从零开始构建bootloader

项目步骤：

第一阶段：

​ 1、关看门狗；

​ 2、时钟初始化；

​ 3、内存初始化；

​ 4、NandFlash初始化；

​ 5、代码重定位(将flash中的代码复制到指定的内存地址处，也即代码段链接地址)；

​ 6、跳转到main函数；

第二阶段：

​ 7、写main函数，在函数中设置要传给内核的参数；

​ 8、跳转到内核入口，启动内核

​ 9、制作链接脚本

第三阶段：

​ 10、编写Makefile文件；

​ 11、编译、下载、运行

1、编写start.S文件，初始化片上硬件

本文件需要完成的目标：

1.关看门狗

2.设置时钟

3.开启指令缓存，初始化SDRAM

4.重定位(把bootloader本身的代码从flash复制到它的链接地址(c函数编写),然后清空bss段(c函数编写))

5.跳转到main函数。

#define CLKDIVN 0X4C000014 /*设置FCLK:HCLK:PCLK的比例*/

#define MPLLCON 0x4C000004 /*设置FCLK频率*/

#define S3C2440_MPLL_200MHZ ((0x5c<<12)|(0x01<<4)|(0x02))

#define S3C2440_MPLL_400MHZ ((0x5c<<12)|(0x01<<4)|(0x01))

#define WTCON 0x53000000 /*看门狗寄存器*/

#define BWSCON 0X48000000 /*BANK寄存器*/

.text /*设置代码段*/

.global _start /*定义全局变量，要被链接脚本用到*/

_start: /*_start跳转到这里实现硬件初始化*/

/* 1.关看门狗*/

ldr r0, =WTCON

mov r1, #0

str r1, [r0]

/* 2.设置时钟(必须设为异步总线模式) */

ldr r0, =CLKDIVN

mov r1, #5 /* FCLK:HCLK:PCLK=1:4:8 */

str r1, [r0]

mrc p15, 0, r1, c1, c0, 0 /*设置为asynchronous bus mode*/

orr r1, r1, #0xc0000000

mcr p15, 0, r1, c1, c0, 0

ldr r0, =MPLLCON /* 设置时钟频率FCLK为400MHZ */

ldr r1, =S3C2440_MPLL_400MHZ

str r1, [r0]

/* 3.使能ICache，加快指令访问速度；因为目前没有开启MMU，所以还不能开启数据缓存DCache */

mrc p15, 0, r0, c1, c0, 0 /* read control reg */

orr r0, r0, #(1<<12)

mcr p15, 0, r0, c1, c0, 0 /* write it back */

/* 4.初始化SDRAM */

ldr r0, =BWSCON

adr r1, sdram_config /* 使用adr跳转，因为SDRAM未初始化 */

add r3, r0, #(13*4)

1:

ldr r2, [r1], #4

str r2, [r0], #4

cmp r0, r3

bne 1b /*back to 1 when no equal*/

/* 4.重定位 */

ldr sp, =0x34000000 /*因为SDRAM大小为64MB，所以堆栈指针设在最高地址处*/

bl nand_init

mov r0, #0 /* src = r0 */

ldr r1, =_start /* dest = r1,_start为代码段的起始和链接地址0x30000000 */

ldr r2, =__bss_start

sub r2, r2, r1 /* len = r2,代码段长度*/

bl copy_code_to_sdram /* 调用C函数copy_code_to_sdram(src, dest, len)*/

bl clear_bss /* 清除bss段*/

/* 5.执行main */

ldr lr, =halt

ldr pc, =main

mov pc，lr /* 若main函数跳出后,使PC等于lr链接寄存器，避免程序跑飞 */

halt:

b halt /* 死循环,避免跑飞 */

sdram_config:

.long 0x22011110 //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

.long 0x008C04F4 // REFRESH

.long 0x000000B1 //BANKSIZE

.long 0x00000030 //MRSRB6

.long 0x00000030 //MRSRB7

关于时钟频率的设置解释：

将CPU频率设为最大值400MHZ(内核启动时间7S变为6S,因为HCLK和PCLK频率没有改变)

