Linux bootloader全程详解(ARM S3C2410)

写在前面：这篇文章已经写的很详细了。主要参考的就是正果过程，如果要是移植bootloader的话应该找一套现成的源码，至少我是这么认为的，虽然我还没有移植过。

网上关于Linux的BOOTLOADER文章不少了,但是大都是vivi,blob等比较庞大的程序,读起来不太方便,编译出的文件也比较大,而且更多的是面向开发用的引导代码,做成产品时还要裁减,这一定程度影响了开发速度,对初学者学习开销也比较大,在此分析一种简单的BOOTLOADER,是在三星公司提供的S3C2410BOOTLOADER上稍微修改后的结果,编译出来的文件大小不超过4k,希望对大家有所帮助.

1.几个重要的概念

COMPRESSED KERNEL and DECOMPRESSED KERNEL
压缩后的KERNEL,按照文档资料,现在不提倡使用DECOMPRESSED KERNEL,而要使用COMPRESSED KERNEL,它包括了解压器.因此要在ram分配时给压缩和解压的KERNEL提供足够空间,这样它们不会相互覆盖.
当执行指令跳转到COMPRESSED KERNEL后,解压器就开始工作,如果解压器探测到解压的代码会覆盖掉COMPRESSED KERNEL,那它会直接跳到COMPRESSED KERNEL后存放数据,并且重新定位KERNEL,所以如果没有足够空间,就会出错.

Jffs2 File System
可以使armlinux应用中产生的数据保存在FLASH上,我的板子还没用到这个.

RAMDISK
使用RAMDISK可以使ROOT FILE SYSTEM在没有其他设备的情况下启动.一般有两种加载方式,我就介绍最常用的吧,把COMPRESSED RAMDISK IMAGE放到指定地址,然后由BOOTLOADER把这个地址通过启动参数的方式ATAG_INITRD2传递给KERNEL.具体看代码分析.

启动参数(摘自IBM developer)
在调用内核之前，应该作一步准备工作，即：设置Linux内核的启动参数。Linux 2.4.x以后的内核都期望以标记列表(tagged list)的形式来传递启动参数。启动参数标记列表以标记ATAG_CORE开始，以标记ATAG_NONE结束。每个标记由标识被传递参数的tag_header结构以及随后的参数值数据结构来组成。数据结构tag和tag_header定义在Linux内核源码的include/asm/setup.h头文件中.
在嵌入式Linux系统中，通常需要由BOOTLOADER设置的常见启动参数有：ATAG_CORE、ATAG_MEM、ATAG_CMDLINE、ATAG_RAMDISK、ATAG_INITRD等。
(注)参数也可以用COMMANDLINE来设定,在我的BOOTLOADER里,我两种都用了.

2.开发环境和开发板配置:
CPU:S3C2410,BANK6上有64M的SDRAM(两块),BANK0上有32MNOR FLASH,串口当然是逃不掉的.这样,按照数据手册,地址分配如下:
0x4000_0000开始是4k的片内DRAM.
0x0000_0000开始是32MFLASH 16bit宽度
0x3000_0000开始是64MSDRAM 32bit宽度
注意:控制寄存器中的BANK6和BANK7部分必须相同.
0x4000_0000(片内DRAM)存放4k以内的BOOTLOADER IMAGE
0x3000_0100开始存放启动参数
0x3120_0000存放COMPRESSED KERNEL IMAGE
0x3200_0000存放COMPRESSED RAMDISK
0x3000_8000指定为DECOMPRESSED KERNEL IMAGE ADDRESS
0x3040_0000指定为DECOMPRESSED RAMDISK IMAGE ADDRESS
开发环境:Redhat Linux,armgcc toolchain, armlinux KERNEL

如何建立armgcc的编译环境:建议使用toolchain,而不要自己去编译armgcc,偶试过好多次,都以失败告终.
先下载arm-gcc 3.3.2 toolchain
将arm-linux-gcc-3.3.2.tar.bz2解压到/toolchain
# tar jxvf arm-linux-gcc-3.3.2.tar.bz2
# mv /usr/local/arm/3.3.2 /toolchain
在makefile中在把arch=arm CROSS_COMPILE设置成toolchain的路径
还有就是INCLUDE = -I ../include -I /root/my/usr/local/arm/3.3.2/include.,否则库函数就不能用了

