全志A10/A20 nand flash系统开发

本文介绍全志soc(A10/A20) 从nand flash启动系统，包括下载系统到nand flash的原理及方法，强调是nand flash启动而不是sd卡启动。

解决的问题

全志的资料真的太少了，而且很多不开源，这个坑真的巨大。
文本主要解决了以下几点问题
1.全志soc nand 启动原理；
2. 研究了 全志soc nand 控制器的使用，及驱动；
3. 如何下载bootloader(boot0)到nand flash, 并启动；

A10/A20启动原理

A10的启动过程大概可分为5步：
BootRom --> SPL --> Uboot --> Kernel --> RootFileSystem

系统上电后，ARM处理器在复位时从地址0x000000开始执行指令，把板上ROM或Flash映射到这一地址。
A10将启动设备选择程序固化在CPU内部的一个32KB ROM中，

默认的启动时序为SD Card0，NAND FLASH，SD Card2，SPI NOR FLASH。另外通过外部的一个启动选择引脚可以使其跳转到USB启动模式。通常情况下，启动选择引脚状态连接50K内部上拉电阻。在上电后，执行存储在ROM中的启动代码，将自动检测启动选择引脚状态。只有当该引脚状态为低电平时选择USB启动模式。

这可以看作是主程序加载程序。SoC开始从地址0xffff0000获取指令，这是BROM所在的位置。
BROM分为两部分:
第一部分(在0xffff0000处)是FEL模式，
第二部分是eGON模式。BRM(位于0xffff4000)

重置向量位于FEL模式的最开始:地址0xffff0000。
在重置时，它跳到0xffff0028，并将0xffff4000 (eGON.BRM)加载到接下来要执行的程序计数器中。

BROM引导加载程序已经从芯片中提取，可以在 hno’s repository中找到。
The magic signature is “eGON.BRM”.
BROM似乎从0x4000开始。如果BROM在NAND中标识了boot0，则加载并执行它。

A10/A20 芯片上电启动的时候，会自动读取SD卡 8K偏移处24K 内容，从而得到 bootloader，所以我们需要将boot0，烧写到tf卡8K偏移处.
而nand flash启动却不是这样,
BROM将尝试从page 0, 0x40, 0x80, 0xC0开始读取Boot0，…, 0 x1c0。只有这样，它才会放弃并继续使用其他启动选项(或FEL)。所以我们只需要讲boot0 刷到nand flash,0地址就可以了。

参考：https://linux-sunxi.org/BROM

如何制作nand flash 刷机包

制作nand flash 刷机包的工具在 github上可以找到，比如：
https://github.com/z4yx/sunxi-pack
https://github.com/jiangdoudou/linux-sdk-a20
我目前就是使用第一个仓库的工具，自己简单修改后就可以制作刷机包了。
当然工具里面如何制作刷机镜像，及原理可以自己去研究，有些是开源的，有些是闭源的。

制作好的nand-镜像，如：xxx.img ,可以用 usb刷机工具LiveSuitPack （下载地址：）刷到nand flash 中。

如果还是不懂，而且需要的人比较多，我可以专门出一篇文章来介绍。

如何下载boot到nand

重点难点重点重点

刚开始想着只需要把boot0 刷到 nand 的最前面，就能在nand启动了吧。这确实想的有点简单了。
第一步我先在 uboot中实现对nand flash 的读写，然后使uboot从sd卡启动。
第二部直接将 boot0,uboot，uboot-spl，刷到 nand 中。

结果很残酷，不管是刷什么 boot ，都无法启动。

但是上面介绍的使用usb刷boot进 nand 就可以启动，这就很奇怪了
我们可以看看 usb 刷机时的uart log

NB1 : nand phy init ok
boot1 last block 0x0x00000006 .
open nand.
boot1 0x00000002
erasing block 2 succeeded…
Succeed in erasing block 2.
succeed in programming block 2.
boot1 0x00000003
erasing block 3 succeeded…
Succeed in erasing block 3.
succeed in programming block 3.
boot1 0x00000004
erasing block 4 succeeded…
Succeed in erasing block 4.
succeed in programming block 4.
boot1 0x00000005
erasing block 5 succeeded…
…
NB1 : nand phy init ok
open nand.
read retry mode: 0x0x00010604
lsb enalbe
boot0 0x00000000
boot0 0x00000001
boot0 0x00000000
boot0 0x00000001
lsb disalbe