然后分频系数FCLK:HCLK:PCLK需要设置为1:4:8。

因为HCLK最高133MHZ,这里需要设置为100MHZ，PCLK最高50MHZ，所以这里需要设置为50HZ，所以得出 CLKDIVN寄存器需要等于0X5即可。

具体为什么等于0x5，可以参考下图：

通过查看数据手册，得知当FCLK取400MHZ时,设置MDIV为0X5C，PDIV为0x1,SDIV为0x1。

关于Cache的设置解释：

通过高速缓存存储器可以加快对内存的数据访问,在CAHE中有ICAHE(指令缓存)和DCAHE(数据缓存)：

ICAHE: 指令缓存,用来存放执行这些数据的指令；

DCAHE:用来存放数据,需要开启MMU才能开启DCAHE。

在没开启ICAHE之前,CPU读取SDRAM地址数据时,每次都需要先访问一次地址值,在读数据.

当开了ICAHE后,第一次读取SDRAM地址数据时,ICAHE发现缓存里没有这个地址数据,然后将SDRAM中需要读取的那部分一大块内存数据都复制在缓存中,后面陆续读取数据就不会再访问SDRAM了,直到CPU没有找到地址数据后ICAHE再从SDRAM中重新复制

通过CP15协处理器来开启ICAHE：ICAHE控制位在CP15的寄存器C1中位12(如下图), 然后通过MRS和MSR向该位12置1,开启ICAHE.所以代码如下(放在SDRAM初始化之前):

mrc p15, 0, r0, c1, c0, 0 //将 CP15 的寄存器 C1 的值读到 r0 中

orr r0, r0, #(1<<12) //将r0中位12置1

mcr p15,0, r0,c1,c0,0 //开启ICAHE

2、编写init.c，用于重定位,bss段清除,初始化NandFlash

(1)编写nand_init()函数

准备知识：

我使用的NandFlash型号为K9F2G08U0M，通过查阅芯片手册获知该flash大小=2048块Block=128KPages=256MB=2Gb 。且其构成为：

1个设备=2048(Block)

1块Block=64(Pages)

1页=(2K+64)(Byte) 因为每个地址里都存放了一个字节,所以用Byte表示，其中64B是存放ECC的OOB地址,(ECC:存放判断位反转的校验码)

写过程：

写页

生成校验码ECC

写校验码到OOB页中

读过程：

读出页数据，并计算当前数据的ECC

读出存在OOB页里的原始ECC

比较两个校验码，相同则读成功，不同则出现了位反转，需重新读取。

确定通信时序：

通过图2和图1可以看出:

tCS：等待芯片使能CE的时间, tCS=20nS

tCLS和tALS：等待WE(写信号)结束的时间, tCLS=tALS=15nS

tWP：WE(写信号)维持时间, tWP=15nS

tALH：等待命令写入成功的时间, tALH=5nS

tCLH：等待地址写入成功的时间, tCLH=5nS

通过查看2440芯片手册，nandflash时序图,需要设置TACLS，TWRPH0和TWRPH1

TACLS：属于等待WE(写信号)就绪的时间,对比图2得出TACLS= tCLS- tWP=0nS

TWRPH0：属于WE(写信号)的时间, 对比图2得出TWRPH0= tWP=15nS

TWRPH1：属于等待命令写入成功的时间,对比图2得出TWRPH1=tALH=tCLH=5nS

在NFCONF寄存器中设置这三个参数

TACLS[13:12] ：表示Duration(持续时间)=HCLK*TACLS,由于Duration=0nS，所以TACLS=0

TWRPH0 [10:8] ：表示Duration(持续时间)=HCLK*( TWRPH0+1),由于Duration=15nS，HCLK=10nS(100Mhz),所以TWRPH0 =1.

TWRPH1 [6:4] ：表示Duration(持续时间)= HCLK*( TWRPH1 +1),由于Duration=5nS，HCLK=10nS(100Mhz),所以TWRPH1 =0

代码如下：

/* nand flash 时序 */#define TACLS 0

#define TWRPH0 1

#define TWRPH1 0

/* nand flash 寄存器 */

#define NFCONF *((volatile unsigend long *)0X4E000000); //配置寄存器(用来设置时序)

#define NFCONT *((volatile unsigend long *)0X4E000000); //控制寄存器(用来使能nandflash控制器以及ECC编码器,还有控制芯片使能CE脚)

#define NFCMMD *((volatile unsigend char *)0X4E000000);//发送命令寄存器(命令只有8位)