3.启动方式:
可以放在FLASH里启动,或者用Jtag仿真器.由于使用NOR FLASH,根据2410的手册,片内的4K DRAM在不需要设置便可以直接使用,而其他存储器必须先初始化,比如告诉memory controller,BANK6里有两块SDRAM,数据宽度是32bit,= =.否则memory control会按照复位后的默认值来处理存储器.这样读写就会产生错误.
所以第一步,通过仿真器把执行代码放到0x4000_0000,(在编译的时候,设定TEXT_BAS
E=0x40000000)。
第二步,通过AxD把linux KERNEL IMAGE放到目标地址(SDRAM)中,等待调用
第三步,执行BOOTLOADER代码,从串口得到调试数据,引导armlinux

4.代码分析
讲了那么多执行的步骤,是想让大家对启动有个大概印象,接着就是BOOTLOADER内部的代码分析了,BOOTLOADER文章内容网上很多,我这里精简了下,删除了不必要的功能.
BOOTLOADER一般分为2部分,汇编部分和c语言部分,汇编部分执行简单的硬件初始化,C部分负责复制数据,设置启动参数,串口通信等功能.
BOOTLOADER的生命周期:
1.初始化硬件,比如设置UART(至少设置一个),检测存储器= =.
2.设置启动参数,这是为了告诉内核硬件的信息,比如用哪个启动界面,波特率= =.
3.跳转到Linux KERNEL的首地址.
4.消亡

当然,在引导阶段,象vivi等,都用虚地址,如果你嫌烦的话,就用实地址,都一样.
我们来看代码:
2410init.s
.global _start//开始执行处
_start:
//下面是中断向量
b reset @ Supervisor Mode//重新启动后的跳转
……
……
reset:
ldr r0,=WTCON /WTCON地址为53000000,watchdog的控制寄存器*/
ldr r1,=0x0 /*关watchdog*/
str r1,[r0]

ldr r0,=INTMSK
ldr r1,=0xffffffff /*屏蔽所有中断*/
str r1,[r0]

ldr r0,=INTSUBMSK
ldr r1,=0x3ff /*子中断也一样*/
str r1,[r0]
/*Initialize Ports...for display LED.*/
ldr r0, =GPFCON
ldr r1, =0x55aa
str r1, [r0]
ldr r0, =GPFUP
ldr r1, =0xff
str r1, [r0]
ldr r0,=GPFDAT
ldr r1,=POWEROFFLED1
str r1,[r0]
/* Setup clock Divider control register
* you must configure CLKDIVN before LOCKTIME or MPLL UPLL
* because default CLKDIVN 1,1,1 set the SDMRAM Timing Conflict
nop
* FCLK:HCLK:PCLK = 1:2:4 in this case
*/
ldr r0,=CLKDIVN
ldr r1,=0x3
str r1,[r0]

/*To reduce PLL lock time, adjust the LOCKTIME register. */
ldr r0,=LOCKTIME
ldr r1,=0xffffff
str r1,[r0]
/*Configure MPLL */
ldr r0,=MPLLCON
ldr r1,=((M_MDIV<<12)+(M_PDIV<<4)+M_SDIV) //Fin=12MHz,Fout=203MHz
str r1,[r0]
ldr r1,=GSTATUS2
ldr r10,[r1]
tst r10,#OFFRST

bne 1000f
//以上这段,我没动,就用三星写的了,下面是主要要改的地方
/* MEMORY C0NTROLLER(MC)设置*/
add r0,pc,#MCDATA - (.+8)// r0指向MCDATA地址,那里存放着MC初始化要用到的数据
ldr r1,=BWSCON // r1指向MC控制器寄存器的首地址
add r2,r0,#52 //复制次数,偏移52字

1: //按照偏移量进行循环复制
ldr r3,[r0],#4
str r3,[r1],#4
cmp r2,r0
bne 1b
.align 2

MCDATA:
.word (0+(B1_BWSCON<<4)+(B2_BWSCON<<8)+(B3_BWSCON<<12)
+(B4_BWSCON<<16)+(B5_BWSCON<<20)+(B6_BWSCON<<24)+(B7_BWSCON<<28))
上面这行就是BWSCON的数据,具体参数意义如下:

