2020年04月17日 | 自己写一个最简单的bootloader_jz2440

写在前面：

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正文

boot是为了启动内核，本质上也就是一个裸板程序，就是为了引导内核的启动。所以打算自己写一个boot，功能只有引导内核启动。

首先是汇编的代码段，是为了关闭看门狗，设置时钟以及代码的重定位，这些都是在main函数之前执行的。之前学习单片机的时候，我们只看到main函数，实际上是main之前的执行步骤都被包起来了。

整个汇编文件的开头要写上

.text @这是为了表示这是一个代码段

.global _start

_start:

第一步：关闭看门狗，2440是默认关门狗打开的，如果不关闭看门狗，三秒钟后板子会自动重启

/* 关看门狗 */

ldr r0, = 0x53000000 /* 看门狗的寄存器地址，通过芯片手册可以查看 */

mov r1, #0 /* 把0放入r1*/

str r1, [r0] /* 把r1中的0赋给看门狗，即关闭看门狗 */

第二步：设置时钟，2440板子的晶振是12M（也可以使用16M或其他的），如果不设置时钟去倍频，板子是以12M的速度跑的，这里是设置分频系数以及设置板子的频率为400M

//经过实测，boot在200M和400M的情况下，都需要6秒才能启动内核，速度有点慢，所以使用了ICACHE提高速度，使用ICACHE以后，启动内核只需要2秒，可以接受

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

/* 设置时钟 */

ldr r0, = 0x4c000014

mov r1, #0x05 //FCLK:HCLK:PCLK=1:4:8

str r1, [r0]

ldr r0, =0x4c000004

ldr r1, =S3C2440_MPLL_400MHZ

str r1, [r0]

/******以下为启动ICACHE*******/

/* 启动ICACHE */

mrc p15, 0, r0, c1, c0, 0

orr r0, r0, #(1<<12)

mcr p15, 0, r0, c1, c0, 0

/******* 以上为启动ICACHE *****/

启动Icahe的原理是这样：每次CPU去RAM读代码，很费力，ICACHE就是把这段代码copy到片子里的一个区域，CPU直接去读这块区域就行了，而且这块区域的读速度比RAM快多了。就好像每天都有一份快递，自己每天去取费时费力，直接让快递员送门口，就省很多事。

第三步：初始化SDRAM，代码需要在SDRAM中执行，所以需要初始化

/* 初始化SDRAM */

ldr r0,  =MEM_CTL_BASE //设置SDRAM寄存器的首地址

adr r1, sdram_config /*SDRAM每个寄存器的配置值 */

add r3, r0, #(13 * 4) //SDRAM寄存器的尾地址

1:

ldr r2, [r1], #4 //把寄存器的配置值写入r2，然后r1地址加4字节，定位到sdram_config的下一个配置值

str r2, [r0], #4 //r2里的值写入到r0地址，也就是SDRAM的第一个寄存器，然后寄存器地址加四字节，指

//向下一个寄存器

cmp r0, r3 //当前寄存器地址和寄存器尾地址比较，如果不一致说明还没配置完，跳转到1继续循环

bne 1b

/*放在文件末尾，这是关于SDRAM的每个寄存器的配置值*/

sdram_config:

.long 0x22011110      //BWSCON

.long 0x00000700      //BANKCON0

.long 0x00000700      //BANKCON1

.long 0x00000700      //BANKCON2

.long 0x00000700      //BANKCON3  

.long 0x00000700      //BANKCON4

.long 0x00000700      //BANKCON5

.long 0x00018005      //BANKCON6

.long 0x00018005      //BANKCON7

.long 0x008C04F4     //REFRESH

.long 0x000000B1      //BANKSIZE

.long 0x00000030      //MRSRB6

.long 0x00000030      //MRSRB7

第四步：代码重定位，因为代码是存在NOR FLASH 或者 NAND FLASH里面的，CPU要将代码移入SDRAM中才可以使用

/* 重定位 */

ldr sp, =0x34000000 //因为nand初始化比较复杂，使用C语言实现，如果要使用C语言，需要设置堆栈指针

bl nand_init //初始化nand，其实如果使用的是nor，完全可以不初始化nand，这里是考虑到不知道使用的是nor还是nand，所以把nand初始化了，之后会判断使用的是什么flash。之所以不用初始化nor，是因为CPU可以直接读nor

mov r0, #0 //设置copy_code_to_sdram的参数，r0是该函数第一个参数，r1是第二个，r2是第三个，很好理解

ldr r1, =_start

ldr r2, = __bss_start

sub r2, r2, r1

bl copy_code_to_sdram //调用C函数，实现将代码copy至SDRAM

bl clear_bss //清除BSS段，未初始化或初始化为0的变量都存在这里，所以需要清零

bss段挺好玩的，这样的，如果你程序里面设置了很多变量，初始值都为0，那么程序一开始一个一个去赋0效率太低了，所以所有初始值为0的变量，都保存在bss代码段里，程序启动前将整个代码段清零就行了，就很方便

