2018年10月14日 | JZ2440裸板之MMU操作

启动文件head.S：

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@ File：head.S

@ 功能：设置SDRAM，将第二部分代码复制到SDRAM，设置页表，启动MMU，

@       然后跳到SDRAM继续执行

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.text

.global _start

_start:

    ldr sp, =4096                               @ 设置栈指针，以下都是C函数，调用前需要设好栈

    bl  disable_watch_dog               @ 关闭WATCHDOG，否则CPU会不断重启

    bl  memsetup                             @ 设置存储控制器以使用SDRAM

    bl  copy_2th_to_sdram               @ 将第二部分代码复制到SDRAM

    bl  create_page_table                @ 设置页表

    bl  mmu_init                              @ 启动MMU，可以使用虚拟地址了

    ldr sp, =0xB4000000                 @ 重设栈指针，指向SDRAM顶端(使用虚拟地址)

    ldr pc, =0xB0004000                 @ 跳到SDRAM中继续执行第二部分代码

    @ ldr pc, =main

halt_loop:

    b   halt_loop

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init.c源码：

// init.c: 进行一些初始化，在Steppingstone中运行

// 它和head.S同属第一部分程序，此时MMU未开启，使用物理地址

// WATCHDOG寄存器 

#define WTCON           (*(volatile unsigned long *)0x53000000)

// 存储控制器的寄存器起始地址 

#define MEM_CTL_BASE    0x48000000

// 关闭WATCHDOG，否则CPU会不断重启

void disable_watch_dog(void)

{

    WTCON = 0;  // 关闭WATCHDOG很简单，往这个寄存器写0即可

}

// 设置存储控制器以使用SDRAM

void memsetup(void)

{

    // SDRAM 13个寄存器的值 

    unsigned long  const    mem_cfg_val[]={ 0x22011110,     //BWSCON

                                            0x00000700,     //BANKCON0

                                            0x00000700,     //BANKCON1

                                            0x00000700,     //BANKCON2

                                            0x00000700,     //BANKCON3  

                                            0x00000700,     //BANKCON4

                                            0x00000700,     //BANKCON5

                                            0x00018005,     //BANKCON6

                                            0x00018005,     //BANKCON7

                                            0x008C07A3,    //REFRESH

                                            0x000000B1,     //BANKSIZE

                                            0x00000030,     //MRSRB6

                                            0x00000030,     //MRSRB7

                                    };

    int     i = 0;

    volatile unsigned long *p = (volatile unsigned long *)MEM_CTL_BASE;

    for(; i < 13; i++)

        p[i] = mem_cfg_val[i];

}

// 将第二部分代码复制到SDRAM

void copy_2th_to_sdram(void)

{

    //参考链接文件，第二部分代码放在2048地址

    unsigned int *pdwSrc  = (unsigned int *)2048;

    //此地址为实际的物理地址，先拷贝到实际的SDRAM中，初始化MMU之后才能使用虚拟地址进行访问

    unsigned int *pdwDest = (unsigned int *)0x30004000; 

    while (pdwSrc < (unsigned int *)4096)   // SRAM的最大地址4M

    {

        *pdwDest = *pdwSrc;

        pdwDest++;

        pdwSrc++;

    }

}

// 设置页表

void create_page_table(void)

{

// 用于段描述符的一些宏定义

#define MMU_FULL_ACCESS     (3 << 10)   // 访问权限 

#define MMU_DOMAIN            (0 << 5)    // 属于哪个域 

#define MMU_SPECIAL              (1 << 4)    // 必须是1 

#define MMU_CACHEABLE       (1 << 3)    // cacheable 

#define MMU_BUFFERABLE      (1 << 2)    // bufferable 

#define MMU_SECTION            (2)             // 表示这是段描述符 

#define MMU_SECDESC         (MMU_FULL_ACCESS | MMU_DOMAIN | MMU_SPECIAL | \

                             MMU_SECTION)

#define MMU_SECDESC_WB      (MMU_FULL_ACCESS | MMU_DOMAIN | MMU_SPECIAL | \

                             MMU_CACHEABLE | MMU_BUFFERABLE | MMU_SECTION)

#define MMU_SECTION_SIZE    0x00100000

    unsigned long virtuladdr, physicaladdr;

    unsigned long *mmu_tlb_base = (unsigned long *)0x30000000;

    // Steppingstone的起始物理地址为0，第一部分程序的起始运行地址也是0，

    // 为了在开启MMU后仍能运行第一部分的程序，

    // 将0～1M的虚拟地址映射到同样的物理地址

    virtuladdr = 0;

    physicaladdr = 0;

    *(mmu_tlb_base + (virtuladdr >> 20)) = (physicaladdr & 0xFFF00000) | \

                                            MMU_SECDESC_WB;

    // 0x56000000是GPIO寄存器的起始物理地址，

    // GPFCON和GPFDAT这两个寄存器的物理地址0x56000050、0x56000054，

    // 为了在第二部分程序中能以地址0xA0000050、0xA0000054来操作GPFCON、GPFDAT，

    // 把从0xA0000000开始的1M虚拟地址空间映射到从0x56000000开始的1M物理地址空间

    virtuladdr = 0xA0000000;

    physicaladdr = 0x56000000;

    *(mmu_tlb_base + (virtuladdr >> 20)) = (physicaladdr & 0xFFF00000) | \

                                            MMU_SECDESC;

