U-Boot在基于S3C4480开发板上的移植

1 引言
    Bootloader代码是器件复位后进入操作系统前执行的一段代码，通过该代码初始化处理器各寄存器和片上外设，建立存储器映射图以及初始化堆栈，从而为操作系统提供基本的运行环境。由于Bootloader与CPU和开发板配置有关，不可能有通用的Bootloader，因此需要根据具体情况进行移植。嵌入式系统U-boot是当前流行、功能强大的Bootloader。U-Boot用于多种嵌入式CPU的Bootloader程序，U-Boot支持ARM、PowerPC等多种架构的处理器，也支持Linux、NetBSD和Vx—Works等操作系统。这里采用U—Boot的版本为U-boot-1．1．6。

2 U-Boot目录结构
    U-Boot目录结构如下：board是一些与现有开发板有关的文件，比如makefile和u-boot．1ds等都与具体开发板的硬件和地址分配有关；common是与体系结构无关的文件，可实现各种命令的C文件；cpu是CPU相关文件，其子目录都是以U-boot支持的CPU命名，比如子目录arm920t，mips，s3e44bO和nios等，每个特定的子目录都包括cpu．c，interrupt．C和start.s；doc是说明文档；drivers是通用设备驱动程序，比如：各种网卡、支持CFI的Flash和USB总线等；fs是支持文件系统的文件，U—Boot可支持cramfs，fat，fdos,jffs2等文件；net是与网络有关的代码，比如：BOOTP协议、TFTP协议和NFS文件系统的实现；lib_arm是与ARM体系结构相关的代码；tools是创建S-Record的格式文件和U-Boot images的工具。

3 U—Boot启动过程
    U-Boot的启动主要分为stagel和stage2两个阶段Ⅲ。stagel采用汇编语言编写，通常与CPU的体系结构有关，如设备初始化代码等，该阶段可在start．s中实现。U—Boot中stagel阶段的启动过程如图l所示。

    stage2采用C语言程序，用于加载操作系统内核，该阶段由board．c中的start_armboot()函数实现。stage2阶段一般包括：初始化Flash；检测系统内存映射：初始化相关网络设备：初始化RTL8019AS网络器件；进入命令循环，接收用户从串口接收命令，然后进行相应的处理。
    图2给出U—Boot的stagel和stage2在Flash和SDRAM中的分配。图2a中，U-Boot的可执行映像放在Ox00000000~Ox000 20000区域，参数和环境变量配置在Ox0002000～0x00030000区域，0x00030000一Ox00200000区域用于存放操作系统和应用程序文件，由于不涉及操作系统的移植，所以操作系统文件的配置不做详细描述。图2b中，0x0C700000是U-Boot将自身的stage2的代码复制到SDRAM的起始地址。这个地址在board／up44b0／congif．mk文件中定义：TEXT_BASE=0x0C70 0000。0xC780000~oxc800000区域用于U—Boot的升级，升级调试步骤：首先启动基于F1ash的U-Boot，按任意键进入script模式，运行fftp命令(tffp C780000 u-bootbin)，把新编译的U-Boot．bin加载至以0xC780000为首地址的空间。假设需要加载的新文件长度为104 704(0x19900)字节，则需要拷贝的长度为0x19900／4+2=0x6642。采用erase命令擦除Flash中U-Boot的存放区域erase OxO 0x1FFFF。最后采用cp命令，把SDRAM中的新U-Boot写入Flash：cp Ox000 0xc780000 0x6642。

