从零开始构建bootloader
项目步骤：
第一阶段：
1、关看门狗；
2、时钟初始化；
3、内存初始化；
4、NandFlash初始化；
5、代码重定位（将flash中的代码复制到指定的内存地址处，也即代码段链接地址）；
6、跳转到main函数；
第二阶段：
7、写main函数，在函数中设置要传给内核的参数；
8、跳转到内核入口，启动内核
9、制作链接脚本
第三阶段：
10、编写Makefile文件
11、下载编译和运行
1、编写start.S文件，初始化片上硬件
本文件需要完成的目标：
1.关看门狗
2.设置时钟
3.开启指令缓存，初始化SDRAM
4.重定位(把bootloader本身的代码从flash复制到它的链接地址(c函数编写),然后清空bss段(c函数编写))
5.跳转到main函数。
#define CLKDIVN 0X4C000014 /*设置FCLK:HCLK:PCLK的比例*/
#define MPLLCON 0x4C000004 /*设置FCLK频率*/
#define S3C2440_MPLL_200MHZ ((0x5c<<12)|(0x01<<4)|(0x02))
#define S3C2440_MPLL_400MHZ ((0x5c<<12)|(0x01<<4)|(0x01))
#define WTCON 0x53000000 /*看门狗寄存器*/
#define BWSCON 0X48000000 /*BANK寄存器*/
.text /*设置代码段*/
.global _start /*定义全局变量，要被链接脚本用到*/
_start: /*_start跳转到这里实现硬件初始化*/
/* 1.关看门狗*/
ldr r0, =WTCON
mov r1, #0
str r1, [r0]
/* 2.设置时钟（必须设为异步总线模式） */
ldr r0, =CLKDIVN
mov r1, #5 /* FCLK:HCLK:PCLK=1:4:8 */
str r1, [r0]
mrc p15, 0, r1, c1, c0, 0 /*设置为asynchronous bus mode*/
orr r1, r1, #0xc0000000
mcr p15, 0, r1, c1, c0, 0
ldr r0, =MPLLCON /* 设置时钟频率FCLK为400MHZ */
ldr r1, =S3C2440_MPLL_400MHZ
str r1, [r0]
/* 3.使能ICache，加快指令访问速度；因为目前没有开启MMU，所以还不能开启数据缓存DCache */
mrc p15, 0, r0, c1, c0, 0 /* read control reg */
orr r0, r0, #(1<<12)
mcr p15, 0, r0, c1, c0, 0 /* write it back */
/* 4.初始化SDRAM */
ldr r0, =BWSCON
adr r1, sdram_config /* 使用adr跳转，因为SDRAM未初始化 */
add r3, r0, #(13*4)
1:
ldr r2, [r1], #4
str r2, [r0], #4
cmp r0, r3
bne 1b /*back to 1 when no equal*/
/* 4.重定位 */
ldr sp, =0x34000000 /*因为SDRAM大小为64MB，所以堆栈指针设在最高地址处*/
bl nand_init
mov r0, #0 /* src = r0 */
ldr r1, =_start /* dest = r1,_start为代码段的起始和链接地址0x30000000 */
ldr r2, =__bss_start
sub r2, r2, r1 /* len = r2,代码段长度*/
bl copy_code_to_sdram /* 调用C函数copy_code_to_sdram(src, dest, len)*/
bl clear_bss /* 清除bss段*/
/* 5.执行main */
ldr lr, =halt
ldr pc, =main
mov pc，lr /* 若main函数跳出后,使PC等于lr链接寄存器，避免程序跑飞 */
halt:
b halt /* 死循环,避免跑飞 */
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
-
关于时钟频率的设置解释：
- 将CPU频率设为最大值400MHZ(内核启动时间7S变为6S,因为HCLK和PCLK频率没有改变)
然后分频系数FCLK:HCLK:PCLK需要设置为1:4:8。 - 因为HCLK最高133MHZ,这里需要设置为100MHZ，PCLK最高50MHZ，所以这里需要设置为50HZ，所以得出 CLKDIVN寄存器需要等于0X5即可。
- 具体为什么等于0x5，可以参考下图：
image-20210109132950976 - 将CPU频率设为最大值400MHZ(内核启动时间7S变为6S,因为HCLK和PCLK频率没有改变)
通过查看数据手册，得知当FCLK取400MHZ时,设置MDIV为0X5C，PDIV为0x1,SDIV为0x1。
-
关于Cache的设置解释：
通过高速缓存存储器可以加快对内存的数据访问,在CAHE中有ICAHE（指令缓存）和DCAHE（数据缓存）：
**ICAHE: ** 指令缓存,用来存放执行这些数据的指令；
**DCAHE: **用来存放数据,需要开启MMU才能开启DCAHE。
在没开启ICAHE之前,CPU读取SDRAM地址数据时,每次都需要先访问一次地址值,在读数据.
