2019年08月30日 | S5PV210开发 -- 启动流程

讲完启动模式、烧写更新，接下来我们看一下启动流程。

参看：S5PV210开发 -- 烧写/启动模式

参看：S5PV210开发 -- 通过 SD 卡烧写

参看：S5PV210开发 -- 通过 DNW、fastboot 烧写

参看：DM368开发 -- Bootloader 开发（转毕设）

学习S5PV210 启动流程部分，需要查看芯片手册和相关的文档。  下载：相关文档

一、iROM启动方式简介

在讲烧写/启动模式的时候其实已经提到，S5PV210 采用 iROM 启动方式进行启动，支持从MoviNAND/iNand, MMC/SD Card ,pure Nand, eMMC, eSSD, UART and USB等存储设备启动。

我们可以通过外部引脚OM[5:0]来选择相应的启动模式。

下面看一下手册上是怎么说的吧！！

（1）硬件支持需求

使用iROM启动方式有几种硬件需求：

    基于CortexA8的S5PV210X微处理器

    64KB iROM

    96KB iRAM

    通用的SDRAM和控制器

    4/8 Bit的高速SD/MMC控制器

    4-bit SD / 4-bit MMC / 4 or 8-bit eMMC

    Nand Flash控制器

    OneNand控制器

    eSSD控制器

    UART/USB控制器

（2）启动模式

    OneNand启动(Mux/Demux)

    Nand启动（支持8/16-Bit ECC）

    SD/MMC启动（MMC4.3标准，兼容eMMC）

    eSSD启动

    UART/USB启动

    安全启动模式支持：对除UART/USB 外的所有启动设备的BootLoader采用整体校验，安全秘钥值写在S5PV210内部，如果安全秘钥值没有写在S5PV210内部，则为非安全启动模式。三星在制造阶段就将安全秘钥值写入到了S5PV210内部。

    第二启动模式支持：当第一启动模式（安全启动模式）失败后，就会试图从4 bit的SD/MMC通道2通过SD/MMC启动。

（3）iROM启动方式的优点

降低BOM（材料清单）成本

iROM启动支持从Movinand/iNAND/MMC/eMMC Card, eSSD设备启动，系统无需启动介质就可以启动，不需要像nor flash这样的启动设备。

改善读特性

采用iROM启动方式从nand flash启动时，S5PV210支持8/16-bit H/W ECC。但是16-bit ECC仅支持4KB 5cycle的Nand。

降低生产成本

能从其他启动设备烧录启动设备，无需Gang programmer烧录器。

（4）电路设计

使用OM引脚选择iROM启动设备

所有的S5PV210启动设备都可以从MMC通道2使用SD/MMC设备以第二启动方式启动。

OneNand 启动时，Xm0CSn4/NFCSn2/ONANDXL_CSn0信号必须有效。BL1代码段起始处必须是BL1的校验数据。

Nand启动时，Xm0CSn2/NFCSn0信号必须有效。BL1代码段起始处必须是BL1的校验数据。

SD/MMC/eMMC启动时，MMC通道0分配给第一启动模式使用，通道2分配给第二启动模式使用。BL1代码段起始处必须是BL1的校验数据。

UART启动使用串口端口2

二、iROM启动流程

S5PV210启动过程分为BL0、BL1、BL2三个阶段，S5PV210内部有96Kb的IRAM和64Kb的IROM。S5PV210启动过程如下图：

注释：其中 BL1 最大 16KB，BL2 最大 80KB

第一步：iROM初始化，初始化系统时钟、特殊设备控制寄存器和启动设备

第二步：iROM启动代码加载BL1（bootloader）到iRAM，在安全启动模式下iROM对BL1进行整体校验。

第三步：执行BL1，BL1加载BL2（剩余的bootloader）到iRAM，BL1将会对BL2进行整体校验。

第四步：执行BL2，BL2初始化SDRAM控制器，将OS下载到SDRAM

第五步：跳转到OS起始地址，进入系统

（1）BL0启动阶段

S5PV20 上电从 0 地址(iROM)开始 运行 Samsung 出厂时固化在里面的代码，这部分代码叫做 BL0（boot loader0），BL0 将执行如下操作： 

