前言

之前学习嵌入式裸板程序也有一定的时间了，而一个bootloader则是裸板程序的一个集大成者，能包含很多的知识点，所以编写一个bootloader能巩固之前的所学。废话少讲，下面就开始正式的编写。

目标

相信搞嵌入式的都知道bootloader是什么东西，这里我就不作详细介绍，简单说一下我编写的bootloader要做什么工作。bootloader的终极目标就是为了要引导内核，并启动内核，为了达到这个目标我们需要做这么几个工作：

初始化硬件：关看门狗（否则几秒钟后就会复位整个单板）、设置系统时钟、初始化SDRAM、初始化NAND flash（因为我的内核是烧写在NAND flash的，要初始化才能读）
如果bootloader比较大，我们还需要把它重定位到SDRAM中（为什么这么做后面会讲）
把内核从flash中读到SDRAM
设置要传递给内核的参数
跳转执行内核

下面的程序我们就会按照这几个步骤进行编写。

Bootloader的编写

我会先给出完整的代码，再分步按照上面的顺序，对每一步做出详细的解释，废话不多讲，请看代码：

#define MEM_CTL_BASE 0x48000000.text
.global _start
_start:/* 1.关看门狗 */ldr r0, =0x53000000  /*当值比较大的时候，不能直接使用mov，只能用ldr*/mov r1, #0str r1, [r0]  /*关看门狗就是把零值写入到固定的地址*//* 2.设置时钟 *//*设置MPLL， FCLK:HCLK:PCLK = 400MHz : 100MHz : 50MHz*//*为了保险先初始化一下locktime*/ldr r0, =0x4C000000ldr r1, =0xFFFFFFFFstr r1, [r0]/*设置CLKDVIN:*HDIVN[2:1] :    10  -  HCLK=FCLK/4*PDVIN[0]    :     1   -   PCLK=HCLK/2*/ldr r0, =0x4C000014ldr r1, =0x5str r1, [r0]/*设置CPU为异步模式*/mrc p15,0,r0,c1,c0,0orr r0,r0,#0xc0000000  //R1_nF:OR:R1_iA mcr p15,0,r0,c1,c0,0/**Mpll = (2 * m * Fin) / (p * 2S) *m = (MDIV + 8), p = (PDIV + 2), s = SDIV*当Fin=12MHz，若要 Mpll=400MHz，则有MDIV=92, PDIV=SDIV=1*/ldr r0, =0x4C000004ldr r1, =(92<<12) | (1<<4) | (1<<0)str r1, [r0]/*一旦设置了PLL，就会锁定locktime直到PLL输出稳定*然后CPU工作于新的频率*//*启动ICACHE*/mrc p15, 0, r0, c1, c0, 0orr r0, r0, #(1<<12)mcr p15, 0, r0, c1, c0, 0/* 3.初始化SDRAM */ldr r0, =MEM_CTL_BASEadr r1, sdram_config   /*sdram_config的当前地址*/add r3, r0, #(13*4)
1:ldr r2, [r1], #4 /*让r1地址的值读到r2，让后r1加4，也就是指向下一个地址*/str r2, [r0], #4 /*让r2的值写入到r0地址的寄存器，r0加上4，指向下一个地址*/cmp r0, r3 /*不断的循环把sdram_config里面的值写入到BWSCON开始的寄存器里面*/bne 1b /*b的含义代表调到这行代码前面的1，如果是1f就代表下面的1*//* 4.重定位: 把bootloader本身的代码从flash复制到链接地址去 *//*查看芯片手册第196页可知，我们的内存为64MB，*基地址为0x30000000，所以sp指向最高地址就可以了，*因为栈是向下增长,0x30000000加上64MB等于0x34000000*/ldr sp, =0x34000000 //设置栈bl nand_init //不管是nor还是nand启动，都需要初始化nand flash，因为内核存在nand flash上/*设置copy_code_to_sdram的三个参数*/mov r0, #0  //src的值就是0地址ldr r1, =_start  //目的地址就是连接地址，就是脚本开始的_start变量ldr r2, =__bss_startsub r2, r2, r1  //bss段开始地址减去链接地址就是二进制文件的长度了bl copy_code_to_sdram/*清除bss段，也就是赋为零值*/bl clean_bss/* 5.执行main函数 */ldr lr, =halt //如果main函数有返回值，则跳入halt循环，避免单板调到未知的地方ldr pc, =main
halt:bl haltsdram_config:.long 0x22000000 //BWSCON.long 0x00000700 //BANKCON0.long 0x00000700 //BANKCON1.long 0x00000700 //BANKCON2.long 0x00000700 //BANKCON3.long 0x00000700 //BANKCON4.long 0x00000700 //BANKCON5.long 0x00018001 //BANKCON6.long 0x00018001 //BANKCON7.long 0x008404f5 //REFRESH.long 0x000000b1 //BANKSIZE.long 0x00000020 //MRSRB6.long 0x00000020 //MRSRB7

（1）关看门狗

关看门狗这步没什么讲的，按照芯片手册，给特定的寄存器写0值

（2）设置时钟

时钟的设置也不难，也就是根据芯片手册，设置一些寄存器的值。可以参考我的这篇文章：S3C2440芯片的时钟体系结构

（3）启动ICACHE

上面的汇编代码中有个启动ICACHE的设置，这个作用主要是为了加快指令的执行，从而加快bootloader的启动

（4）初始化SDRAM

SDRAM的初始化其实也是根据自己的需求，参考芯片手册，去设置一些寄存器的值，至于每个寄存器设置的值的含义，可以参考我这篇文章：S3C2440芯片的SDRAM初始化设置