当开了ICAHE后,第一次读取SDRAM地址数据时,ICAHE发现缓存里没有这个地址数据,然后将SDRAM中需要读取的那部分一大块内存数据都复制在缓存中,后面陆续读取数据就不会再访问SDRAM了,直到CPU没有找到地址数据后ICAHE再从SDRAM中重新复制通过CP15协处理器来开启ICAHE：ICAHE控制位在CP15的寄存器C1中位12(如下图), 然后通过MRS和MSR向该位12置1,开启ICAHE.所以代码如下(放在SDRAM初始化之前):
mrc p15, 0, r0, c1, c0, 0 //将 CP15 的寄存器 C1 的值读到 r0 中 orr r0, r0, #(1<<12) //将r0中位12置1 mcr p15,0, r0,c1,c0,0 //开启ICAHE
2、编写init.c，用于重定位,bss段清除,初始化NandFlash
（1）编写nand_init()函数
准备知识：
我使用的NandFlash型号为K9F2G08U0M，通过查阅芯片手册获知该flash大小=2048块Block=128KPages=256MB=2Gb 。且其构成为：
1个设备=2048（Block）
1块Block=64（Pages）
1页=(2K+64)（Byte） 因为每个地址里都存放了一个字节,所以用Byte表示，其中64B是存放ECC的OOB地址,(ECC:存放判断位反转的校验码)
image-20210106224622373
- 写过程：
- 写页
- 生成校验码ECC
- 写校验码到OOB页中
- 读过程：
- 读出页数据，并计算当前数据的ECC
- 读出存在OOB页里的原始ECC
- 比较两个校验码，相同则读成功，不同则出现了位反转，需重新读取。
image-20210106225527801
image-20210106225610608
确定通信时序：
图1（nandflash时序表）
图2（nandflash时序图）
图3(2440-nandflash时序图)
- 通过图2和图1可以看出:
tCS：等待芯片使能CE的时间, tCS=20nS
tCLS和tALS：等待WE（写信号）结束的时间, tCLS=tALS=15nS
tWP：WE（写信号）维持时间, tWP=15nS
tALH：等待命令写入成功的时间, tALH=5nS
tCLH：等待地址写入成功的时间, tCLH=5nS
- 通过查看2440芯片手册，nandflash时序图,需要设置TACLS，TWRPH0和TWRPH1
TACLS：属于等待WE(写信号)就绪的时间,对比图2得出TACLS= tCLS- tWP=0nS
TWRPH0：属于WE(写信号)的时间, 对比图2得出TWRPH0= tWP=15nS
TWRPH1：属于等待命令写入成功的时间,对比图2得出TWRPH1=tALH=tCLH=5nS
- 在NFCONF寄存器中设置这三个参数
TACLS[13:12] ：表示Duration(持续时间)=HCLK*TACLS,由于Duration=0nS，所以TACLS=0
TWRPH0 [10:8] ：表示Duration(持续时间)=HCLK*( TWRPH0+1),由于Duration=15nS，HCLK=10nS(100Mhz),所以TWRPH0 =1.