4 U-Boot移植
    嵌入式系统的Bootloader与硬件系统密切相关，目标系统的主要配置如下：①CPU配置为ARM S3C44BOX；②存储器配置为2 MB NOR Flash AM29LVl60B和8 MB SDRAMHY57V641620，前者的地址范围为0x00000000～0x00200000，后者的地址范围为0x0c000000～OxOe800000；③网卡器件为RTL8019，其基地址为0xoa000600；④晶体振荡器为6 MHz；⑤CPU主频为60 MHz。
    为了缩短移植周期，可在U—Boot所支持的开发板中选择一种和目标板接近的开发板，并在其基础上修改。这里选择Board目录下Dave／B2。
4．1 Board目录下文件修改
    在Board目录下创建up44b0及目录，将Dave目录下的文件复制到UP目录下，并将b2．e改名为up44b0．e，而其他文件名不变。修改up44b0．e文件中的板级初始化函数，将其中关于LAN91C96网卡复位的代码改为RTL8019AS网卡复位的代码，根据板上具体资源信息修改CPU端口的初始化值。修改lowlevel_init．s文件中BWSCON寄存器的配置值和SDRAM的刷新频率。修改makeifle文件，将其中的B2．O改为up44b0．O。
4．2 CPU目录下文件修改
    由于CPU目录下已存在s3c44b0目录，所以不用再创建。直接修改其目录下的文件，即修改start．s文件中PLLCON寄存器的值，以确定CPU主频。根据$3C4480提供的式(1)和式(2)计算倍频系数M、P、S和PLLCON的值。

   
式中：Fpllo为CPU主频，Fpllo=6O MHz；Fin为晶振频率，Fin=MHz。
    根据CPU主频修改serial．C文件中UART波特率除数寄存器(UBRDIVn)的值。
4．3 Include目录下文件的修改
    在include／configs目录下添加up44b0．h，并将B2．h的内容复制到up44b0．h中。修改up44b0．h文件内容，其中主要修改CPU的工作频率；定义RTL8019网卡代替LAN91C96，定义RTL8019网卡的基地址；修改Flash和SDRAM的起始地址及大小；将内核参数的存放设备改为NOR Flash。
    为了提高下载速度，利用U-Boot提供的功能驱动网卡RTL8019AS。RTL80C19AS映射在BANK 5，BANK 5起始地址为OxOa000000。RTL8019AS位宽的选择：RTL8019AS可工作在8位或16位模式，由IOCSl6B引脚和DCR寄存器的第0位确定，拉高开发板上IOCSl6B引脚，且DCRDCR寄存器的第0位为1，所以RTL8019AS工作在16位模式下。RTL8019AS的基地址：RTL8019AS基地址由配置寄存器1中的前4位IS03~IS00决定，这里IS03~IS00的值为0000，基地址为300 H，但基地址300 H是针对器件内部而言的，CPU的A1接到网卡器件的A0，所以从CPU看来网卡的地址左移一位成600 H，再加上Bank地址就是OxOa000600，这点与器件16位宽度有关。RTL8019AS寄存器寻址：寄存器寻址方式在drivergrtl8019．h文件中定义，由于RTL8019AS丁作在16位模式，寄存器的地址都需左移一位。
4．4 U-Boot根目录下的修改
   

5 U-Boot的编译与运行
    系统配置完毕进入U—Boot主目录，重新编译U-Boot代码，运行命令：#make up44b0_config；#make。编译成功，生成所需的U-Boot．bin二进制文件。利用Flash烧写工具通过JTAG接13将生成的U．Boot．bin文件烧写到F1ash中，开发板复位，打开超级终端，如果能看到正确的启动信息，表明移植成功。按下任意键，进人U—Boot命令行调试。

6 结语
    为了充分利用U-Boot的强大功能，易于下载和更新程序，采用网卡器件RTL8019AS，详细给出了RTL8019AS位宽的选择、基地址的确定以及寄存器寻址方式的修改。利用U-Boot操作Flash的能力。先将新的U-Boot文件通过tftp命令下载到升级区，调试成功后再通过erase和cp命令将新文件拷贝到Flash中，从而简化了U-Boot的升级更新过程。通过分析U-Boot的运行机理，研究了U-Boot在基于S3C4480开发板上的移植方法．成功地将U-Boot移植到开发板上。Bootloader是嵌入式开发的重要环节，可在此基础上进行更深入的移植开发。