这里需要解释一下的就是MEM_CTL_BASE（0x48000000）的值就是寄存器BWSCON的地址

（5）重定位

这里我先解释一下为什么需要重定位：

我们板子中有nor flash、SDRAM和nand flash，还有一个4k的片内内存SRAM。

CPU能直接访问的地方有：nor flash、SDRAM、SRAM和各种控制器（包括NAND flash控制器）。所以当我们的程序烧写到SDRAM或者NOR flash的时候，程序能直接运行。但是如果烧写到NAND flash，芯片会把程序的头4K先拷贝到SRAM中执行，如果NAND flash中的程序小于4K的话，程序还能正常运行，如果大于4K，那大于4K的这部分就运行不了。

所以我们就引入了重定位，NAND flash的代码中的前4K的代码中需要把整个代码拷贝到SDRAM去执行。

另外，对于NOR FLASH来说，虽然能在上面执行代码，但是我们却无法写NOR FLASH，所以一旦程序中有需要写的变量，比如全局变量和静态变量，我们在无法在NOR FLASH上直接修改它们的值。因此，我们还是需要将代码重定位到SDRAM中去执行。

这里重定位用到了链接脚本的知识，下面我先给出这次bootloader的链接脚本：

SECTIONS {. = 0x33f80000;__code_start = .;. = ALIGN(4);.text   :{*(.text)}. = ALIGN(4);.rodata :{*(.rodata)}. = ALIGN(4);.data   :{*(.data)}. = ALIGN(4);__bss_start = .;.bss    :{*(.bss) *(.COMMON)}__bss_end = .;
}

一开始的值0x33f80000，表示的是链接的地址，也就是代码运行时地址的起始地址，这个地址也可以是别的值，只要它在我们的内存地址中，且加上bootloader的大小后不会超出内存的最大地址即可。

由一开始给出汇编代码可以看出，我们把所有从地址0开始的代码都拷贝到地址0x33f80000开始的内存中：

 mov r0, #0  //src的值就是0地址ldr r1, =_start  //目的地址就是连接地址，就是脚本开始的_start变量ldr r2, =__bss_startsub r2, r2, r1  //bss段开始地址减去链接地址就是二进制文件的长度了bl copy_code_to_sdram

简单解释一下汇编代码的含义：

1、把地址0作为第一个参数（如果是NAND启动，就是NAND FLASH零地址的位置，如果是NOR启动，就是NOR FLASH 零地址的位置），为拷贝代码的源地址；

2、_start（为代码一开始的地址，也就是链接脚本中定义的0x33f80000）作为第二个参数，为代码拷贝的目的地址；

3、而要拷贝的代码有多长呢？这里就要用到有关ELF文件中BSS段的知识。我们都知道编译出来的bin文件是不包含BSS段的，BSS段存放的是未初始化的全局变量和静态变量，所以我们可以把它想象为初始化为0值，如果bin文件中存放一堆0值的变量是很浪费空间的。至于更加深层的原因可以参考这篇文章：bss段不占据磁盘空间的理解。这里我们就知道，拷贝的代码长度为BSS段开始的地址减去代码的起始地址，也就是__bss_start - _start 。

现在，我们来看一下copy_code_to_sdram函数怎么对代码进行重定位，也就是代码的拷贝

/*知识背景:*对于nand flash: 开机启动的时候，从0地址开始的前4k内容会被拷贝到*芯片的片内0地址开始的RAM里面，并在RAM的0地址开始执行，所以*我们可以读写0地址开始的内容。*而对于nor flash : 是能直接在nor flash读的，但是不能写，开机启动*是在nor flash的0地址处开始执行，所以我们能读但是写不了。*/
int isBootFromNorFlash(void)
{volatile int *p = (volatile int *)0;int val;val = *p;*p = 0x12345678;if(*p == 0x12345678){/*nand flash启动*/*p = val;return 0;}else{/*nor flash启动*/return 1;}
}void copy_code_to_sdram(unsigned char *src, unsigned char *dest, unsigned int len)
{int i = 0;/*如果是NOR启动*/if(isBootFromNorFlash()){while(i < len){dest[i] = src[i];i++;}}else{nand_read((unsigned int)src, dest, len);}
}

上面的代码都有注释，从代码来看也比较直观。先判断是NOR启动还是NAND启动，如果是NOR启动就很简单，直接对内容进行赋值。如果是NAND启动，则篇幅会比较长，涉及到NAND FLASH的读操作。为了保持整个讲解流程的简洁，就不在这里展开，放到我的这篇文章里面：NAND FLASH的读操作及原理。

（6）清除BSS段

清除BSS段其实就是直接赋零0，不多讲，直接上代码

void clean_bss(void)
{extern int __bss_start, __bss_end;int *p = &__bss_start;for (; p<&__bss_end; p++)*p = 0;
}

后续

到这里，我们的汇编代码部分就大概梳理了一遍，最后会跳转到main函数里面去执行，里面会做一些串口的初始化、传递给内核的参数的一些设置、把内核读到内存、以及跳转去执行内核部分。

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