    // SDRAM的物理地址范围是0x30000000～0x33FFFFFF，

    // 将虚拟地址0xB0000000～0xB3FFFFFF映射到物理地址0x30000000～0x33FFFFFF上，

    // 总共64M，涉及64个段描述符

    virtuladdr = 0xB0000000;

    physicaladdr = 0x30000000;

    while (virtuladdr < 0xB4000000)

    {

        *(mmu_tlb_base + (virtuladdr >> 20)) = (physicaladdr & 0xFFF00000) | \

                                                MMU_SECDESC_WB;

        virtuladdr += 0x100000;

        physicaladdr += 0x100000;

    }

}

// 启动MMU

void mmu_init(void)

{

    unsigned long ttb = 0x30000000;

// ARM休系架构与编程

// 嵌入汇编：LINUX内核完全注释

__asm__(

    "mov    r0, #0\n"

    "mcr    p15, 0, r0, c7, c7, 0\n"    // 使无效ICaches和DCaches 

    "mcr    p15, 0, r0, c7, c10, 4\n"   // drain write buffer on v4 

    "mcr    p15, 0, r0, c8, c7, 0\n"     // 使无效指令、数据TLB 

    "mov    r4, %0\n"                       // r4 = 页表基址 

    "mcr    p15, 0, r4, c2, c0, 0\n"    // 设置页表基址寄存器 

    "mvn    r0, #0\n"                   

    "mcr    p15, 0, r0, c3, c0, 0\n"    // 域访问控制寄存器设为0xFFFFFFFF，

                                                       // 不进行权限检查 

    // 对于控制寄存器，先读出其值，在这基础上修改感兴趣的位，

    // 然后再写入

    "mrc    p15, 0, r0, c1, c0, 0\n"    // 读出控制寄存器的值 

    // 控制寄存器的低16位含义为：.RVI ..RS B... .CAM

    // R : 表示换出Cache中的条目时使用的算法，

    //     0 = Random replacement；1 = Round robin replacement

    // V : 表示异常向量表所在的位置，

    //     0 = Low addresses = 0x00000000；1 = High addresses = 0xFFFF0000

    // I : 0 = 关闭ICaches；1 = 开启ICaches

    // R、S : 用来与页表中的描述符一起确定内存的访问权限

    // B : 0 = CPU为小字节序；1 = CPU为大字节序

    // C : 0 = 关闭DCaches；1 = 开启DCaches

    // A : 0 = 数据访问时不进行地址对齐检查；1 = 数据访问时进行地址对齐检查

    // M : 0 = 关闭MMU；1 = 开启MMU

    // 先清除不需要的位，往下若需要则重新设置它们    

                                                      // .RVI ..RS B... .CAM  

    "bic    r0, r0, #0x3000\n"          // ..11 .... .... .... 清除V、I位 

    "bic    r0, r0, #0x0300\n"          // .... ..11 .... .... 清除R、S位 

    "bic    r0, r0, #0x0087\n"          // .... .... 1... .111 清除B/C/A/M 

    // 设置需要的位

    "orr    r0, r0, #0x0002\n"          // .... .... .... ..1. 开启对齐检查 

    "orr    r0, r0, #0x0004\n"          // .... .... .... .1.. 开启DCaches 

    "orr    r0, r0, #0x1000\n"          // ...1 .... .... .... 开启ICaches 

    "orr    r0, r0, #0x0001\n"          // .... .... .... ...1 使能MMU 

    "mcr    p15, 0, r0, c1, c0, 0\n"    // 将修改的值写入控制寄存器 

    : // 无输出 

    : "r" (ttb) );

}

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leds.c源码：

// leds.c: 循环点亮4个LED

// 属于第二部分程序，此时MMU已开启，使用虚拟地址

#define GPFCON      (*(volatile unsigned long *)0xA0000050)     // 物理地址0x56000050

#define GPFDAT      (*(volatile unsigned long *)0xA0000054)     // 物理地址0x56000054

#define GPF4_out (1<<(4*2))

#define GPF5_out (1<<(5*2))

#define GPF6_out (1<<(6*2))

// wait函数加上“static inline”是有原因的，

// 这样可以使得编译leds.c时，wait嵌入main中，编译结果中只有main一个函数。

// 于是在连接时，main函数的地址就是由连接文件指定的运行时装载地址。

// 而连接文件mmu.lds中，指定了leds.o的运行时装载地址为0xB4004000，

// 这样，head.S中的“ldr pc, =0xB4004000”就是跳去执行main函数。

static inline void wait(unsigned long dly)

{

    for(; dly > 0; dly--);

}

int main(void)

{

unsigned long i = 0;

GPFCON = GPF4_out|GPF5_out|GPF6_out; // 将LED1,2,4对应的GPF4/5/6三个引脚设为输出

while(1){

wait(30000);

GPFDAT = (~(i<<4)); // 根据i的值，点亮LED1,2,4

if(++i == 8)

i = 0;

}

return 0;

}

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Makefile文件;

objs := head.o init.o leds.o

mmu.bin : $(objs)

    arm-linux-ld -Tmmu.lds -o mmu_elf $^

    arm-linux-objcopy -O binary -S mmu_elf $@

    arm-linux-objdump -D -m arm mmu_elf > mmu.dis

%.o:%.c

    arm-linux-gcc -Wall -O2 -c -o $@ $<