在BL0阶段初始化的内容如下：

1、关闭看门狗

2、初始化icache

3、初始化栈（设置中断栈、SVC栈）

4、初始化堆

5、初始化块设备copy函数

6、初始化PLL和设置系统时钟

7、拷贝BL1到iram

8、校验BL1，如果校验失败，将从SD卡启动。

9、检查是否是安全启动模式

10、跳转到BL1的地址（0xD0020010）

解析：

首先简单的了解一下，iROM和RAM是什么意思？

iROM 是 Internal Read-Only Memory 的缩写，即 内部只读存储器。

RAM  是 Random-Access Memory 的缩写，即 随机存取存储器，数据掉电丢失。

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ROM和RAM指的都是半导体存储器，ROM是Read Only Memory的缩写，RAM是Random Access Memory的缩写。ROM在系统停止供电的时候仍然可以保持数据，而RAM通常都是在掉电之后就丢失数据，典型的RAM就是计算机的内存。

RAM有两大类，一种称为静态RAM（Static RAM/SRAM），SRAM速度非常快，是目前读写最快的存储设备了，但是它也非常昂贵，所以只在要求很苛刻的地方使用，譬如CPU的一级缓冲，二级缓冲。另一种称为动态RAM（Dynamic RAM/DRAM），DRAM保留数据的时间很短，速度也比SRAM慢，不过它还是比任何的ROM都要快，但从价格上来说DRAM相比SRAM要便宜很多，计算机内存就是DRAM的。

DRAM分为很多种，常见的主要有FPRAM/FastPage、EDORAM、SDRAM、DDR RAM、RDRAM、SGRAM以及WRAM等。

ROM也有很多种，PROM是可编程的ROM，PROM和EPROM（可擦除可编程ROM）两者区别是，PROM是一次性的，也就是软件灌入后，就无法修改了，这种是早期的产品，现在已经不可能使用了，而EPROM是通过紫外光的照射擦出原先的程序，是一种通用的存储器。另外一种EEPROM是通过电子擦出，价格很高，写入时间很长，写入很慢。

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然后，从启动设备中拷贝前16K的代码到IRAM的0xD0020010处，即 BL1 的地址 0xD0020010。

这个地址很熟悉啊，在使用usb烧写的时候，我们用过的，参看：S5PV210开发 -- 通过 DNW、fastboot 烧写

当时有拷贝两个文件 x210_usb.bin 和 uboot.bin 分别拷贝到地址 0xd0020010  和 0x23e00000 处。

你有想过为什么是这个地址吗？

我们看一下 S5PV210 存储空间分配图。（芯片手册29页）

需要关注的是上图标出的两个地址，IRAM起始地址 0xD002_0000 和 DRAM 起始地址 0x2000_0000

然后看上图IRAM开始处包含 Header Info（头信息），所以 BL1开始地址是 0xD002_0010

我们再看 x210_usb.bin 和 uboot.bin 这两个文件大小

即 x210_usb.bin 为 BL1，其小于 16KB。再看 uboot.bin 大小为 300多 KB。如果当做BL2拷贝到 IRAM，很显然空间不够。所以我们实际的流程是：在 BL1 中初始化时钟、DRAM 控制器，拷贝 BL2 到外部 DRAM，跳转到 DRAM 中执行 BL2，BL2 加载 OS 到 OS 的起始地址执行 OS。

然后就有了操作 拷贝文件 uboot.bin 到地址 0x23e00000 处。

我们通过上面的存储空间分配图，可知DRAM 有两个通道的DRAM0起始地址为0x2000_0000，DRAM1起始地址为 0x4000_0000。你怎么知道它选的是哪个？