TWRPH1 [6:4] ：表示Duration(持续时间)= HCLK*( TWRPH1 +1),由于Duration=5nS，HCLK=10nS(100Mhz),所以TWRPH1 =0
- 代码如下：
/* nand flash 时序 */#define TACLS 0
#define TWRPH0 1
#define TWRPH1 0
/* nand flash 寄存器 */
#define NFCONF *((volatile unsigend long *)0X4E000000); //配置寄存器(用来设置时序)
#define NFCONT *((volatile unsigend long *)0X4E000000); //控制寄存器(用来使能nandflash控制器以及ECC编码器,还有控制芯片使能CE脚)
#define NFCMMD *((volatile unsigend char *)0X4E000000);//发送命令寄存器(命令只有8位)
#define NFADDR *((volatile unsigend char *)0X4E000000);//发送地址寄存器(地址只有8位)
#define NFDATA *((volatile unsigend int *)0X4E000000);//读/写数据寄存器(数据只有8位)
#define NFSTAT *((volatile unsigend int *)0X4E000000);//运行状态寄存器(用于判断RnB脚)
/*因为Nand Flash只有8位I/O脚，所以NFCMMD/ NFADDR/ NFDATA三个寄存器值都是unsigend char型 */
void nand_init(void)
{
/* 设置时序 */
NFCONF = (TACLS<<12)|(TWRPH0<<8)|(TWRPH1<<4);
/* bit4=1:初始化ECC, bit1=1:禁止片选 bit0=1:启动nandflash控制器*/
NFCONT = (1<<4)|(1<<1)|(1<<0);
}
（2）编写nand_read()函数
在实现nand_read()函数前，还需要实现以下几个子函数：nand_select()、nand_deselect()、nand_cmd()、nand_waite_idle()、nand_read_data();
- 1. 片选使能函数(在读写FLASH之前都要选中片选)
void nand_select(void) //使能片选
{
int i;
NFCONT&=~(1<<1); // NFCONT控制器位1置0
for(i=0;i<10;i++); //等待芯片使能成功
}
- 2. 取消片选函数(在退出读写FLASH时要取消片选)
void nand_deselect(void) //取消片选
{
int i;
NFCONT&=~(1<<1); // NFCONT控制器位1置0
for(i=0;i<10;i++); //等待芯片使能成功
}
- 3. nand写命令
void nand_cmd(unsigned char cmd)
{
volatile int i;
NFCMMD = cmd;
for (i = 0; i < 10; i++);
}
- 4. 判断RnB状态函数(在写入所有命令后都要判断RnB脚是否为高电平就绪)
void nand_wait_ready(void)
{
while (!(NFSTAT & 1));
}
- 5. 读数据命令
unsigned char nand_data(void)
{
return NFDATA;
}
- 6. 写地址命令
首先Nand Flash引脚只有8位,然而地址共有2048(块)64(页)2KB,为了读出多个地址,如下图,所以需要分5个周期来实现发送地址:
image-20210106232716987
如上图,其中 A10~A0对应页大小(列),由于nandflash每页2048B，所以只用到A10~A0;
A28~A11对应页目录(行),表示共有2048块*64(每块有64页)个目录
例如，4097 地址就是：
A10~A0=4097%2048= 1(A0=1，其余为0)
A28~A11=4097/2048=2（A13=1，其余为0）
void nand_addr(unsigned int addr)
{
unsigned int col = addr % 2048;
unsigned int page = addr / 2048;
volatile int i;
NFADDR = col & 0xff; /* A7~A0,第1周期 */
for (i = 0; i < 10; i++);
NFADDR = (col >> 8) & 0xff; /* A10~A8,第2周期 */
for (i = 0; i < 10; i++);
NFADDR = page & 0xff; /* A18~A11,第3周期 */
for (i = 0; i < 10; i++);
NFADDR = (page >> 8) & 0xff; /* A26~A19,第4周期 */
for (i = 0; i < 10; i++);
NFADDR = (page >> 16) & 0xff; /* A27~A28,第5周期 */
for (i = 0; i < 10; i++);
}
- 7. nand 读数据命令
**Nand Flash命令图**
如上图，例如:当要reset复位nand flash时：
使能片选nand_select();
发送0XFF复位命令nand_cmd(0xFF);
等待RnB状态是否就绪 nand_wait_idle();
取消片选 nand_deselect();
Nand Flash读数据时序图
nand flash 读数据分为了以下几个步骤:
(1) 使能片选CE,将CLE置1,等待发送命令
(2) 将WE置低,将IO置为0X00,然后拉高WE,触发一次上升沿,则将把0x00写入flash中
(3) 将CLE置0,表示发送地址(分为5个周期)
(4) 发送读命令0X30
(5) 等待RnB信号为高电平
(6) 读数据(在同一页里，数据可以连续读,读下一页时，需要重新发送新的地址才行例如:读1000地址到2050地址时,
1.发出1000地址,到达页0的1000地址上,然后再连续读(2048-1000)次，直到读到页0的2047处.