需要更改设置DW6和DW7都设置成10,即32bit,DW0设置成01,即16bit
下面都是每个BANK的控制器数据,大都是时钟相关,可以用默认值,设置完MC后,就跳到调用main函数的部分
.word ((B0_Tacs<<13)+(B0_Tcos<<11)+(B0_Tacc<<8)+(B0_Tcoh<<6)
+(B0_Tah<<4)+(B0_Tacp<<2)+(B0_PMC))
.word ((B1_Tacs<<13)+(B1_Tcos<<11)+(B1_Tacc<<8)+(B1_Tcoh<<6)
+(B1_Tah<<4)+(B1_Tacp<<2)+(B1_PMC))
.word ((B2_Tacs<<13)+(B2_Tcos<<11)+(B2_Tacc<<8)+(B2_Tcoh<<6)
+(B2_Tah<<4)+(B2_Tacp<<2)+(B2_PMC))
.word ((B3_Tacs<<13)+(B3_Tcos<<11)+(B3_Tacc<<8)+(B3_Tcoh<<6)
+(B3_Tah<<4)+(B3_Tacp<<2)+(B3_PMC))
.word ((B4_Tacs<<13)+(B4_Tcos<<11)+(B4_Tacc<<8)+(B4_Tcoh<<6)
+(B4_Tah<<4)+(B4_Tacp<<2)+(B4_PMC))
.word ((B5_Tacs<<13)+(B5_Tcos<<11)+(B5_Tacc<<8)+(B5_Tcoh<<6)
+(B5_Tah<<4)+(B5_Tacp<<2)+(B5_PMC))
.word ((B6_MT<<15)+(B6_Trcd<<2)+(B6_SCAN))
.word ((B7_MT<<15)+(B7_Trcd<<2)+(B7_SCAN))
.word ((REFEN<<23)+(TREFMD<<22)+(Trp<<20)+(Trc<<18)+(Tchr<<16)+REFCNT)
.word 0xB2 /* REFRESH Control Register */
.word 0x30 /* BANKSIZE Register : Burst Mode */
.word 0x30 /* SDRAM Mode Register */

.align 2
.global call_main //调用main函数,函数参数都为0
call_main:
ldr sp,STACK_START
mov fp,#0 /* no previous frame, so fp=0*/
mov a1, #0 /* set argc to 0*/
mov a2, #0 /* set argv to NUL*/
bl main /* call main*/
STACK_START:
.word STACK_BASE
undefined_instruction:
software_interrupt:
prefetch_abort:
data_abort:
not_used:
irq:
fiq:
/*以上是主要的汇编部分,实现了时钟设置,串口设置watchdog关闭,中断关闭功能(如果有需要还可以降频使用),然后转入main*/
2410init.c file
int main(int argc,char **argv)
{
u32 test = 0;
//压缩后的IMAGE地址
void (*theKERNEL)(int zero, int arch, unsigned long params_addr) =
(void (*)(int, int, unsigned long))RAM_COMPRESSED_KERNEL_BASE;
int i,k=0;
// downPt=(RAM_COMPRESSED_KERNEL_BASE);
chkBs=(_RAM_STARTADDRESS);//SDRAM开始的地方
// fromPt=(FLASH_LINUXKERNEL);
MMU_EnableICache();
ChangeClockDivider(1,1); // 1:2:4
ChangeMPllvalue(M_MDIV,M_PDIV,M_SDIV); //Fin=12MHz FCLK=200MHz
Port_Init();//设置I/O端口,在使用com口前,必须调用这个函数,否则通信芯片根本得不到数据
Uart_Init(PCLK, 115200);//PCLK使用默认的200000,拨特率115200
/*******************(检查ram空间)*******************/
Uart_SendString("ntLinux S3C2410 Nor BOOTLOADERn");
Uart_SendString("ntChecking SDRAM 2410loader.c...n");
for(;chkBs<0x33FA0140;chkBs=chkBs+0x4,test++)//