u-boot移植总结（一）start.S分析

2024-07-25 来源：cnblogs

本次移植u-boot-2010.09是基于S3C2440的FL440板子，板子自带NANDFLASH而没有NORFLASH，所以在U-BOOT启动的过程中必须实现从NANDFLASH到SDRAM的重定向。

其中最重要的就是在U-BOOT开始的start.S汇编代码,这段代码要完成工作：

1，异常中断向量表，复位后异常向量处理

2，跳转到代码实际执行处start_code

3，关闭看门狗WATCHDOG

3，关闭所有中断INTERRUPT

4，设置时钟分频,主要设置寄存器CLKDVN,MPLLCON,UPLLCON

5，关闭MMU和CACHE，并调用lowlevel_init.S完成SDRAM和NANDFLASH的初始化，为代码的重定向做准备

6，设置堆栈，并且跳入第二阶段的C代码

7，异常向量处理代码

以下为start.S的分析：

1，异常中断向量表，复位后异常向量处理

//声明一个全局标量，在cpu/arm920t/u-boot.lds中有定义，即代码的入口地址，也是编译地址

_start: b start_code

ldr pc, _undefined_instruction

ldr pc, _software_interrupt

ldr pc, _prefetch_abort

ldr pc, _data_abort

ldr pc, _not_used

ldr pc, _irq

ldr pc, _fiq

_undefined_instruction: .word undefined_instruction //.word 定义一个32位的地址标识

_software_interrupt: .word software_interrupt

_prefetch_abort: .word prefetch_abort

_data_abort: .word data_abort

_not_used: .word not_used

_irq: .word irq

_fiq: .word fiq

.balignl 16,0xdeadbeef//将地址偏移为16的整数倍，空余的内容填上0xdeadbeef，这个数即“Magic Number”,可用判断当前u-boot执行位置

_TEXT_BASE:

.word TEXT_BASE //在config.mk中有定义，即u-boot自启时flash从定向到sdram的地址

.globl _armboot_start //声明一个全局变量,之后要调用

_armboot_start:

.word _start

* These are defined in the board-specific linker script.

.globl _bss_start //连接脚本u-boot.lds中有定义

_bss_start:

.word __bss_start

.globl _bss_end //连接脚本u-boot.lds中有定义

_bss_end:

.word _end

#ifdef CONFIG_USE_IRQ //堆栈设置

/* IRQ stack memory (calculated at run-time) */

.globl IRQ_STACK_START

IRQ_STACK_START:

.word 0x0badc0de

/* IRQ stack memory (calculated at run-time) */

.globl FIQ_STACK_START

FIQ_STACK_START:

.word 0x0badc0de

#endif

2，跳转到代码实际执行处（设置管理模式=>关闭看门狗=>关闭所有中断=>设置时钟分频）

* the actual start code

start_code:

* set the cpu to SVC32 mode

//设置管理模式 31 30 29 28 7 6 4 3 2 1 0

mrs r0, cpsr // CPSR N Z C V I F M4 M3 M2 M1 M0

bic r0, r0, #0x1f // 1 0 0 1 1

orr r0, r0, #0xd3

msr cpsr, r0 // CPSR为状态寄存器，用于设置系统运行状态，只能用MSR MRS指令

#if defined(CONFIG_AT91RM9200DK) || defined(CONFIG_AT91RM9200EK) //系统中断重定向于RAM中，以便快速响应中断,搬运的代码为4*16bytes

/* relocate exception table */

ldr r0, =_start

ldr r1, =0x0

mov r2, #16

copyex:

subs r2, r2, #1

ldr r3, [r0], #4

str r3, [r1], #4

bne copyex

#endif

//关闭看门狗

#if defined(CONFIG_S3C2400) || defined(CONFIG_S3C2410) || defined(CONFIG_S3C2440)

/* turn off the watchdog */

#if defined(CONFIG_S3C2400)

