BootLoader —— S3C2440

原文作者：phosphor，出自：http://bbs.armeasy.com

 

  先来看看扬创的bootloader的实现方法：

  首先：在汇编中初始化堆栈，中断向量表，MMU，时钟，串口等，然后跳到C语言的Main函数。这部分代码小于4K，放在block0。这个Main函数用来将第二段代码拷备到DRAM中并执行。

  其次：进入第二段代码。第二段代码也是先在汇编中初始化堆栈，中断向量表等，然后跳到C语言的Main函数。这部分代码就不用有4K限制了，具体大小由第一段代码决定，因为它本身由第一段代码来搬运。这个Main函数用来显示开机图片以及进度条。然后视串口接收信息运行带有USB下载NK的Eboot或是读取NK映像，启动WINCE系统。

  最后：进入第三段代码。这段代码用于通过USB将PC上的NK.nb0或NK.bin文件下载进NANDFLASH并运行。

  可见，扬创公司光bootloader就分成了三个部分，即3个bin文件组成。然后分别将这三段二进制代码下载进分别从 block0,block2,block8（block12）开始的三块。具体烧写手段采用老掉牙的giveio烧写，就是曾经大名鼎鼎的SJF2440 了，相信不少嵌入式高手都用过，哈哈。如果不小心将bootloader弄丢了，再重烧一片，得等上好几分钟，足够你到外面跑上几千米再回来这么长了。尽管如此，我们的扬创公司仍然拿他们的代码当宝，死活不肯开源。要知道对于买你们板子的人，都是来学习的呀！学习嵌入式系统，bootloader是最基础也是进入嵌入式行业的敲门砖，没有了代码，无疑给学习添加了很大的麻烦，而扬创官方回答却是：用户开发产品用不着修改bootloader.我看扬创没开发过东西，不了解行情。

  不说这么多废话了，说多了无益，让我们一起来揭开bootloader的神秘的面纱吧！

  先说下我移植的bootloader的功能，以及烧录时间，和扬创的做下对比。

  第一次下载bootloader到NANDFLASH的方法：

  方法一：通过扬创的老掉牙的方法，先在ADS1.2里面生成bootloader.bin文件，然后用SJF2440烧写工具，配合giveio将BIN文件烧写进从block0开始的块。大概要花上十分钟左右的样子吧！BIN文件有点大。

  方法二：在ADS1.2环境下，通过AXD将程序映像到DRAM的地址并运行，然后通过运行着的bootloader将本身bootloader的BIN 文件下载至NANDFLASH。很神奇吗？哈哈！本身bootloader运行的地方是ADS可配的，视文件大小可以选配在SRAM，SDRAM下运行，运行之后就可以拿程序本身来烧写代码至NAND了，弄懂原理了也就不足为奇了。这里暂时通过并口 + H-JTAG + WIGGLER的方式。

  方法三：采用multiICE等仿真器下载BIN文件到NAND。

  方法四：将ADS1.2的代码移植到MDK，通过ULINK2仿真，让程序运行在DRAM,然后通过bootloader程序将BIN文件烧写进NAND。

  方法五：还有更多的方法留着你去做呢，哈哈.................

  对比扬创的bootloader，至少有如下好处大家是看得到的吧：

  其一：下载速度至少是扬创的50倍以上。大概以扬创下载整个文件需要3分钟计算，实际用USB下载bootloader仅需1秒，那就是180倍。

  其二：如果手上没有USB的仿真器，那么也仅仅是用并口烧写过一次bootloader就不用了，除非NAND的bootloader被格掉了。如果手上有USB的仿真器，那就彻底不用并口了，这不正是广大笔记本开发者头痛之处么？

  其三：整个bootloader文件只需一个工程文件，即只用一个BIN文件，而且是直接烧写至以block0开始的块。继续神奇？哈哈，2440手册上不是说第一段代码不能大于4K吗？这不是与手册冲突了？再觉得神奇就看代码吧！

  先将整个bootloader的流程图放上来：

先从全局对整个工程有个大体的了解很重要，这样局部一条条的看更容易懂。

由于程序实在太长，这里分几个部分逐步说明。

一：串口配置。

整个bootloader的交互环境全部是通过串口显示的，那么怎么样才能准确无误的显示出想要的字符呢？
首先要知道的是：串口的CLK是挂在PCLK上的。波特率与PCLK有着密切的关系，因此正确设置PCLK，是和正确设置波特率有着千丝万缕的联系的。
S3C2440内置两个PLL电路，即MPLL和UPLL。MPLL给FCLK，HCLK，PCLK提供时钟，UPLL给USB提供时钟。

