2021年11月05日 | 基于s3c2440的简易bootloader实现

一、目的

编写一个能够加载并启动OS内核的bootloader。

二、思路

第一阶段：

（1）arm920t的异常向量表有两种存放方式，一种是低端存放（从0x00000000处开始存放），另一种是高端存放（从0xfff000000处开始存放）。选择低端存放，建立异常向量表。

（2）s3c2440的看门狗在上电启动时默认是开启的，所有要先把看门狗关了先。免得代码运行还没完成就强制复位。

（3）屏蔽掉所有中断。

（4）初始化时钟。

（5）初始化内存。

（6）清零bss段。

（7）设置好各个模式下的栈空间。

（8）重定位代码，使得代码的运行地址与链接地址相对应，之后就可以直接使用绝对地址。

（9）使用绝对跳转指令跳转到第二阶段，用c语言来实现。

第二阶段：

（1）初始化串口0，一方面方便我们的调试，一方面也为内核启动时打印信息做好初始化。

（2）初始化nand flash，需要把nand flash里的内核镜像拷贝到内存。

（3）把内核镜像拷贝到内存指定位置。

（4）设置好传递给内核的参数，并放置在约定的位置。

（5）跳转到内核起始地址处开始启动内核。

完毕。

三、流程图设计

四、代码树结构

（1）drivers里的src目录放置与外围设备相关配置的编程文件，inc目录放置相关头文件。对应的makefile放在drivers目录里。

①drivers/Makefile

#把src目录下的所有.c文件的字符串替换成.o字符串
TARGET := $(patsubst %.c,%.o,$(notdir $(wildcard ./src/*.c)) )
TARGET += $(patsubst %.S,%.o,$(notdir $(wildcard ./src/*.S)) )

all:$(TARGET)
 echo "$(TARGET) 编译完成"

GPATH=$(PWD)
vpath %.c ./src
vpath %.S ./src

%.o:%.c
 $(CC) $(INCLUDES) $(CPPFLAGS) $(CFLAGS) -c -o $@ $<

%.o:%.S
 $(CC) $(INCLUDES) $(CPPFLAGS) $(CFLAGS) -c -o $@ $<

clean:
 rm -f *.o

②drivers/inc

nand.h

#ifndef _NAND_H
#define _NAND_H

/**
*提取出页内列号,块内页号,块号
*/
#define dnand_addr2ColAddr(addr) (addr & 0x7FF)
#define dnand_addr2RowAddr(addr) (( addr & 0xFC00 ) >> 11)
#define dnand_addr2BlockAddr(addr) (addr >> 17)

//初始化NAND Flash , 时钟频率改变了这个一定要记得改
#define dnand_init()
   do{
    NFCONT = 0x73;
    NFCONF = (3<<12) | (1<<8) | (1<<4);
   }while(0)
//复位
void fnand_reset(void);
//等待NAND Flash就绪 
#define dnand_waitReady() while(!(NFSTAT & 0x1))
//发出片选信号 
#define dnand_enable() (NFCONT &= ~(1<<1))
//取消片选信号
#define dnand_disable() (NFCONT |= (1<<1))
//发出命令 
#define dnand_writeCmd(cmd) (NFCMMD = cmd)
//读数据
#define dnand_readData() (*(volatile unsigned char *)&NFDATA)
//写数据
#define dnand_writeData(data) *(volatile unsigned char *)&NFDATA = data
//写地址
#define dnand_writeAddr(addr) 
                        do{ NFADDR = addr & 0xff;
     NFADDR = (addr >> 8) & 0x0f;
     NFADDR = (addr >> 11) & 0xff;
     NFADDR = (addr >> 19) & 0xff;
    }while(0)
    