#define pWTCON 0x15300000

#define INTMSK 0x14400008 /* Interupt-Controller base addresses */

#define CLKDIVN 0x14800014 /* clock divisor register */

#else //查阅s3c2440的datesheet中指出寄存器地址

#define pWTCON 0x53000000

#define INTMSK 0x4A000008 /* Interupt-Controller base addresses */

#define INTSUBMSK 0x4A00001C

#define CLKDIVN 0x4C000014 /* clock divisor register */

#endif

#define CLK_CTL_BASE 0x4C000000 //添加时钟分频寄存器地址，用于时钟分频设置

#define MDIV_405 0x7f<<12

#define PSDIV_405 0x21

#define MDIV_200 0xa1<<12

#define PSDIV_200 0x31

ldr r0, =pWTCON

mov r1, #0x0

str r1, [r0] /* mask all IRQs by setting all bits in the INTMR - default */

mov r1, #0xffffffff //ARM920T有32个中断源，禁止所有中断，32位中断屏蔽寄存器置位

ldr r0, =INTMSK

str r1, [r0]

#if defined(CONFIG_S3C2440)||defined(CONFIG_S3C2410) /* add by zhou */

ldr r1, =0x7ff //屏蔽所有的中断源，S3C2440中寄存器只有前15位有效，故0x7ff置位INTSUNMSK

ldr r0, =INTSUBMSK

str r1, [r0]

#endif

//设置时钟频率

#if defined(CONFIG_S3C2440)

mov r1, #5

str r1, [r0]

mrc p15, 0, r1, c1, c0, 0

orr r1, r1, #0xc0000000

mcr p15, 0, r1, c1, c0, 0

mov r1, #CLK_CTL_BASE //S3C2440系统主频为405MHZ，USB为48MHZ，要求MPLLCON = (0x7f<<12) | (0x02<<4) | (0x01) = 0x7f021

mov r2, #MDIV_405

add r2, r2, #PSDIV_405

str r2, [r1, #0x04]

#else

/* FCLK:HCLK:PCLK = 1:2:4 */

/* default FCLK is 120 MHz ! */

ldr r0, =CLKDIVN

mov r1, #3

str r1, [r0]

mrc p15, 0, r1, c1, c0, 0

orr r1, r1, #0xc0000000

mcr p15, 0, r1, c1, c0, 0

mov r1, #CLK_CTL_BASE

mov r2, #MDIV_200

add r2, r2,#PSDIV_200

str r2, [r1,#0x04]

#endif

#endif /* (CONFIG_S3C2400) || (CONFIG_S3C2410) || (CONFIG_S3C2440) */

3，关闭MMU和CACHE，并调用lowlevel_init.S完成SDRAM和NANDFLASH的初始化，为代码的重定向做准备

/*******************************************

* we do sys-critical inits only at reboot,

* not when booting from ram!

******************************************/

#ifndef CONFIG_SKIP_LOWLEVEL_INIT

bl cpu_init_crit //关闭MMU和CACHE，并调用lowlevel_init.S完成SDRAM和NANDFLASH的初始化

#endif

...........

*************************************************************************

* CPU_init_critical registers

* setup important registers

* setup memory timing

*************************************************************************

#ifndef CONFIG_SKIP_LOWLEVEL_INIT

cpu_init_crit:

* flush v4 I/D caches

mov r0, #0 //具体设置看下图,详细参考CP15指令：http://blog.csdn.net/gooogleman/article/details/3635238

mcr p15, 0, r0, c7, c7, 0 //向c7写入0将使ICache与DCache 无效flush v3/v4 cache

mcr p15, 0, r0, c8, c7, 0 //向c8写入0将使TLB失效 flush v4 TLB

* disable MMU stuff and caches //协处理器CP15的C1处理器可以设置MMU和caches,具体参考下图

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

bic r0, r0, #0x00002300 @ clear bits 13, 9:8 (--V- --RS)

bic r0, r0, #0x00000087 @ clear bits 7, 2:0 (B--- -CAM)

orr r0, r0, #0x00000002 @ set bit 2 (A) Align

orr r0, r0, #0x00001000 @ set bit 12 (I) I-Cache

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

* before relocating, we have to setup RAM timing

* because memory timing is board-dependend, you will

* find a lowlevel_init.S in your board directory.

mov ip, lr //由于有两层调用，需要把lr保存到ip，以防止破坏

bl lowlevel_init //调用c函数，初始化FLASH和SDRAM，为代码重定向做准备

mov lr, ip

mov pc, lr //返回

#endif /* CONFIG_SKIP_LOWLEVEL_INIT */

代码重定向基本思路:

1.内存运行与否，是则设置堆栈，跳入c函数阶段

2.若不在内存运行，判断是在norflash还在nandflash运行

//代码重定向部分

/***************CHECK_CODE_POSITION******************************/

adr r0, _start /* r0 <- current position of code */ //检查代码是否在已经SDRAM中运行，是则设置堆栈，并跳入c代码部分

ldr r1, _TEXT_BASE /* test if we run from flash or RAM */ //_start为u-boot的真正运行地址，_TEXT_BASE为FLASH加载到SDRAM的地址，在config.mk中定义为0x33f80000

cmp r0, r1 /* don't reloc during debug */ //若相等，说明已经在SDRAM中运行，设置堆栈，并且调转到第二阶段的C函数

beq stack_setup //若不相等，则要判断是从NORFLASF或NANDFLASH启动

/***************CHECK_CODE_POSITION******************************/

/***************CHECK_BOOT_FLASH********************************/

ldr r1, =((4<<28)|(3<<4)|(3<<2)) /*address in 4000003c*/

mov r0, #0 //NANDFLASH的启动原理，启动时4K SRAM，即Stepping Stone,会映射到nGCS0,0x0000 0000地址，同时它还是会被映射到0x4000 0000地址

str r0,[r1] //而NORFLASH支持片上运行，并会被一直挂载到nGCS0,0x0000 0000，具体可以参照NANDFLASH启动原理

mov r1, #0x3c /*address in 0x3c*/ //NANDFLASH启动时，因为地址为16倍数对齐，此时0x0000 003c 和 0x4000 003c都为唯一确定的0xdeadbeef，即'Magic Mumber'

ldr r0, [r1] //当0x4000 003c清零，若0x0000 003c读出也是零，则u-boot代码从NANDFLASH启动，否则从NORFLASH

cmp r0, #0

bne relocate

/*recover 0x4000003c */

ldr r0, =(0xdeadbeef) //若在NANDFLASH启动，必须保证代码和前4K拷贝到SRAM一致，否则会进入死循环

ldr r1, =((4<<28)|(3<<4)|(3<<2))

str r0, [r1]

/***************CHECK_BOOT_FLASH********************************/

/***************NAND_BOOT********************************/

#ifdef CONFIG_S3C2440 //支持S3C2440的NANDFLASH

#define LENGTH_UBOOT 0x60000

#define NAND_CTL_BASE 0x4E000000

/* Offset */

#define oNFCONF 0x00

#define oNFCONT 0x04

#define oNFCMD 0x08

#define oNFSTAT 0x20

mov r1, #NAND_CTL_BASE //NAND Flash配置寄存器设置

ldr r2, =( (7<<12)|(7<<8)|(7<<4)|(0<<0) )

str r2, [r1, #oNFCONF]

ldr r2, [r1, #oNFCONF]

ldr r2, =( (1<<4)|(0<<1)|(1<<0) ) /* @ Active low CE Control */

str r2, [r1, #oNFCONT] //NAND Flash控制寄存器设置

ldr r2, [r1, #oNFCONT]

ldr r2, =(0x6) /* @ RnB Clear */ //NAND Flash状态寄存器设置

str r2, [r1, #oNFSTAT]

ldr r2, [r1, #oNFSTAT]

mov r2, #0xff //NAND Flash命令寄存器设置

strb r2, [r1, #oNFCMD]

mov r3, #0

nand1:

add r3, r3, #0x1

cmp r3, #0xa

blt nand1

nand2:

ldr r2, [r1, #oNFSTAT]

tst r2, #0x4

beq nand2

ldr r2, [r1, #oNFCONT]

orr r2, r2, #0x2

str r2, [r1, #oNFCONT]