2.再发出2048地址，到达页1的0地址上,然后连续读(2051-2048)次,直到读到2050为止)
(7) 取消片选nCE
/*
* src:源地址,为32位地址,所以用unsigend int表示
* dest:目的地址内容,由于这里是将数据读出到目的地址内容中,所以需要用到*指针,
* 因为每个地址里存的是一个字节,所以用unsigend char型
*/
void nand_read(unsigned int src,unsigned char *dest,unsigned int len)
{
int col = src % 2048; //第一次读，可能不是读的页首地址,所以需要记录当前页的位置
int i=0; //当前读了0次
nand_select(); //1使能片选nCE
while(i<len)
{
nand_cmd(0X00); //2发送读命令0X00
nand_addr(src); // 3发送yuan地址(分为5个周期)
nand_cmd(0X30); //4发送读命令0X30
nand_wait_idle(); //5等待RnB信号为高电平
for(;(col<2048)&&(i<len);col++) //连续读页内数据
{
dest[i]=nand_read_data(); //6.读数据
i++;
src++;
}
col=0;
}
nand_deselect(); // 取消片选nCE
}
（3）编写重定位函数：copy_code_tosdram()
/**************************************************/
/* 重定位函数 */
/**************************************************/
/* 复制代码段（长度为len = __bss_start- _start）到SDRAM链接地址dest(0x30000000)处*/
void copy_code_to_sdram(unsigned char* src, unsigned char* dest, unsigned int len)
{
unsigned int i = 0;
/* 判断nor启动还是nand启动 */
if (isBootFromNorFlash())
{
while (i < len) /*Nor启动，则直接复制*/
{
dest[i] = src[i];
i++;
}
}
else
{
nand_read((unsigned int)src, dest, len);
}
}
（4）编写isBootFramNorFlash()函数,来判断nand启动还是nor启动
/*******************************************************/
/* 判断是NOR启动还是NAND启动 */
/*******************************************************/
int isBootFromNorFlash(void)
{
volatile int *p = (volatile int *)0;
unsigned int tmp = *p;
*p = 0x12345678; /*向flash写*/
if (*p == 0x12345678)
{
*p = tmp; /* 若能成功写入,就是nand flash */
return 0;
}
else
{
return 1; /* 写不成功,就是NOR flash*/
}
}
（5）编写clear_bss()函数
/******************************************************/
/* bss段清除函数 */
/******************************************************/
void clear_bss(void)
{
extern int __bss_start, __bss_end;
int *p = &__bss_start;
for (; p < &__bss_end; p++)
*p = 0;
}
3、添加头文件： setup.h和serial.h
（1）添加串口支持文件
- 将串口uart0初始化文件serial.c添加到当前工程目录中，并加以修改。
/*************************************************************/
/* 初始化串口，实现终端显示 */
/*************************************************************/
/* 串口引脚的GPIO设置寄存器 */
#define GPHCON (*(volatile unsigned long *)0x56000070)
#define GPHUP (*(volatile unsigned long *)0x56000078)
/* UART registers*/
#define ULCON0 (*(volatile unsigned long *)0x50000000)
#define UCON0 (*(volatile unsigned long *)0x50000004)
#define UFCON0 (*(volatile unsigned long *)0x50000008)
#define UMCON0 (*(volatile unsigned long *)0x5000000c)
#define UTRSTAT0 (*(volatile unsigned long *)0x50000010)
#define UTXH0 (*(volatile unsigned char *)0x50000020)
#define URXH0 (*(volatile unsigned char *)0x50000024)
#define UBRDIV0 (*(volatile unsigned long *)0x50000028)
/* 串口发送状态标志*/
#define TXD0READY (1<<2)
#define PCLK 50000000 // PCLK = 50MHz
#define UART_CLK PCLK // UART0的时钟=PCLK
#define UART_BAUD_RATE 115200 // 波特率115200
#define UART_BRD ((UART_CLK / (UART_BAUD_RATE * 16)) - 1)
/*
* 初始化UART0
* 115200,8N1,无校验
*/
void uart0_init(void)
{
GPHCON |= 0xa0; // GPH2,GPH3����TXD0,RXD0
GPHUP = 0x0c; // GPH2,GPH3�ڲ�����
ULCON0 = 0x03; // 8N1(8������λ�����飬1��ֹͣλ)
UCON0 = 0x05; // ��ѯ��ʽ��UARTʱ��ԴΪPCLK
UFCON0 = 0x00; // ��ʹ��FIFO
UMCON0 = 0x00; // ��ʹ������
UBRDIV0 = UART_BRD; // ������Ϊ115200
}
/*
* 输出单个字符
*/
void putc(unsigned char c)
{
/* 等待串口准备好 */
while (!(UTRSTAT0 & TXD0READY));
/*向串口输入字符 */
UTXH0 = c;
}
/*
* 输出字符串
*/
void puts(char *str)
{
int i = 0;
while (str[i])
{
putc(str[i]);
i++;
}
}
/*
* 输出val的16进制数表示,主要用于调试检查某内存地址的值是否正确
*/
void puthex(unsigned int val)
