ARM 系列 -- FS2410 开发板上 Nand Flash 到内存的代码搬移

一、目的
通过将 Nand Flash 前 4K 代码搬移到 SDRAM 中，了解如何初始化并使用 ARM 的内存，
为编写 ARM bootloader 和搬移内核到内存作准备。

二、代码
关于如何建立开发环境，在我的前一篇随笔(FS2401 发光二极管循环点亮)里有介绍, 请
参考。要初始化并使用内存需要了解一些很锁碎的细节，上来就讲这些知识点未免生涩，不
如在代码中穿插讲解来的直接。

@ 文件 head.s
@ 作用: 关闭看门狗、设置内存、向 SDRAM 搬移 Nand Flash 的前 4K 代码、设置堆栈、
@ 调用已经搬移到 SDRAM 的 main 函数
.text
.global _start
_start:
ldr r0, =0x53000000 @ Close watch-dog
mov r1, #0x0
str r1, [r0]
bl memory_setup@ Initialize memory setting
bl copy_block_to_sdram @ Move code to SDRAM
ldr sp, =0x34000000 @ Set stack pointer
ldr pc, =main @ call main in SDRAM

halt_loop:
b halt_loop

copy_block_to_sdram:
mov r0, #0x0
mov r1, #0x30000000
mov r2, #4096
copy_loop:
ldmia r0!, {r3-r10}
stmia r1!, {r3-r10}
cmp r0, r2
blo copy_loop

注:看门狗(Watch Dog Timer，简称为WDT)技术就是最常见的抗干扰技术，实际上是一个
可清零的定时计数器。

@ 文件 memory.s
@ 初始化内存控制寄存器
.global memory_setup@ 导出 memory_setup, 使其对链接器可见
memory_setup:
mov r1, #0x48000000 @ BWSCON 内存控制寄存器地址
adrl r2, mem_cfg_val
add r3, r1, #13*4
1:
@ write initial values to registers
ldr r4, [r2], #4
str r4, [r1], #4
cmp r1, r3
bne 1b
mov pc, lr

.align 4
mem_cfg_val:
.long 0x22111110 @ 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 9bit
.long 0x008e07a3 @ REFRESH
.long 0x000000b2 @ BANKSIZE
.long 0x00000030 @ MRSRB6
.long 0x00000030 @ MRSRB7

注: 要理解这里的寄存器设置需要看手册和资料， 这里简单介绍一下:
1．BWSCON：对应BANK0-BANK7，每BANK使用4位。这4位分别表示:
a．STx：启动/禁止SDRAM的数据掩码引脚，对SDRAM，此位为0；对SRAM，此位为1
b．WSx：是否使用存储器的WAIT信号，通常设为0
c．DWx：使用两位来设置存储器的位宽：00-8位，01-16位，10-32位，11-保留。
d．比较特殊的是BANK0对应的4位，它们由硬件跳线决定，只读。
e．对于本开发板，使用两片容量为32Mbyte、位宽为16的SDRAM组成容量为64Mbyte、
位宽为32的存储器，所以其BWSCON相应位为：0010。对于本开发板，BWSCON可设为
0x22111110：其实我们只需要将BANK6对应的4位设为0010即可，其它的是什么值没
什么影响，这个值是参考手册上给出的。
2．BANKCON0-BANKCON5：我们没用到，使用默认值0x00000700即可
3．BANKCON6-BANKCON7：设为0x00018005
在8个BANK中，只有BANK6和BANK7可以使用SRAM或SDRAM，与BANKCON0-5有点不同：
a．MT([16:15])：用于设置本BANK外接的是SRAM还是SDRAM：SRAM-0b00，SDRAM-0b11
b．当MT=0b11时，还需要设置两个参数：
Trcd([3:2])：RAS to CAS delay，设为推荐值0b01
SCAN([1:0])：SDRAM的列地址位数，本开发板的SDRAM列地址位数为9，所以SCAN=0b01
4．REFRESH(SDRAM refresh control register)：
其中R_CNT用于控制SDRAM的刷新周期，占用REFRESH寄存器的[10:0]位，它的取值可
如下计算(SDRAM时钟频率就是HCLK)：
R_CNT = 2^11 + 1 – SDRAM时钟频率(MHz) * SDRAM刷新周期(uS)
在未使用PLL时，SDRAM时钟频率等于晶振频率12MHz；SDRAM的刷新周期在SDRAM的数
据手册上有标明，在本开发板使用的SDRAM HY57V561620CT-H的数据手册上，可看见
这么一行“8192 refresh cycles / 64ms”：所以，刷新周期=64ms/8192 = 7.8125 uS。

对于本实验，R_CNT = 2^11 + 1 – 12 * 7.8125 = 1955
REFRESH=0x008e0000 + 1955 = 0x008e07a3
5．BANKSIZE：0x000000b2
位[7]=1：Enable burst operation
位[5]=1：SDRAM power down mode enable
位[4]=1：SCLK is active only during the access (recommended)
位[2:1]=010 BANK6、BANK7对应的地址空间: 010-128M/128M, 001-64M/64M
6．MRSRB6、MRSRB7：0x00000030
能让我们修改的只有位[6:4](CL)，SDRAM HY57V561620CT-H不支持CL=1的情况，所以
位[6:4]取值为010(CL=2)或011(CL=3)

/* 文件 sdram.c */
/* 作用 循环点亮开发板上的 D9、D10、D11、D12 四个发光二极管 */
#define GPFCON (*(volatile unsigned long *)0x56000050) /* GPFCON 端口地址为0x56000050 */
#define GPFDAT (*(volatile unsigned long *)0x56000054) /* GPFDAT 端口地址为0x56000054 */

int main()
{
int i,j;
while(1) {
for (i = 0; i <4; ++i) {
GPFCON = 0x1<<(8+i*2); /* 如何设置此二寄存器使二极管发光,前一*/
GPFDAT = 0x0;/* 篇随笔(FS2401 发光二极管循环点亮) */
/* 里有介绍*/
// for delay
for(j=0;j<50000;++j) ;
}
}
}

# Makefile
# 编译上述三个代码文件， 并链接生成的目标文件,
# 再将目标文件(ELF格式)转换成二进制格式文件
sdram:head.s memory.s sdram.c
arm-linux-gcc -c -o head.o head.s
arm-linux-gcc -c -o memory.o memory.s
arm-linux-gcc -c -o sdram.o sdram.c

# -Ttext 0x30000000 会使目标文件里 ldr pc, =main 指令里的 pc 加上
# 0x30000000 这个基地址，而 #0x30000000 正是我们要将代码搬到 SDRAM 的
# 起始地址， 更多细节请参考 arm-linux-ld -Ttext 的用法
arm-linux-ld -Ttext 0x30000000 head.o memory.o sdram.o -o sdram_tmp.o
arm-linux-objcopy -O binary -S sdram_tmp.o sdram
clean:
rm -f *.o
rm -f sdram

三、编译、烧写、测试
Make 一下就会生成我们要的文件 sdram, 将其通过 JTAG 烧入 Nand Flash 即可，Reset
一下开发板， 欣赏您的实验成果吧