第五步：执行main函数

/* 执行main */

ldr lr, =halt //设置main函数的返回地址，其实boot启动内核以后直接就死掉了，根本不会返回，这里还是写一下返回地址，main返回以后去执行下面的halt段，不断地死循环，防止出问题

ldr pc, =main //指针定位到main函数

halt:

b halt

/* 重定位过程中使用的C函数 挑了几个稍微重要点的，别的都不写了，没什么意思*/

/* nand初始化，没什么意思，就不多写了 */

void nand_init (void)

{

#define TACLS  0

#define TWRPH0  1

#define TWRPH1  0

/* 设置时序 */        

NFCONF = (TACLS<<12)|(TWRPH0<<8)|(TWRPH1<<4);        

/* 使能NAND Flash控制器, 初始化ECC, 禁止片选 */        

NFCONT = (1<<4)|(1<<1)|(1<<0);

}

/* 复制代码段到SDRAM*/

//这里就是判断是NOR还是NAND，因为它们的特性不同，导致nand可读可写，NOR只能读，所以测试的时候就随便找个地址，往里写一个数，再往外读，如果值被修改了，说明是nand，反之是nor

void copy_code_to_sdram (unsigned char *src, unsigned char *dest, unsigned int len)

{

int i = 0;

/* 如果是NOR启动 */

if (isBootFromNorFlash())

{

while(i < len)

{

dest[i] = src[i];

i++;

}

}

else

{

nand_read((unsigned int)src, dest, len);

}

}

/* main函数 */

int main (void)

{

void (*theKernel)(int zero, int arch, unsigned int params); //申明内核的指针

/*0:  设置串口，内核启动的开始部分会从串口打印一些信息，但是内核一开始并没有初始化串口，提前初始化好，免得内核没有串口用 */

uart0_init();

/* 1.从NAND FLASH 里把内核读入内存 */

puts("Copy kernel from nandnr");

nand_read(0x60000 + 64, (unsigned char *)0x30008000, 0x200000);  /*读出地址是根据板子看的，mtd命令可以看板子的分区，找到kernel分区就行了*/

/* 存入地址在内核启动的时候会显示, 大小也是，板子用的内核是1.8M ，这里给了2M 空间 */

/* 2. 设置参数 */

//这里设置各种传给内核的参数，因为启动内核以后boot就死了，没法和内核面对面交流，boot将一些命令放在一块区域里，内核启动以后去这个地址读就行了

puts("Set boot paramsnr");

setup_start_tag();

setup_memory_tag();

setup_commandline_tag("noinitrd root=/dev/mtdblock3 init=/linuxrc console=ttySAC0");

setup_end_tag();

/* 3. 跳转执行 */

puts("Boot kernelnr");

theKernel = ((void (*)(int, int, uint))0x30008000);

theKernel(0, 362, 0x30000100); //第一个参数写的就是0，我就直接写0了，第二个参数是ID，2440的ID是这个，第三个参数是参数存放的地址，内核直接去这个地址读就可以了

/* 如果一切正常，不会执行到这里，也就是内核启动以后不会再回到boot */

puts("Error!nr");

return -1;

}

/* 给内核传入的各种命令 */

void setup_start_tag (void)

{

params = (struct tag *)0x30000100;

params->hdr.tag = ATAG_CORE;

params->hdr.size = tag_size (tag_core);

params->u.core.flags = 0;

params->u.core.pagesize = 0;

params->u.core.rootdev = 0;

params = tag_next (params);

}

void setup_memory_tag (void)

{

params->hdr.tag = ATAG_MEM;

params->hdr.size = tag_size (tag_mem32);

params->u.mem.start = 0x30000000;

params->u.mem.size  = 64*1024*1024;

params = tag_next (params);

}

void setup_commandline_tag (char *cmdline)

{

int len = strlen(cmdline) + 1;

params->hdr.tag  = ATAG_CMDLINE;

params->hdr.size = (sizeof (struct tag_header) + len + 3) >> 2;

strcpy (params->u.cmdline.cmdline, cmdline);

params = tag_next (params);

}

void setup_end_tag (void)

{

params->hdr.tag = ATAG_NONE;

params->hdr.size = 0;

}