{
/* 0x1234abcd */
int i;
int j;
puts("0x");
for (i = 0; i < 8; i++)
{
j = (val >> ((7-i)*4)) & 0xf;
if ((j >= 0) && (j <= 9))
putc('0' + j);
else
putc('A' + j - 0xa);
}
}
（2）添加setup.h头文件
因为TAG结构体定义是存在u-boot-1.1.6/include/asm-arm/setup.h中，所以设置TAG参数需要用到这个文件,将setup.h复制到当前工程目录下。
修改setup.h文件，删除以下不需要的代码：
-
#define __tag __attribute__((unused, __section__(".taglist"))) #define __tagtable(tag, fn) \ static struct tagtable __tagtable_##fn __tag = { tag, fn } #define tag_member_present(tag,member) \ ((unsigned long)(&((struct tag *)0L)->member + 1) \ <= (tag)->hdr.size * 4)得到以下setup.h文件：
#ifndef __ASMARM_SETUP_H
#define __ASMARM_SETUP_H
#define u8 unsigned char
#define u16 unsigned short
#define u32 unsigned long
/*
* Usage:
* - do not go blindly adding fields, add them at the end
* - when adding fields, don't rely on the address until
* a patch from me has been released
* - unused fields should be zero (for future expansion)
* - this structure is relatively short-lived - only
* guaranteed to contain useful data in setup_arch()
*/
#define COMMAND_LINE_SIZE 1024
/* This is the old deprecated way to pass parameters to the kernel */
struct param_struct {
union {
struct {
unsigned long page_size; /* 0 */
unsigned long nr_pages; /* 4 */
unsigned long ramdisk_size; /* 8 */
unsigned long flags; /* 12 */
#define FLAG_READONLY 1
#define FLAG_RDLOAD 4
#define FLAG_RDPROMPT 8
unsigned long rootdev; /* 16 */
unsigned long video_num_cols; /* 20 */
unsigned long video_num_rows; /* 24 */
unsigned long video_x; /* 28 */
unsigned long video_y; /* 32 */
unsigned long memc_control_reg; /* 36 */
unsigned char sounddefault; /* 40 */
unsigned char adfsdrives; /* 41 */
unsigned char bytes_per_char_h; /* 42 */
unsigned char bytes_per_char_v; /* 43 */
unsigned long pages_in_bank[4]; /* 44 */
unsigned long pages_in_vram; /* 60 */
unsigned long initrd_start; /* 64 */
unsigned long initrd_size; /* 68 */
unsigned long rd_start; /* 72 */
unsigned long system_rev; /* 76 */
unsigned long system_serial_low; /* 80 */
unsigned long system_serial_high; /* 84 */
unsigned long mem_fclk_21285; /* 88 */
} s;
char unused[256];
} u1;
union {
char paths[8][128];
struct {
unsigned long magic;
char n[1024 - sizeof(unsigned long)];
} s;
} u2;
char commandline[COMMAND_LINE_SIZE];
};
/*
* The new way of passing information: a list of tagged entries
*/
/* The list ends with an ATAG_NONE node. */
#define ATAG_NONE 0x00000000
struct tag_header {
u32 size;
u32 tag;
};
/* The list must start with an ATAG_CORE node */
#define ATAG_CORE 0x54410001
struct tag_core {
u32 flags; /* bit 0 = read-only */
u32 pagesize;
u32 rootdev;
};
/* it is allowed to have multiple ATAG_MEM nodes */
#define ATAG_MEM 0x54410002
struct tag_mem32 {
u32 size;
u32 start; /* physical start address */
};
/* VGA text type displays */
#define ATAG_VIDEOTEXT 0x54410003
struct tag_videotext {
u8 x;
u8 y;
u16 video_page;
u8 video_mode;
u8 video_cols;
u16 video_ega_bx;
u8 video_lines;
u8 video_isvga;
u16 video_points;
};
/* describes how the ramdisk will be used in kernel */
#define ATAG_RAMDISK 0x54410004
struct tag_ramdisk {
u32 flags; /* bit 0 = load, bit 1 = prompt */
u32 size; /* decompressed ramdisk size in _kilo_ bytes */
u32 start; /* starting block of floppy-based RAM disk image */
};
/* describes where the compressed ramdisk image lives (virtual address) */
/*
* this one accidentally used virtual addresses - as such,
* its depreciated.