//擦除块
unsigned char fnand_eraseBlocks(unsigned int startBlockNum , unsigned int blockCount);
//从nand闪存里的sourAddr地址处读取size大小的数据到内存destAddr处。    
void fnand_readOfSize(unsigned char *destAddr , unsigned int sourAddr , unsigned int size);
//。从内存sourAddr处读取size大小的数据到nand闪存里的destAddr地址处 
unsigned char fnand_writeOfSize(unsigned char *sourAddr , unsigned int destAddr , unsigned int size);   
#endif

uart0.h

#ifndef UART0_H
#define UART0_H

#define TXD0_READY  (0x01<<1)
#define UBRDIV0_VAL     (101250000UL/(115200*16)-1)

/**********初始化uart0中断的配置***********/
void uart0_init(void);

/*******把string消息通过uart0发送出去******/
void uart0_sent_msg(char *string);
void uart0_sent_byte(char byte);
/*打印hex数据*/
void uart0_sent_hex_word(unsigned int val);

#endif

③drivers/src

nand.c

#include "nand.h"
#include "s3c2440.h"

/**
* 复位 
*/
void fnand_reset(void)
{
 dnand_enable();
 dnand_writeCmd(0xff);  // 复位命令
 dnand_waitReady();
 dnand_disable();
}

/**
*块擦除函数
*/
unsigned char fnand_eraseBlocks(unsigned int startBlockNum , unsigned int blockCount)
{
 unsigned int i;
 
 dnand_enable(); 
 
 for( i = 0 ; i < blockCount ; i++ ){
  //发送擦除命令
  dnand_writeCmd( 0x60 );
  dnand_writeAddr( startBlockNum << 6 ); 
  dnand_writeCmd(0xD0); 
  
  dnand_waitReady(); 
  
  //读取状态
  dnand_writeCmd( 0x70 );
  if ( ( dnand_readData() & 0x01 ) ){
   
   return 1;  
  }
  
  startBlockNum += 1;  
 }
 
 dnand_disable();
 return 0; 
}

void fnand_readOfSize(unsigned char *destAddr , unsigned int sourAddr , unsigned int size)
{
 unsigned int j , col;

 
 col =  sourAddr & 0x7FF ;       //该地址可能不是从页的0地址开始读 ，所以要先取出列地址

 dnand_enable();
 
 for( j = 0 ; j < size ; ){

  //发出read命令
  dnand_writeCmd( 0x00 );
  dnand_writeAddr( sourAddr );
  dnand_writeCmd( 0x30 );
  dnand_waitReady( );

  //开始读一页数据到destAddr里 ,
  for( ; (col < 2048)&&(j   *destAddr++ = dnand_readData();
   j++;
   sourAddr++;
  }
  col = 0;  
 }
 
 dnand_disable(); 
}
/**
*从内存的sourAddr处写入pageCount页数据到nand flash的destAddr地址处
*/
unsigned char fnand_writeOfSize(unsigned char *sourAddr , unsigned int destAddr , unsigned int size)
{
 unsigned int col, j;
 unsigned int startBlockNum , blockCount ,pageCount;
 col =  destAddr & 0x7FF ;       
        pageCount = size/2048 + ( (col)? 1 : 0 ) ;
 
 startBlockNum = dnand_addr2BlockAddr( destAddr ) ;
 blockCount = ( dnand_addr2RowAddr( destAddr ) + pageCount ) >> 6 ;
 if ( ( dnand_addr2RowAddr( destAddr ) + pageCount ) & 0x3F ){
  blockCount++; 
 }

 if ( fnand_eraseBlocks( startBlockNum , blockCount ) ){
  return 1; 
 } 
 dnand_enable(); 
 for( j = 0 ; j < size ; ){
  //发出read命令
  dnand_writeCmd( 0x80 );
  dnand_writeAddr( destAddr );
 
  //开始写一页数据到destAddr里
  for( ; (col < 2048)&&(j < size) ; col++ ){   
   dnand_writeData( *sourAddr++ );
   destAddr++;
   j++;
  }
  col = 0;
    
  dnand_writeCmd( 0x10 ); 
  dnand_waitReady(); 
  //发送读取状态命令
  dnand_writeCmd( 0x70 ); 
  if ( ( dnand_readData() & 0x01 ) ){
   return 1;  
  }
 }
 dnand_disable();
 return 0;      
}

uart0.c

#include "Uart0.h"
#include "s3c2440.h"

