命令、加/解写保护命令protect、擦除命令erase。由于NOR Flash的接口与一般内存相似,所以一些内存命令可以在NOR Flash上使用,比如读NOR Flash时可以使用md、cp命令,写NOR Flash时可以使用cp命令(cp根据地址分辨出是NOR Flash,从而调用NOR Flash驱动完成写操作)。

直接运行“flinfo”即可看到NOR Flash的信息,有NOR Flash的型号、容量、各扇区的开始地址、是否只读等信息。比如对于本书基于的开发板,flinfo命令的结果如下:

Bank # 1: AMD: 1x Amd29LV800BB (8Mbit)

Size: 1 MB in 19 Sectors

Sector Start Addresses:

00000000 (RO) 00004000 (RO) 00006000 (RO) 00008000 (RO) 00010000 (RO)

00020000 (RO) 00030000 00040000 00050000 00060000

00070000 00080000 00090000 000A0000 000B0000

000C0000 000D0000 000E0000 000F0000 (RO)

其中的RO表示该扇区处于写保护状态,只读。

对于只读的扇区,在擦除、烧写它之前,要先解除写保护。最简单的命令为“protect off all”,解除所有NOR Flash的写保护。

erase命令常用的格式为“erase start end”──擦除的地址范围为start至end、“erase start +len”──擦除的地址范围为start至(start + len – 1),“erase all”──表示擦除所有NOR Flash。

注意:其中的地址范围,刚好是一个扇区的开始地址到另一个(或同一个)扇区的结束地址。比如要擦除Amd29LV800BB的前5个扇区,执行的命令为“erase 0 0x2ffff”,而非“erase 0 0x30000”。

(5)NAND Flash操作命令。

NAND Flash操作命令只有一个:nand,它根据不同的参数进行不同操作,比如擦除、读取、烧写等。

“nand info”查看NAND Flash信息。

“nand erase [clean] [off size]”擦除NAND Flash。加上“clean”时,表示在每个块的第一个扇区的OOB区加写入清除标记;off、size表示要擦除的开始偏移地址和长度,如果省略off和size,表示要擦除整个NAND Flash。

“nand read[.jffs2] addr off size”从NAND Flash偏移地址off处读出size个字节的数据,存放到开始地址为addr的内存中。是否加后缀“.jffs”的差别只是读操作时的ECC较验方法不同。

“nand write[.jffs2] addr off size”把开始地址为addr的内存中的size个字节数据,写到NAND Flash的偏移地址off处。是否加后缀“.jffs”的差别只是写操作时的ECC较验方法不同。

“nand read.yaffs addr off size”从NAND Flash偏移地址off处读出size个字节的数据(包括OOB区域),存放到开始地址为addr的内存中。

“nand write.yaffs addr off size”把开始地址为addr的内存中的size个字节数据(其中有要写入OOB区域的数据),写到NAND Flash的偏移地址off处。

“nand dump off”,将NAND Flash偏移地址off的一个扇区的数据打印出来,包括OOB数据。

(6)环境变量命令。

“printenv”命令打印全部环境变量,“printenv name1 name2 ...”打印名字为name1、name2、……”的环境变量。

“setenv name value”设置名字为name的环境变量的值为value。

“setenv name”删除名字为name的环境变量。

上面的设置、删除操作只是在内存中进行,“saveenv”将更改后的所有环境变量写入NOR Flash中。

(7)启动命令。

不带参数的“boot”、“bootm”命令都是执行环境变量bootcmd所指定的命令。

“bootm [addr [arg ...]]”命令启动存放在地址addr处的U-Boot格式的映像文件(使用U-Boot目录tools下的mkimage工具制作得到),[arg ...]表示参数。如果addr参数省略,映像文件所在地址为配置文件中定义的宏CFG_LOAD_ADDR。

“go addr [arg ...]”与bootm命令类似,启动存放在地址addr处的二进制文件, [arg ...]表示参数。

“nboot [[[loadAddr] dev] offset]”命令将NAND Flash设备dev上偏移地址off处的映像文件复制到内存loadAddr处,然后,如果环境变量autostart的值为“yes”,就启动这个映像。如果loadAddr参数省略,存放地址为配置文件中定义的宏CFG_LOAD_ADDR;如果dev参数省略,则它的取值为环境变量bootdevice的值;如果offset参数省略,则默认为0。

