2021年09月24日 | S3C2410-2440启动代码内数据复制过程的分析

S3C2410 启动后先进行一些必要的设置，如关 WatchDog，设置 PLL 与时钟，配置 SDRAM，初始化堆栈等，网上有很多分析启动代码的文章，本文不打算再进行说明。 

本文分从 NOR Flash 与 NAND Flash 启动两种情况分别进行分析。首先要知道 NOR Flash 是 XIP 的，如果从 NOR 启动，代码首先在 NOR Flash 内执行，考虑到运行速度，我们要把代码要复制到 SDRAM 内去执行。 当系统被设置成从 NAND FALSH 启动（使用 OM［1：0]引脚的电平来控制）时，由于其自身的特点，NAND Flash 不具备运行程序的功能，程序不能在 NAND Flash 内执行，CPU 会自动把 NAND 内头4K 代码加载到 CPU的内部 SRAM(StepingStone 垫脚石)中，然后把 StepingStone 映射到 CPU 地址空间的 0 地址处(BANK0)，因此 CPU 会从 StepingStone 的 0 地址处取指令并执行。因为程序一般都会大于4K，我们必须把代码复制到SDRAM 中去执行。综上所述，不管是从 NOR 的启动还是从 NAND 启动，都要把代码复制到 SDRAM 中去执行，这个复制过程要在头 4K 代码中完成。此后这 4KB 的 SRAM 还可以用作其它用途。 

另外必须注意到的是 NOR 的启动与 NAND 启动的程序入口点 ResetEntry 都为 0，CPU 在加电后会去 0x0处取指执行，如下图所示。 

一、我们先看从 NOR Flash 启动的情况： 
下面这段代码进行复制前的判断，因为从 NAND Flash 与从NOR Flash 启动的复制过程是大不相同的。 
 
 ;/************************************************************************************** 
    ;BWSCON 的[2:1]反映了外部引脚 OM[1:0]:若 OM[1:0] != 00, 从 N OR FLash 启动或直接在内存运行； 
    ;若 OM[1:0]==00，则为从 Nand Flash 启动 
    ;**************************************************************************************/ 
      ldr r0, =BWSCON 
      ldr r0, [r0] 
      ands  r0, r0, #6     
      bne copy_proc_beg    ; 若从 NOR 启动，跳转到标号 copy_proc_beg 
      adr r0, ResetEntry    ; 从 NOR 或 NAND 启动，ResetEntry 都为 0, 但上面已经排除了 NOR 启动 
      cmp r0, #0    ;所以入口是 0 地址表示是从 NAND 的 StepingStone 启动 
      bne copy_proc_beg    ;若从 NOR 启动，跳转到标号 copy_proc_beg。否则往下执行 
 
若判断是从 NOR Flash 启动，程序直接跳转到标号 copy_proc_beg 处执行： 
 
    copy_proc_beg 
    adr r0, ResetEntry    ; r0= ResetEntry=0  
    ldr r2, BaseOfROM    ; r2= |Image

RORO

Base| = 0x30000000  
    cmp r0, r2        ;//如果从 norflash 启动，那么 ResetEntry=0 BaseOfROM=0x3000000，显然不相同 
    ldreq  r0, TopOfROM   
    beq InitRam       ;同时跳到 InitRam 
 
因为现在程序仍然在 NOR Flash 中执行，代码的执行基址还是 0，所以“adr r0, ResetEntry”取得的

ResetEntry 相对地址是 0。则 r0≠r2，先执行下面的代码从 NOR 复制 RO 数据段到 SDRAM，不直接

跳转到InitRam 进行 RW 段复制。 

    ldr r3, TopOfROM     
   0        ;循环复制 Code 数据 
   ldmia  r0!, {r4-r7}  ; r0 的初始值 ResetEntry=0 
   stmia  r2!, {r4-r7}  ; r2 的初始值 RO Base(0x30000000)  
       ;上面的 2 行代码将从 0 开始的地址内的数据保存到 SDRAM 内以 RO Base 开始的地址内 
   cmp r2, r3        ;复制的终止条件：复制了(RO Limit - RO Base) 大小,即整个 RO 数据段 
   bcc %B0     ;若 r2   sub r2, r2, r3      ;r0+16,r2+16 every time,if r2>r3 
   sub r0, r0, r2      ;将可能多加的部分减回来，让 r0 对准 ROM 内 RO 段的结束点，也是 RW 数据段的开始点 
 
复制过程及结果如下图： 
 
代码段复制完紧接着就是复制 RW 段： 
    
    InitRam       ;从 NOR Flash 复制 RW 段到 SDRM 中预设的 RW BASE 位置 
    ldr r2, BaseOfBSS    ;r2= |Image