*/
#define ATAG_INITRD 0x54410005
/* describes where the compressed ramdisk image lives (physical address) */
#define ATAG_INITRD2 0x54420005
struct tag_initrd {
u32 start; /* physical start address */
u32 size; /* size of compressed ramdisk image in bytes */
};
/* board serial number. "64 bits should be enough for everybody" */
#define ATAG_SERIAL 0x54410006
struct tag_serialnr {
u32 low;
u32 high;
};
/* board revision */
#define ATAG_REVISION 0x54410007
struct tag_revision {
u32 rev;
};
/* initial values for vesafb-type framebuffers. see struct screen_info
* in include/linux/tty.h
*/
#define ATAG_VIDEOLFB 0x54410008
struct tag_videolfb {
u16 lfb_width;
u16 lfb_height;
u16 lfb_depth;
u16 lfb_linelength;
u32 lfb_base;
u32 lfb_size;
u8 red_size;
u8 red_pos;
u8 green_size;
u8 green_pos;
u8 blue_size;
u8 blue_pos;
u8 rsvd_size;
u8 rsvd_pos;
};
/* command line: \0 terminated string */
#define ATAG_CMDLINE 0x54410009
struct tag_cmdline {
char cmdline[1]; /* this is the minimum size */
};
/* acorn RiscPC specific information */
#define ATAG_ACORN 0x41000101
struct tag_acorn {
u32 memc_control_reg;
u32 vram_pages;
u8 sounddefault;
u8 adfsdrives;
};
/* footbridge memory clock, see arch/arm/mach-footbridge/arch.c */
#define ATAG_MEMCLK 0x41000402
struct tag_memclk {
u32 fmemclk;
};
struct tag {
struct tag_header hdr;
union {
struct tag_core core;
struct tag_mem32 mem;
struct tag_videotext videotext;
struct tag_ramdisk ramdisk;
struct tag_initrd initrd;
struct tag_serialnr serialnr;
struct tag_revision revision;
struct tag_videolfb videolfb;
struct tag_cmdline cmdline;
/*
* Acorn specific
*/
struct tag_acorn acorn;
/*
* DC21285 specific
*/
struct tag_memclk memclk;
} u;
};
struct tagtable {
u32 tag;
int (*parse)(const struct tag *);
};
#define tag_next(t) ((struct tag *)((u32 *)(t) + (t)->hdr.size))
#define tag_size(type) ((sizeof(struct tag_header) + sizeof(struct type)) >> 2)
#define for_each_tag(t,base) \
for (t = base; t->hdr.size; t = tag_next(t))
/*
* Memory map description
*/
#define NR_BANKS 8
struct meminfo {
int nr_banks;
unsigned long end;
struct {
unsigned long start;
unsigned long size;
int node;
} bank[NR_BANKS];
};
extern struct meminfo meminfo;
#endif
4、编写boot.c文件，用于存放main函数
(1)编写main函数代码：
void main(void)
{
void (*theKernel)(int zero, int arch, unsigned int params);
/*定义一个函数指针theKernel,其中第一个参数zero:0 */
/* arch:机器ID ,由于芯片类型很多,内核为了辨别芯片而定义的机器ID，其中2440芯片的ID号是362,*/
/* params :tag参数位置,这里我们的tag起始地址=0x30000100*/
/*1 初 始 化 串 口 0 , 使 内 核 能 打 印 信 息 */
uart0_init(); //调用serial.h头文件里的uart0_init()
puts(“uart0 init OK\r\n”); //打印uart0初始化
/*2从 nand flash 里 把 内 核 复 制 到 SDRAM 中 */
puts(“copy kernel from nand\r\n”); //打印内核复制
nand_read((0x60000+64),0X30008000,0X200000); //烧写2MB,多烧写点避免出错
/*
0x60000+64:表示内核在nand(存储)地址上位置,
0X30008000:内核在sdram(运行)地址上位置
0X200000:内核长度2MB