 

[编辑] 2. U-Boot命令使用实例

下面通过一个例子来演示如何使用各种命令烧写内核映像文件、yaffs映像文件,并启动系统。

(1)制作内核映像文件。

对于本书使用的Linux 2.6.22.6版本,编译内核时可以直接生成U-Boot格式的映像文件uImage。

对于不能直接生成uImage的内核,制作方法在U-Boot根目录下的README文件中有说明,假设已经编译好的内核文件为vmlinux,它是ELF格式的。mkimage是U-Boot目录tools下的工具,它在编译U-Boot时自动生成。执行以下3个命令将内核文件vmlinux制作为U-Boot格式的映像文件uImage,它们首先将vmlinux转换为二进制格式,然后压缩,最后构造头部信息(里面包含有文件名称、大小、类型、CRC较验码等):

① arm-linux-objcopy -O binary -R .note -R .comment -S vmlinux linux.bin

② gzip -9 linux.bin

③ mkimage -A arm -O linux -T kernel -C gzip -a 0x30008000 -e 0x30008000 -n "Linux Kernel Image" -d linux.bin.gz uImage

(2)烧写内核映像文件uImage。

首先将uImage放在主机上的tftp或nfs目录下,确保已经开启tftp或nfs服务。

然后运行如下命令下载文件,擦除、烧写NAND Flash:

① tftp 0x30000000 uImage 或 nfs 0x30000000 192.168.1.57:/work/nfs_root/uImage

② nand erase 0x0 0x00200000

③ nand write.jffs2 0x30000000 0x0 $(filesize)

第3条命令之所以使用“nand write.jffs2”而不是“nand write”,是因为前者不要求文件的长度是页对齐的(512字节对齐)。也可以使用“nand write”,但是需要将命令中的长度参数改为$(filesize)向上进行512取整后的值。比如uImage的大小为1540883,向上进行512取整后为1541120(即0x178400),可以使用命令“nand write 0x30000000 0x0 0x178400”进行烧写。

(3)烧写yaffs文件系统映像。

假设yaffs文件系统映像的文件名为yaffs.img,首先将它放在主机上的tftp或nfs目录下,确保已经开启tftp或nfs服务;然后执行如下命令下载、擦除、烧写:

① tftp 0x30000000 yaffs.img 或 nfs 0x30000000 192.168.1.57:/work/nfs_root/yaffs.img

② nand erase 0xA00000 0x3600000

③ nand write.yaffs 0x30000000 0xA00000 $(filesize)

这时,重启系统,在U-Boot倒数3秒之后,就会自动启动Linux系统。

(4)烧写jffs2文件系统映像。

假设jffs2文件系统映像的文件名为jffs2.img,首先将它放在主机上的tftp或nfs目录下,确保已经开启tftp或nfs服务;然后执行如下命令下载、擦除、烧写:

① tftp 0x30000000 jffs2.img 或 nfs 0x30000000 192.168.1.57:/work/nfs_root/jffs2.img

② nand erase 0x200000 0x800000

③ nand write.jffs2 0x30000000 0x200000 $(filesize)

系统启动后,就可以使用“mount -t jffs2 /dev/mtdblock1 /mnt”挂接jffs2文件系统。

 

[编辑] 15.2.7 使用U-Boot来执行程序

在前面的硬件实验中使用JTAG烧写程序到NAND Flash,烧写过程十分缓慢。如果使用U-Boot来烧写NAND Flash,效率会高很多。烧写二进制文件到NAND Flash中所使用的命令与上面烧写内核映像文件uImage的过程类似,只是不需要将二进制文件制作成U-Boot格式。

另外,可以将程序下载到内存中,然后使用go命令执行它。假设有一个程序的二进制可执行文件test.bin,连接地址为0x30000000。首先将它放在主机上的tftp或nfs目录下,确保已经开启tftp或nfs服务;然后将它下载到内存0x30000000处,最后使用go命令执行它:

① tftp 0x30000000 test.bin 或 nfs 0x30000000 192.168.1.57:/work/nfs_root/test.bin

② go 0x30000000

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