#define NFADDR *((volatile unsigend char *)0X4E000000);//发送地址寄存器(地址只有8位)

#define NFDATA *((volatile unsigend int *)0X4E000000);//读/写数据寄存器(数据只有8位)

#define NFSTAT *((volatile unsigend int *)0X4E000000);//运行状态寄存器(用于判断RnB脚)

/*因为Nand Flash只有8位I/O脚，所以NFCMMD/ NFADDR/ NFDATA三个寄存器值都是unsigend char型 */

void nand_init(void)

{

/* 设置时序 */

NFCONF = (TACLS<<12)|(TWRPH0<<8)|(TWRPH1<<4);

/* bit4=1:初始化ECC, bit1=1:禁止片选 bit0=1:启动nandflash控制器*/

NFCONT = (1<<4)|(1<<1)|(1<<0);

}

(2)编写nand_read()函数

在实现nand_read()函数前，还需要实现以下几个子函数：nand_select()、nand_deselect()、nand_cmd()、nand_waite_idle()、nand_read_data();

1. 片选使能函数(在读写FLASH之前都要选中片选)

void nand_select(void) //使能片选

{

int i;

NFCONT&=~(1<<1); // NFCONT控制器位1置0

for(i=0;i<10;i++); //等待芯片使能成功

}

2. 取消片选函数(在退出读写FLASH时要取消片选)

void nand_deselect(void) //取消片选

{

int i;

NFCONT&=~(1<<1); // NFCONT控制器位1置0

for(i=0;i<10;i++); //等待芯片使能成功

}

3. nand写命令

void nand_cmd(unsigned char cmd)

{

volatile int i;

NFCMMD = cmd;

for (i = 0; i < 10; i++);

}

4. 判断RnB状态函数(在写入所有命令后都要判断RnB脚是否为高电平就绪)

void nand_wait_ready(void)

{

while (!(NFSTAT & 1));

}

5. 读数据命令

unsigned char nand_data(void)

{

return NFDATA;

}

6. 写地址命令

首先Nand Flash引脚只有8位,然而地址共有2048(块)64(页)2KB,为了读出多个地址,如下图,所以需要分5个周期来实现发送地址:

如上图,其中 A10\~A0对应页大小(列),由于nandflash每页2048B，所以只用到A10~A0;

A28~A11对应页目录(行),表示共有2048块*64(每块有64页)个目录

例如，4097 地址就是：

A10~A0=4097%2048= 1(A0=1，其余为0)

A28~A11=4097/2048=2(A13=1，其余为0)

void nand_addr(unsigned int addr)

{

unsigned int col = addr % 2048;

unsigned int page = addr / 2048;

volatile int i;

NFADDR = col & 0xff; /* A7~A0,第1周期 */

for (i = 0; i < 10; i++);

NFADDR = (col >> 8) & 0xff; /* A10~A8,第2周期 */

for (i = 0; i < 10; i++);

NFADDR = page & 0xff; /* A18~A11,第3周期 */

for (i = 0; i < 10; i++);

NFADDR = (page >> 8) & 0xff; /* A26~A19,第4周期 */

for (i = 0; i < 10; i++);

NFADDR = (page >> 16) & 0xff; /* A27~A28,第5周期 */

for (i = 0; i < 10; i++);

}

7. nand 读数据命令

如上图，例如:当要reset复位nand flash时：

1) 使能片选nand_select();

2) 发送0XFF复位命令nand_cmd(0xFF);

3) 等待RnB状态是否就绪 nand_wait_idle();

4) 取消片选 nand_deselect();

nand flash 读数据分为了以下几个步骤:

(1) 使能片选CE,将CLE置1,等待发送命令

(2) 将WE置低,将IO置为0X00,然后拉高WE,触发一次上升沿,则将把0x00写入flash中

(3) 将CLE置0,表示发送地址(分为5个周期)

(4) 发送读命令0X30

(5) 等待RnB信号为高电平

(6) 读数据(在同一页里，数据可以连续读,读下一页时，需要重新发送新的地址才行例如:读1000地址到2050地址时,

1.发出1000地址,到达页0的1000地址上,然后再连续读(2048-1000)次，直到读到页0的2047处.