因为Flash上存的内核格式是：uImage(64B头部(header) + 真正的内核 )
在uboot界面中输入mtd命令可以看到:
kernel分区位于 nand的0X00060000~0x00260000
所以在nand中真正的内核地址=0x60000+64,
在uboot界面中输入boot命令可以看到:
Data Size: 1848656 Bytes =1.8 MB
Load Address: 30008000
所以内核目的地址=0X30008000
长度=1.8MB
*/
/*3 设 置 T A G 参 数 */
puts(“set boot params\r\n”); //打印设置参数信息
setup_start_tag (void); //在0X30000100地址保存start_tag数据，
setup_memory_tags (void); //保存memory_tag数据,让内核知道内存多大
setup_commandline_tag (“boottargs=noinitrd root=/dev/mtdblock3 init=/linuxrc console=ttySAC0”);
/*保存命令行bootargs参数,让内核知道根文件系统位置在/dev/mtdblock3,指定开机运行第一个脚本/linuxrc,指定打印串口0*/
setup_end_tag (void); //初始化tag结构体结束
/* 4 跳 转 执 行 */
puts(“boot kernel\r\n”); //打印启动内核
theKernel = (void (*)(int, int, unsigend int))0x30008000;
// 设置theKernel地址=0x30008000,用于后面启动内核
theKernel(0,362,0x300000100); //362:机器ID， 0x300000100: params(tag)地址
/*传递参数跳转执行到0x30008000启动内核, */
/*相当于: mov r0,#0 */
/*ldr r1,=362 */
/*ldr r2,= 0x300000100 */
/*mov pc,#0x30008000 */
puts(“kernel ERROR\r\n”); //打印内核启动出错
}
(2) 创建TAG参数 函数
创建tag参数函数代码如下：
#include “setup.h”
static struct tag *params; //定义个tag结构体变量params指针
void setup_start_tag (void) //开始tag
{
params = (struct tag *) 0x30000100; //tag起始地址等于0X30000100
params->hdr.tag = ATAG_CORE; //头部常量tag=0x54410001
params->hdr.size = tag_size (tag_core); //size=5,
params->u.core.flags = 0;
params->u.core.pagesize = 0;
params->u.core.rootdev = 0;
params = tag_next (params); //parmas=( struct tag *)((u32 *)parmas+ params->hdr.size)
}
// setup_start_tag (bd)保存tag参数如下:
setup_memory_tags (void) //内存tag
{
int i;
params->hdr.tag = ATAG_MEM; //头部常量tag=0x54410002
params->hdr.size = tag_size (tag_mem32); //size=4
params->u.mem.start = 0x30000000; //SDRAM起始地址
params->u.mem.size = 0x4000000; //SDRAM内存大小64M
params = tag_next (params); //指向下个tag
}
// setup_memory_tag s(bd)保存tag参数如下:
int strlen(char *str) //uboot不依赖任何库,所以需要自己写strlen函数
{
int i=0;
while(str[i])
{
i++;
}
return i;
}
void strcpy(char *dest, char *src)
{
while((*dest++=*src++)!=’\0’&&*dest!=’\0’);
}
setup_commandline_tag (char *cmdline) //命令行tag
/**cmdline :指向命令行参数 */
/*一般为:“boottargs=noinitrd root=/dev/mtdblock3 init=/linuxrc console=ttySAC0” */
{
int len=strlen(cmdline)+1; //计算cmdline长度,并加上结束符
params->hdr.tag = ATAG_CMDLINE; //头部常量tag=0x54410009
params->hdr.size =(sizeof (struct tag_header) +len+3) >> 2; /*size=(字符串长度+头部长度) >>2 */
/*“+3”表示:按4字节对齐,比如当总长度=(1,2,3,4)时,size=(总长度+3)>>2=1，实现4字节对齐 */
strcpy (params->u.cmdline.cmdline, cmdline); //复制形参字符串到params->u.cmdline.cmdline
params = tag_next (params); //执行下个tag
}
setup_end_tag (void) //结束tag
{
params->hdr.tag = 0;
params->hdr.size = 0;
}
5、编写链接脚本：boot.lds
（1）链接脚本语法提示：
1、1.lds链接脚本中每个符号(:或者=)左右都要加上空格或TAB按键 ；
. = ALIGN(4); .rodata:{*(.rodata)} //这里:左右没有空格,将出错,改为 .rodata : {*(.rodata*)}2、lds链接脚本中{}和()后都不能加";"分号。
.rodata : {*(.rodata*)}; //这里"}"后面加了";"逗号,将出错3、lds脚本sections中若是以当前地址.等于xxx时,.后面都要加空格；