RWRW

Base|=|Image

RORO

Limit| 
    ldr r3, BaseOfZero    ;r3= |Image

ZIZI

Base|         
   0       ; 复制 RW 数据到 BaseOfBSS 
   cmp r2, r3        ;比较 r2,r3;看 RW 数据段有没有复制完 
   ldrcc  r1, [r0], #4  ; R2r1,然后 r0=r0+4, r0 是 RW 数据段在 ROM 内的起始地址  
   strcc  r1, [r2], #4  ;r2 为 |Image

RWRW

Base|地址,由编译器指定 
   bcc %B0     ;若 r2 
从 NOR Flash 的 RO 段结束点开始复制 RW 数据到 SDRAM 的RW Base 处，数据长度为 R W Limit - RW Base 

还是有必要交代一下 ADS 中预定义的几个变量以及它们的作用。|Image

RORO

Base|表示连接完成后程

序映像 RO 段的起始地址；|Image

RORO

Limit|表示连接完成后程序映像 RO 段的结束地址；

|Image

RWRW

Base|表示连接完成后程序映像 RW 段的起始地址；|Image

ZIZI

Base|表示连接完成后程

序映像 ZI 段的起始地址,注意由于 RW 段与 ZI 段在运行时是紧密挨着的哦，所以这个值也就代表了 RW 段的

结束地址；|Image

ZIZI

Limit|表示连接完成后程序映像 ZI 段的结束地址。为了书写和阅读的方便，我们分

别把上面几个值赋给变量 BaseOfROM，TopOfROM，BaseOfBSS，BaseOfZero，EndOfBSS 这样看起来

就很简 结了: 

BaseOfROM  DCD |Image

RORO

Base |    ;BaseOfROM 地址内保存| Image

RORO

Bas e|的值 
    TopOfROM  DCD |Image

RORO

Limit|    ;  
    BaseOfBSS  DCD |Image

RWRW

Base| 
    BaseOfZero  DCD |Image

ZIZI

Base|    ;ZI Base = RW Limit  
    EndOfBSS  DCD |Image

ZIZI

Limit| 
    这样“ldr  r2, BaseOfBSS”实际是加载了|Image

RWRW

Base|到 r2。 
    实际上也可以直接用 ldr r2,= |Image

RWRW

Base| 。 
 
复制完 RW 数据段，需要将 ZI 段清 0。ZI 段在 SDRAM 内是紧跟着 RW 段的，所以其起始地址

|Image

ZIZI

Base|,同时也是 RW 段的结束地址。 

    下面的代码很简单明了： 
     mov r0, #0    ;用0初始化ZI区 
     ldr r3, EndOfBSS    ;r3 = | Image

ZIZI

Limit| ; ZI 段的结束地址 
    1   
    cmp r2, r3    ;r2是RW limit,也就是 ZI段的起始地址 
    strcc  r0, [r2], #4  ;ZI 数据段清 0 
    bcc %B1  

此后，程序就可以跳转到 Main 主函数处执行了。 
    [ :LNOT:THUMBCODE 
       ldr pc, G otoMain  ;//跳转到 Main()主函数; 它把$main_entry 的绝对地址赋给 PC，由于程序已经复制到 SDRAM 中，而且$main_entry 的绝对地址是在 SDRAM 范围内，所以从这句代码以后，程序就开始从 ROM跳到 SDRAM 内执行了。 

      b  .           ;就是仍跳回这一指令...不做任何事情的死循环                   
    ] 
   关于 GotoMain 标号，是在文件的最后定义的： 
  GBLS  main_entry 
  main_entry  SETS  "Main"   
  IMPORT  $main_entry 
  GotoMain  DCD $main_entry    

因为“ldr pc, GotoMain”把$main_entry 的绝对地址(即 Main 函数的入口地址)赋给 PC，由于程序已经复制到 SDRAM 中，而且$main_entry的绝对地址是在 SDRAM 范围内，所以从这句代码以后，程序就开始从 ROM跳到 SDRAM 内执行了。 

 
二、从 NAND 启动的分析 
从 NAND 启动，一样是用下面这段代码做判断：  

    ;/************************************************************************************** 
    ;BWSCON 的[2:1]反映了外部引脚 OM[1:0]:若 OM[1:0] != 00, 从 N OR FLash 启动或直接在内存运行； 
    ;若 OM[1:0]==00，则为从 Nand Flash 启动 
    ;**************************************************************************************/ 
    ldr r0, =BWSCON 
    ldr r0, [r0] 
   ands  r0, r0, #6     
   bne copy_proc_beg    ; 若从 NOR 启动，跳转到标号 copy_proc_beg 
   adr r0, ResetEntry    ; 从 NOR 或 NAND 启动，ResetEntry 都为 0, 但上面已经排除了 NOR 启动 

   cmp r0, #0    ;所以入口是 0 地址表示是从 NAND 的 StepingStone 启动 
   bne copy_proc_beg    ;若从 NOR 启动，跳转到标号 copy_proc_beg。否则往下执行