MPLL=FCLK=(2*m*Fin)/(p*2^s);
m=M+8;
p=P+2;

M,P由寄存器MPLLCON设置。
确定了FCLK后，HCLK和PCLK由寄存器CLKDIVN确定。
详细设置请参考S3C2440的SPEC。
这里设置mdiv=92，pdiv=1,s=1,计算得FCLK=400MHz.
相应的设置CLKDIVN，使得FCLK：HCLK：PCLK=1：4：8，
这样PCLK=400/8=50MHz.
再通过PCLK设置波特率为115200，这样串口配置就完成了。

二：TIMER4的设置
从上面的流程图可以看出，TIMER4用于倒计时，当在规定时间内没有响应键盘后，自动装载系统并运行。
TIMER4的时钟也是以PCLK为基准的。具体输入的时钟频率为：
Timer input clock Frequency = PCLK / {prescaler value+1} / {divider value}
其中prescaler value由寄存器rTCFG0确定，divider value由寄存器rTCFG1确定。
这里设置输入的频率Fin=PCLK/(3+1)/4=312500Hz.
然后设置定时器装载的初始值，由寄存器rTCNTB4确定。
这里设置rTCNTB4=3125.
由此可以算出，定时器产生一次中断所花的时间为：T=N/F=3125/312500=0.01S。
具体代码如下：

static void init_autorun_timer(int sec)
{
U32 val = (PCLK>>4)/100-1;

autorun_10ms = sec*100;

pISR_TIMER4 = (U32)autorun_proc;

rTCFG0 &= ~(0xff<<8);
rTCFG0 |= 3<<8; //prescaler 1 = 3+1 ,for Timer 2,3,4
rTCFG1 &= ~(0xf<<16);
rTCFG1 |= 1<<16; //mux = 1/4 ,for Timer 4

rTCNTB4 = val; //val = (PCLK>>4)/100-1
rTCON &= ~(0xf<<20);
rTCON |= 7<<20; //interval, inv-off, update TCNTB4&TCMPB4[占空比], start timer 4
rTCON &= ~(2<<20); //clear manual update bit
EnableIrq(BIT_TIMER4); //清0对应位，使能对应中断
}


static __irq void autorun_proc(void)
{
ClearPending(BIT_TIMER4);

if(autorun_ds) //自动运行标识位，为1时禁止自动运行;系统启动时有按键按下时为1
  DisableIrq(BIT_TIMER4); //禁能对应中断

autorun_10ms--;
if(!autorun_10ms) //当中断一百次时执行下面的程序
{
  DisableIrq(BIT_TIMER4);
  //CLR_IF(); //in irq service routine, irq is disabled
  //autorun_trig = 1; //masked by lqm!
  //NandLoadRun();
  //NandLoadRun_wince();//added by lqm,2008-06-29 ?????????不能加载?????????
  EnRunWINCE=1;
}
}

中断程序中有个变量EnRunWINCE，默认为0.当autorun_10ms值减到0后，即定时的时间已到，
这时EnRunWINCE=1，后面的程序通过该变量判断时间到了，然后执行自动加载NK的代码。
具体代码如下：

if(EnRunWINCE)
{
  NandLoadRun_wince();
}

三：LCD设置

bootloader运行时可以附加显示开机图片，这就需要对LCD控制器的相关寄存器进行设置。
由于寄存器较多，这里不一一列举，仅给LCD显示的函数如下：

void LCD_Play()
{
U32 i,j,k;
U32* palette;
Lcd_Init();
LcdBkLtSet( 70 ) ;//背光PWM设置
Lcd_PowerEnable(0, 1);
  Lcd_EnvidOnOff(1); //turn on vedio
  for(k=0,j=0;j<LCD_YSIZE_TFT_320240;j++)
  for(i=0;i<LCD_XSIZE_TFT_320240;i++)
  {   
  PutPixel(i,j,ackj[k++]);   
  }
}