/*
****************************************
初始化uart0中断的配置
****************************************
*/
void uart0_init(void)
{
        GPHCON |= 0xa0;
        GPHUP  |= 0x0f;
        ULCON0 = 0x03;  //普通模式,禁止奇偶校验,1个结束位,8-bit字长
        UBRDIV0 = UBRDIV0_VAL; //波特率选择115200,所以UBRDIV0=54
        UCON0 = 0x005;  //时钟源=PCLK
                        //Rx,Tx水平触发,禁止接收超时中断,禁止接收错误状态中断,
                        //不使用回路模式,不发送break信号
                        //中断方式发送接收数据到缓冲寄存器       
}

/*
*****************************************************
*uart0发送消息
***************************************************
*/

void uart0_sent_msg(char *string)
{ 
 do {    
         while( !(UTRSTAT0&TXD0_READY) ); 
         UTXH0 = *string++;
         
 }while(*string != '');  
}

void uart0_sent_byte(char byte)
{ 
   while(!(UTRSTAT0&TXD0_READY));
         UTXH0 = byte;      
}

void uart0_sent_hex_word(unsigned int val)
{
 char i ,j;
 uart0_sent_msg("0x");

 for ( i = 0 ;  i < 8 ; i++) {

  j = (char)((val >> ((7-i)*4) ) & 0x0f);
  if( (j >= 0) && ( j <= 9)) {
   uart0_sent_byte('0'+j);
  }else{
   uart0_sent_byte('A'+j-0xa);
  }

 }
 uart0_sent_msg("  ");
}

（2）cpu里的src目录里放置与arm920t内核相关的编程文件，inc目录放置相关头文件。

cpu/Makefile

#把src目录下的所有.c文件的字符串替换成.o字符串
TARGET := $(patsubst %.c,%.o,$(notdir $(wildcard ./src/*.c)) )
TARGET += $(patsubst %.S,%.o,$(notdir $(wildcard ./src/*.S)) )

all:$(TARGET)
 echo "$(TARGET) 编译完成"

GPATH=$(PWD)
vpath %.c ./src
vpath %.S ./src

%.o:%.c
 $(CC) $(INCLUDES) $(CPPFLAGS) $(CFLAGS) -c -o $@ $<

%.o:%.S
 $(CC) $(INCLUDES) $(CPPFLAGS) $(CFLAGS) -c -o $@ $<

clean:
 rm -f *.o

cpu/src

ClkConflg.S

#把src目录下的所有.c文件的字符串替换成.o字符串
TARGET := $(patsubst %.c,%.o,$(notdir $(wildcard ./src/*.c)) )
TARGET += $(patsubst %.S,%.o,$(notdir $(wildcard ./src/*.S)) )

all:$(TARGET)
 echo "$(TARGET) 编译完成"

GPATH=$(PWD)
vpath %.c ./src
vpath %.S ./src

%.o:%.c
 $(CC) $(INCLUDES) $(CPPFLAGS) $(CFLAGS) -c -o $@ $<

%.o:%.S
 $(CC) $(INCLUDES) $(CPPFLAGS) $(CFLAGS) -c -o $@ $<

clean:
 rm -f *.o

MemCofig.S

@与内存相关
.equ BWSCON   , 0x48000000
.equ BANKCON6 ,  0x4800001C
.equ REFRESH  , 0x48000024
.equ BANKSIZE , 0x48000028
.equ MRSRB6  , 0x4800002C

.global MemConfigure

MemConfigure:

/*******内存初始化子程序*********/

 @BWSCON[27:24] = 0 0 10B
 ldr r0 , =BWSCON
 ldr r1 , [r0]
 ldr r2 , =(0x0F<<24)
 bic r1 , r1 , r2
 ldr r2 , =(0x02<<24)
 orr r1 , r1 , r2
 str r1 , [r0]