.= 0x33f80000; //这里.后面没有加空格,出错 . = 0x33f80000; . = ALIGN(4);4、lds脚本中定义符号时,都要使符号在前。
__bss_start = .; .bss : { *(.bss) *(COMMON) } . = __bss_end; //这里定义"__bss_end"符号出错,应该改为 __bss_end = .;
（2）链接脚本说明
链接脚本中的0x33f80000就是链接地址（即程序运行时，该代码段将被链接到内存的此地址处）,共512K空间存放bootloader；
定义__bss_start和__bss_end符号,是用来在程序开始之前，将这些未定义的变量清0,节省内存且_bss_start-0x33f80000就等于代码的大小(即copy_code_tosdram函数中len值)。
SECTIONS { . = 0x33f80000; . = ALIGN(4); .text : { *(.text) } . = ALIGN(4); .rodata : {*(.rodata*)} . = ALIGN(4); .data : { *(.data) } . = ALIGN(4); __bss_start = .; .bss : { *(.bss) *(COMMON) } __bss_end = .; }
（3）NAND FLASH分区说明
一般在头文件中会通过MTDPARTS_DEFAULT宏定义，明确flash的分区设置，一般来说会分为4个区，依次存放bootloader、启动参数、内核映像、根文件系统。
| bootloader | 一开机直接运行u-boot |
|---|---|
| boot parameters | 存放一些可以设置的参数,供u-boot使用 |
| kernel | 存放内核区 |
| root filesystem | 根文件系统,挂载(mount)后才能使用文件系统中的应用程序 |
（4）NAND Flash启动的架构和流程
![]()
image-20201125230828425
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启动流程为：
- 上电后，CPU内置程序会从NAND Flash的特定地址（一般是第一个block块地址）读出Boot-Loader程序到CPU的内部内存中。
- CPU将控制权交给内部存储器中的Boot-Loader；
- Boot-Loader初始化SDRAM，再从NAND Flash中将主程序载入到SDRAM中；
- Boot-Loader将控制权交给主程序。
6、编写makefile文件
备注：在makefile中‘=’与‘:=’的区别：
‘=’ 无关位置的等于(比如:”x=a y=$(x) x=b”,那么y的值永远等于最后的值,等于 b ,而不是a)
‘:=’ 有关位置的等于(比如:”x:=a y:=$(x) x:=b”,那么y的值取决于当时位置的值,等于 a ,而不是b)
CC = arm-linux-gcc //定义CC变量=arm-linux-gcc,简化书写,编译命令,(*.C,*.S)文件生成*.O文件
LD = arm-linux-ld //连接命令,将多个*.O文件生成 boot.elf
AR = arm-linux-ar //库管理命令,这里没有用到
OBJCOPY = arm-linux-objcopy //复制/格式转换命令, boot.elf生成boot.dis
OBJDUMP = arm-linux-objdump //反汇编命令,boot.bin生成boot.dis
//GCC编译参数,-Wall:显示所有错误和警告, -O2:采用2级编译优化
CFLAGS := -Wall -O2
//添加头文件参数,-nostdinc忽略缺省目录, -fno-builtin不连接系统标准启动文件和标准库文件（表示不用自带的strlen()等库函数）
CPPFLAGS := -nostdinc -fno-builtin
//定义objs变量，包含生成boot.bin目标文件需要的依赖文件
objs := start.o init.o boot.o
//执行生成目标文件，首先是先满足objs所有依赖文件都拥有，才执行
boot.bin: $(objs)
${LD} -Tuboot.lds -o boot_elf $^
${OBJCOPY} -O binary -S boot_elf $@
${OBJDUMP} -D -m arm boot_elf > boot.dis
//-c编译不连接。$@表示目标文件 $<表示第一个依赖文件
%.o:%.c
${CC} $(CPPFLAGS) $(CFLAGS) -c -o $@ $<
%.o:%.S
${CC} $(CPPFLAGS) $(CFLAGS) -c -o $@ $<
clean:
rm -f *.bin *.elf *.dis *.o
7、下载编译
（1）新建一个文件夹，并命名为bootloader，将以上编写好的：boot.c、init.c、start.S、setup.h、boot.lds和Makefile文件复制进去。然后将该bootloader文件夹通过共享文件夹或FileZilla软件拷贝进虚拟机linux环境下。
（2）在Linux环境下通过终端命令行进入到该bootloader文件夹中，执行make命令，进行编译、链接：
image-20210109214629292
(3)将得到的二进制文件boot.bin拷贝到Windows环境下的D盘根目录下。
(4)键盘“Win + R”组合键，输入cmd回车，打开WIndows下的命令行终端，输入命令d:进入D盘根目录。
(5)打开开发板电源，将JTAG-USB转接工具连接到电脑USB口，在WIndows命令行终端终端输入oflash boot.bin命令，运行FLASH烧录工具，将二进制目标文件烧录进目标板的NAND Flash中：
image-20210109215334715
(6)选择0回车，进入OpenJTAG模式，再依次键入1选择S3C2440目标板、后面都键入0完成烧录。
（7）用串口调试线连接开发板的COM口和电脑的USB口，打开MobaXterm串口连接工具，并连接到开发板。关闭开发板电源后，再重新接通电源，通过MobaXterm软件观察开发板启动情况。
(8)如果程序正确，将会看到开发板顺利启动内核并运行起来了linunx。
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