(完整的log:allwinner-usb-fel.log )
这很明显，这些是对nand 进行操作的。
我对boot0,boot1源码修改过，我就发现全志的nand驱动代码其实是同一套。我提供个我修改使用的boot源码allwinner-boot，目前支持对 boot0，boot1的编译使用

static __s32  burn_boot0_lsb_mode( __u32 read_retry_type, __u32 Boot0_buf )
{__u32              i;__u32               length;struct boot_flash_info info;__u32 nand_version, nand_version0, nand_version1;__u8  oob_buf[32];__u32 page_size;__inf("burn boot0 lsb mode!\n");memset(oob_buf, 0xff, 32);nand_version = NAND_GetNandVersion();nand_version0 = (nand_version>>16)&0xff;nand_version1 = (nand_version>>24)&0xff;oob_buf[0] = 0xff;oob_buf[1] = 0x00;oob_buf[2] = nand_version0;oob_buf[3] = nand_version1;if( NAND_PhyInit( ) == FAIL )return -1;__inf("open nand.\n");__inf("read retry mode: 0x%x\n", read_retry_type);if( NAND_LSBInit(read_retry_type) ){__inf("lsb init failed.\n");goto error;}NAND_LSBEnable(0, read_retry_type);__inf("lsb enalbe \n");if( NAND_GetFlashInfo( &info ) == FAIL ){__inf("get flash info failed.\n");goto error;}/* 检查 page count */page_size = info.pagesize*512;for( i = BOOT0_START_BLK_NUM;  i <= BOOT0_LAST_BLK_NUM;  i++ ){struct boot_physical_param  para;__u32  k;__inf("boot0 %x \n", i);/* 擦除块 */para.chip  = 0;para.block = i;if( NAND_PhyErase( &para ) != SUCCESS ){__inf("Fail in erasing block %d.\n", i );continue;}/* 在块中烧写boot0备份, lsb mode下，每个块只能写前4个page */for( k = 0;  k < 4;  k++ ){para.chip  = 0;para.block = i;para.page  = k;para.mainbuf = (void *) (Boot0_buf + k * page_size);para.oobbuf = oob_buf;if( NAND_PhyWrite_Seq( &para ) != SUCCESS ){__inf("Warning. Fail in writing page %d in block %d.\n", k, i );}}}//check boot0for( i = BOOT0_START_BLK_NUM;  i <= BOOT0_LAST_BLK_NUM;  i++ ){struct boot_physical_param  para;__u32  k;__inf("boot0 %x \n", i);/* 在块中烧写boot0备份, lsb mode下，每个块只能写前4个page */for( k = 0;  k < 4;  k++ ){para.chip  = 0;para.block = i;para.page  = k;para.mainbuf = (void *) (Boot0_buf + k * page_size);para.oobbuf = oob_buf;if( NAND_PhyRead_Seq( &para ) != SUCCESS ){__inf("Warning. Fail in reading page %d in block %d.\n",  k, i );}}}NAND_LSBDisable(0, read_retry_type);NAND_LSBExit(read_retry_type);__inf("lsb disalbe \n");NAND_PhyExit( );return 0;error:NAND_PhyExit( );return -1;
}

既然nand 驱动也有源码了，那我们看看 usb 是如何把boot刷到nand的，那应该就能解决其中的问题了。

全志soc nand 控制器

既然要对nand进行读写，那对nand 驱动也必然要熟悉了。
先看 A10 / A20 nand 控制器的使用
NFC_Register_Guide.

这里面坑最大的就是硬件ECC配置，就是NFC_ECC_CTL寄存器的配置，为什么这么说，我们仔细看看这个寄存器
NFC_REG_ECC_CTL 0x0034 ECC & Random control

NFC_ECC_CTL_ECC_EN (1 << 0)
NFC_ECC_CTL_ECC_PIPELINE (1 << 3)
NFC_ECC_CTL_ECC_EXCEPTION (1 << 4)
NFC_ECC_CTL_ECC_BLOCK_SIZE (1 << 5)
NFC_ECC_CTL_RANDOM_EN (1 << 9)
NFC_ECC_CTL_RANDOM_DIRECTION (1 << 10)
(1 << 11) ??
NFC_ECC_CTL_ECC_MODE (0xf << 12)
NFC_ECC_CTL_RANDOM_SEED (0x7fff << 16))

这里面的NFC_ECC_CTL_ECC_MODE，NFC_ECC_CTL_RANDOM_SEED位如果写和读的时候配置不一样，那写完了nand，你想读出来，就会出现 ecc 校验出错的问题，这就是为什么之前使用uboot 刷boot到nand 不能启动的原因了，因为在片上的固件BROM里面对boot0的读取是固定的配置。
如果有人需要对 nand 驱动手动实现，我这里提供一个快速驱动nand的系列命令（boot0.ush-nand flash-registers ）

启用硬件ECC后，每次写页面数据都会导致一个空闲区域的数据(oob_buf)写入。有时页面大于1K，所以需要多次写入一个页面。备用区域也将按顺序多次写入ECC数据。一次数据写操作会将存储在NFC_USER_DATA(i)上的4byte用户数据写在ECC数据后面，ECC数据的长度取决于ECC的模式。

nand 简单驱动boot0
通过实现nand的读写功能，将uboot-spl.bin 写到nand flash 中，

最后通过nand 启动效果：

后面可能会研究 usb 启动方式。

如果有志同道合的朋友，可以联系我 QQ 839281922