若判断是从 NAND 启动，不会跳转到 copy_proc_beg，而是紧接着执行从 NAND 复制数据到 SDRAM 的代码，从NAND 的开始处(第一个 Block 的头一页)复制总共 256 页即 128Kbytes 数据。过程与结果如下图所示，代码如下。

对于从NAND Flash 启动，首先程序在4KB 的StepingStone 中运行，会复制128K的数据到SDRAM的RO Base处，

其中包含了RO Data 与RW Data。

nand_boot_beg 

  mov r5, #NFCONF   ;首先设定 NAND 的控制寄存器;NFCONF 配置寄存器 地址 0x4E000000  
  ldr r0, =(1<<15)|(1<<12)|(1<<11)|(7<<8)|(7<<4)|(7) 
  str r0, [r5]    ; 
  bl  ReadNandID    ; 接着读取 NAND 的 ID 号,结果保存在 r5 里 
  mov r6, #0      ; r6 设初值 0. 
  ldr r0, =0xec73   ; 期望的 NAND ID 号 
  cmp r5, r0      ; 这里进行比较,r5 是读取到的 ID 
  beq %F1    ;相等的话就跳到下一个 1 标号处 
  ldr r0, =0xec75   ; 这是另一个期望值 
  cmp r5, r0      ; 这里进行比较 
  beq %F1    ;相等的话就跳到下一个 1 标号处 
  mov r6, #1      ; 若 ID 不是 0xec73 或 0xec75, 设置 r6=1，否则 r6=0 
1   
  bl  ReadNandStatus  ; 读取 NAND 状态,结果放在 r1 里  
  mov r8, #0    ;r8 设初值 0,意义为页号(start page address) 
  ldr r9, =ResetEntry   ; r9 设初值为ResetEntry的绝对地址 |Image

RORO

Base|=0x30000000, 
2       
  ands  r0, r8, #0x1f  ; 若 r8 为 32 的整数倍(0,32,64...),eq 有效,ne 无效 
  bne  %F3    ;若不是 32 的整数倍，不是当前块的头一页跳转到标号 3 处，不用检查坏块。 
  mov   r0, r8      ; 若 ands 结果所有位为 0，即 r8 是 32 的整数倍或为 0，是每个 Block 的头一页 
  bl    CheckBadBlk   ; 检查 NAND 的坏区，结果保存到 r0，r0 是 0 说明当前块不是坏块  
  cmp   r0, #0      ;比较 r0 和 0, r0==0, not bad block 
  addne  r8, r8, #32   ; 存在坏块的话就跳过这个坏块: +32 得到下一块.(1 block=32 page); 

  bne  %F4    ;若有坏块就跳到 4 进行循环条件判断。没有坏块的话就跳到标号3处copy当前页 
3   
  mov r0, r8    ;加载当前页号到 r0   
  mov r1, r9    ;加载复制数据的目标地址到 r1 (0x30000000) 
  bl  ReadNandPage    ; 读取该页的 NAND 数据到 SDRAM 中由 r1 指定的地址 
  add r9, r9, #512    ; 目标地址+512(每一页的大小是 512Bytes) 用于复制下一页数据 
  add r8, r8, #1      ; r8 指向下一页 
4   
  cmp r8, #256   ;比较是否读完 256 页即 128KBytes  共复制 8blocks 128KB 到 SDRAM 
  bcc %B2     ;如果 r8 小于 256(没读完 256 页),就返回前面的标号 2 处读取下一页  
  ;复制完成后要关闭 NAND 控制器 
  mov r5, #NFCONF     ; Disable NandFlash 
  ldr r0, [r5] 
  and r0, r0, #~0x8000  ; clear bit15, Disable NAND Controller  
  str r0, [r5] 
  ldr pc, =copy_proc_beg    
 
执行完 NAND 到 SDRAM 的复制，最后一句“ldr  pc, =copy_proc_beg”，是重点。它把 copy_proc_beg的绝对地址赋给 PC，由于程序的 RO Base 是SDRAM 的起始地址空间，copy_proc_beg 的绝对地址肯定是在SDRAM 范围内，所以从这句代码以后，程序就开始从 StepingStone 跳到 SDRAM 内执行了。程序中所有标号的地址也相应要加上运行

域的基址 RO Base(0x30000000)。另外在这句之前的程序大小要控制在 4K 以内。 

然后执行 copy_proc_beg 子程序： 
copy_proc_beg 
  adr r0, ResetEntry    ; 从这里开始 ResetEntry 变成了 0x30000000 
  ldr r2, BaseOfROM    ;加载 BaseOfROM 内的数据即|Image

RORO

Base|=0x30000000   
  cmp r0, r2    ;//如果从 norflash 启动，那么 ResetEntry=0 BaseOfROM=0x3000000，显然不相同  
  ldreq  r0, TopOfROM  ; 如果相等的话，加载|Image