四：USB，MMU，ISR，DMA等寄存器的设置

这里尤其是USB和DMA的寄存器设置，由于下载BIN文件是通过USB走的DMA下载的，因此设置这些寄存器至关重要。相关寄存器实在太多，这里不一一列举。
五：EBOOT
核心代码如下：

while(1)
{
  if(menuUsed==1)Menu();
  WaitDownload();
}

前面各寄存器初始化完成后，进入这个死循环，默认menuUsed=0,这时将执行函数WaitDownload()。
在WaitDownload()中，如果没有点击DNW的下载，这时没有检测到下载的BIN文件的大小，此时
downloadFileSize=0，这时执行下面的代码：

while(downloadFileSize==0)
{
  //检测到USB连上后打印下面连接上的信息。
  if(first==1 && isUsbdSetConfiguration!=0)
  {
  Uart_Printf("USB host is connected. Waiting a download.\n");//unmasked by lqm!
  first=0;
  }
  //在没有按DNW下载时一个LED闪
  if(j%0x100000==0)Led_Display(0x8);
  if(j%0x100000==0x80000)Led_Display(0x0);
  j++;

  key=Uart_GetKey();
  /*
  if(autorun_trig) //Timer4倒计时到后autorun_trig置1，执行下面的函数。
  AutoNandLoadRun(); //run it in svc mode
  */
  /****************************************************
  ; 注意这里面的autorun_ds标识变量!
  ; 当系统启动后没有键按下时，autorun_ds=0；
  ; 此时timer4中断使能，通过中断自动运行系统；
  ; 如果按下键后，则运行Menu()函数，显示具体
  ; 的菜单供用户选择。
  ; 这时autorun_ds=1，timer4中断禁能；
  ; 系统不再自动加载。
  ****************************************************/
  if(key!=0)
  {
  autorun_ds = 1;
  //printf("disable autorun\n");
  Menu();
  first=1;
  //To display the message,"USB host ...."
  //在串口下载返回后downloadFileSize不为0,因此不能再执行USB下载!
  }
  //在这里添加自动加载NK的程序!added by lqm,2009-06-29
  if(EnRunWINCE)
  {
  NandLoadRun_wince();
  }   
}

通过程序可以看到，此时LED会不停闪烁。
一旦通过DNW下载点击后，downloadFileSize将被赋值为下载的BIN文件或nb0文件的大小，不再为0，这个while循环将结束，程序继续往后运行，USB通过DMA将PC上的BIN或nb0文件下载到DRAM中。
在下载BIN或nb0文件时，开启定时器，用于计算下载整个文件所花的时间，并打印出来。
开始下载时，执行如下两个函数：

Timer_InitEx();   
Timer_StartEx();

下载完后，执行如下函数：

time=Timer_StopEx();

下载一次所花的时间被保存在变量time中，并通过串口打印出来。
下载完后将执行数据校验，确保数据无误。
校验无误后，将根据前面是否选择下载并运行，如果下载时选择的下载并运行，这时将运行下载的程序。这里指下载到DRAM中才有这种功能。具体代码如下：

if(download_run==1)
{
  register void(*run)(void); //使用寄存器变量以防止禁止DCACHE后数据不一致!!!
  rINTMSK=BIT_ALLMSK;
  run=(void (*)(void))downloadAddress; //使用DCACHE且RW区也在CACHE区间downloadAddress会在cache中
  {
  MMU_DisableDCache(); //download program must be in
  MMU_DisableICache(); //non-cache area
  MMU_InvalidateDCache(); //使所有DCACHE失效,本程序的MMU_Init中将会刷新DCACHE到存储器,
  //为使应用此MMU_Init方式的程序能被正确运行必须先使DCACHE失效!!!
  MMU_DisableMMU();
  //call_linux(0, 193, downloadAddress); //或不用上面3个函数而直接使用call_linux
  }
run();
}

如果选择的下载到NAND，bootloader先将下载的BIN文件下载进DRAM，再将DRAM的数据拷到NAND中。拷备完后，执行引导系统的程序。
具体程序如何拷到NAND，再如何引导系统，代码做了非常详尽的注释，这里不多说了。
bootloader生成的BIN文件：
［无法上传，sorry］
注：应该可以通过扬创提供的giveio烧到block0开始的块，之后就不用这么麻烦用giveio烧写了.
本贴视关注人数多少决定是否上传全部源代码。如果关注人太多则上传源代码并提供讲解，共同探讨。否则仅提供如上的BIN文件

 附：详细源代码请进http://bbs.armeasy.com/thread-489-1-1.html

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