/* get read to call C functions (for nand_read()) */

ldr sp, DW_STACK_START

mov fp, #0

/* copy U-Boot to RAM */

ldr r0, =TEXT_BASE //汇编调用c函数nand_read_ll，第一个参数存于r0搬运到内存地址

mov r1, #0x0 //第二个参数存于r1，NANDFLASH中u-boot地址

mov r2, #LENGTH_UBOOT /第三个参数存于r2，u-boot的总大小

bl nand_read_ll //在nand_read.c定义，支持不同NANDFLASH芯片代码拷贝

tst r0, #0x0 //r0是存放函数返回的参数，返回值为0则正确拷贝，否则进入死循环

beq ok_nand_read

bad_nand_read:

loop2:

b loop2

ok_nand_read: //前4K代码比较，即判定Stepping Stone中4k代码和c函数搬运的代码是否一致

mov r0, #0

ldr r1, =TEXT_BASE

mov r2, #0x400 /* 4 bytes * 1024 = 4Kbytes */

go_next:

ldr r3, [r0], #4 //r3存放NANDFLASH上u-boot的代码

ldr r4, [r1], #4 //r4为在内存中的u-boot代码

teq r3, r4

bne notmatch //不一致则进入死循环

subs r2, r2, #4

beq stack_setup

bne go_next

notmatch:

loop3:

b loop3

#endif

#ifdef CONFIG_S3C2410

/* Offset */

#define oNFCONF 0x00

#define oNFCMD 0x04

#define oNFSTAT 0x10

mov r1, #NAND_CTL_BASE

ldr r2, =0xf830

str r2, [r1, #oNFCONF]

ldr r2, [r1, #oNFCONF]

bic r2, r2, #0x800 /* enable chip */

str r2, [r1, #oNFCONF]

mov r2, #0xff /* @ RESET command + strb r2, [r1, #oNFCMD] */

strb r2, [r1, #oNFCMD]

mov r3, #0

nand1:

add r3, r3, #0x1

cmp r3, #0xa

blt nand1

nand2:

ldr r2, [r1, #oNFSTAT] /* @ wait ready */

tst r2, #0x1

beq nand2

ldr r2, [r1, #oNFCONF]

orr r2, r2, #0x800 /*@ disable chip */

str r2, [r1, #oNFCONF]

/* @ get read to call C functions (for nand_read()) */

ldr sp, DW_STACK_START /* @ setup stack pointer */

mov fp, #0 /* @ no previous frame, so fp=0 */

/* @ copy U-Boot to RAM */

ldr r0, =TEXT_BASE

mov r1, #0x0

mov r2, #LENGTH_UBOOT

bl nand_read_ll

tst r0, #0x0

beq ok_nand_read

bad_nand_read:

loop2:

b loop2 /*@ infinite loop */

ok_nand_read:

/* @ verify */

mov r0, #0

ldr r1, =TEXT_BASE

mov r2, #0x400 /* @ 4 bytes * 1024 = 4K-bytes */

go_next:

ldr r3, [r0], #4

ldr r4, [r1], #4

teq r3, r4

bne notmatch

subs r2, r2, #4

beq stack_setup

bne go_next

notmatch:

loop3:

b loop3 /*@ infinite loop */

#endif

/***************** NAND_BOOT ************************************************/

3，设置堆栈，并且跳入第二阶段的C代码

/* Set up the stack */

stack_setup:

ldr r0, _TEXT_BASE /* upper 128 KiB: relocated uboot */

sub r0, r0, #CONFIG_SYS_MALLOC_LEN /* malloc area */

sub r0, r0, #CONFIG_SYS_GBL_DATA_SIZE /* bdinfo */

#ifdef CONFIG_USE_IRQ

sub r0, r0, #(CONFIG_STACKSIZE_IRQ+CONFIG_STACKSIZE_FIQ)

#endif

sub sp, r0, #12 /* leave 3 words for abort-stack */

clear_bss: //将未初始化.bss段初始化0

ldr r0, _bss_start /* find start of bss segment */

ldr r1, _bss_end /* stop here */

mov r2, #0x00000000 /* clear */

clbss_l:

str r2, [r0] /* clear loop... */

add r0, r0, #4

cmp r0, r1

ble clbss_l

ldr pc, _start_armboot //跳到第二阶段c函数，进一步初始化板子硬件

_start_armboot: .word start_armboot

#define STACK_BASE 0x33f00000 //为nand_read_ll函数调用设置堆栈

#define STACK_SIZE 0x10000

.align 2

DW_STACK_START: .word STACK_BASE+STACK_SIZE-4

4，异常向量处理代码

/*************************************************************************

* Interrupt handling

*************************************************************************

......

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u-boot 移植总 start S

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