这个要看原理图了：

Xm1CSn0 和 Xm1CSn1 这两根片选信号线对应两个 DRAM 的地址，开发板的DDR2 SDRAM的片选信号接到了 Xm1CSn0引脚，所以它的访问地址为 0x2000_0000 开始的地址空间。

（2）安全启动模式（第一启动模式）的启动过程

解析：

结合之前将的系统的烧写更新，来看一下这个启动过程。

首先启动固化在IROM里的 BL0，它的作用：关闭看门狗、初始化icache、初始化PLL和设置系统时钟 等等这些上面已经有讲了。接下来通过OM[5:0] 来判断它的启动模式。

我买的开发板是烧写模式是 USB、SD卡烧写，启动模式为从 eMMC 启动。

我简单讲一下烧写更新的过程：

USB烧写：

拷贝 x210_usb.bin 到 0xd0020010 （IRAM）  

拷贝 uboot.bin 到地址 0x23e00000 （SDRAM，掉电丢失）

nand更新：

将 uboot.bin 先拷贝到 0x20008000（SDRAM，掉电丢失）   命令： tftp 20008000 u-boot.bin  

擦除 nand（nand的特性：要向Nand Flash中写数据之前，必须先擦除）   命令：nand erase 0 200000  

最后将 uboot.bin从SDRAM的 0x2008000 烧写到 nand里，命令：nand write 20008000 0 200000      

同理更新 内核、根文件系统。

这里就有点意思了，先将uboot拷贝到 0x23e00000，让开发板可以启动进入uboot。

然后再将uboot拷贝到 0x20008000，从这个地址烧写uboot到nand中。

我讲了这么多，就是想说明 SDRAM 是内存，它掉电丢失；nand 是硬盘，最终应将uboot、内核、根文件系统等烧写到这里面。将其复制到内存，最后进入系统。

所以完整的启动顺序应该是：

1.开机启动运行iROM（BL0）的固化代码

这里所做的事情就可以结合上面最左边的图和之前说的BL0做的一些事情，然后接下来程序跳到BL1的起始地址执行。

2.执行BL1代码

从图中可以看出它的主要作用就是将BL2从启动介质内复制到内部的SRAM中，并将程序将要运行的地址转向BL2首地址。

3.执行BL2代码

BL2做的就是先初始化SDRAM/DRAM，也就是内存，并把操作系统程序代码复制到内存中，然后程序调到内存中继续执行，整个过程完成。

（3）第二启动模式启动流程

解析：

举个栗子，SD/MMC/eMMC启动时，MMC通道0分配给第一启动模式使用，通道2分配给第二启动模式使用。

先看下原理图：

根据上图可以看出，MMC通道0分配给第一启动模式（iNand/eMMC）使用，通道2分配给第二启动模式（SD卡）使用。

根据上面的启动流程图，iROM开始；检查启动模式；从第一启动模式（iNand/eMMC）下载BL1；校验和是否0K；成功进入BL1；失败从第二启动模式（SD卡）下载BL1；校验和是否0K；成功进入BL1；失败从UART启动；UART启动再失败，从USB启动；如果USB启动再失败的话，则停止启动。

分析完以后，也就很好的解释了，为什么通过SD烧写时，首先要破坏iNand中的bootloader以从SD2启动了。

三、总结

最后，还是要说一下 BL1、BL2 和 uboot 的关系。

通过USB烧写过程分析，如果说  x210_usb.bin 为 BL1，那么它拷贝到SRAM后，下次再启动就掉电丢失了。

所以它应该是起到一个引导作用，然后可以将 uboot 拷贝到SDRAM 中。

更新的时候是将uboot烧写到nand中，然后将uboot下载到SDRAM中，进入系统。

那么此时的 uboot 的哪部分相当于 BL1，哪部分相当于 BL2呢？

这个等讲到 uboot 再好好研究一下。