2.再发出2048地址，到达页1的0地址上,然后连续读(2051-2048)次,直到读到2050为止)

(7) 取消片选nCE

/*

* src:源地址,为32位地址,所以用unsigend int表示

* dest:目的地址内容,由于这里是将数据读出到目的地址内容中,所以需要用到*指针,

* 因为每个地址里存的是一个字节,所以用unsigend char型

*/

void nand_read(unsigned int src,unsigned char *dest,unsigned int len)

{

int col = src % 2048; //第一次读，可能不是读的页首地址,所以需要记录当前页的位置

int i=0; //当前读了0次

nand_select(); //1使能片选nCE

while(i

{

nand_cmd(0X00); //2发送读命令0X00

nand_addr(src); // 3发送yuan地址(分为5个周期)

nand_cmd(0X30); //4发送读命令0X30

nand_wait_idle(); //5等待RnB信号为高电平

for(;(col<2048)&&(i

{

dest[i]=nand_read_data(); //6.读数据

i++;

src++;

}

col=0;

}

nand_deselect(); // 取消片选nCE

}

(3)编写重定位函数：copy_code_tosdram()

/**************************************************/

/* 重定位函数 */

/**************************************************/

/* 复制代码段(长度为len = __bss_start- _start)到SDRAM链接地址dest(0x30000000)处*/

void copy_code_to_sdram(unsigned char* src, unsigned char* dest, unsigned int len)

{

unsigned int i = 0;

/* 判断nor启动还是nand启动 */

if (isBootFromNorFlash())

{

while (i < len) /*Nor启动，则直接复制*/

{

dest[i] = src[i];

i++;

}

}

else

{

nand_read((unsigned int)src, dest, len);

}

}

(4)编写isBootFramNorFlash()函数,来判断nand启动还是nor启动

/*******************************************************/

/* 判断是NOR启动还是NAND启动 */

/*******************************************************/

int isBootFromNorFlash(void)

{

volatile int *p = (volatile int *)0;

unsigned int tmp = *p;

*p = 0x12345678; /*向flash写*/

if (*p == 0x12345678)

{

*p = tmp; /* 若能成功写入,就是nand flash */

return 0;

}

else

{

return 1; /* 写不成功,就是NOR flash*/

}

}

(5)编写clear_bss()函数

/******************************************************/

/* bss段清除函数 */

/******************************************************/

void clear_bss(void)

{

extern int __bss_start, __bss_end;

int *p = &__bss_start;

for (; p < &__bss_end; p++)

*p = 0;

}

3、添加头文件： setup.h和serial.h

(1)添加串口支持文件

将串口uart0初始化文件serial.c添加到当前工程目录中，并加以修改。

/*************************************************************/

/* 初始化串口，实现终端显示 */

/*************************************************************/

/* 串口引脚的GPIO设置寄存器 */

#define GPHCON (*(volatile unsigned long *)0x56000070)

#define GPHUP (*(volatile unsigned long *)0x56000078)

/* UART registers*/

#define ULCON0 (*(volatile unsigned long *)0x50000000)

#define UCON0 (*(volatile unsigned long *)0x50000004)

#define UFCON0 (*(volatile unsigned long *)0x50000008)

#define UMCON0 (*(volatile unsigned long *)0x5000000c)

#define UTRSTAT0 (*(volatile unsigned long *)0x50000010)

#define UTXH0 (*(volatile unsigned char *)0x50000020)

#define URXH0 (*(volatile unsigned char *)0x50000024)

#define UBRDIV0 (*(volatile unsigned long *)0x50000028)

/* 串口发送状态标志*/

#define TXD0READY (1<<2)

#define PCLK 50000000 // PCLK = 50MHz

#define UART_CLK PCLK // UART0的时钟=PCLK

#define UART_BAUD_RATE 115200 // 波特率115200

#define UART_BRD ((UART_CLK / (UART_BAUD_RATE * 16)) - 1)

/*

* 初始化UART0

* 115200,8N1,无校验

*/

void uart0_init(void)

{

GPHCON |= 0xa0; // GPH2,GPH3����TXD0,RXD0

GPHUP = 0x0c; // GPH2,GPH3�ڲ�����

ULCON0 = 0x03; // 8N1(8������λ���޽��飬1��ֹͣλ)

UCON0 = 0x05; // ��ѯ��ʽ��UARTʱ��ԴΪPCLK

UFCON0 = 0x00; // ��ʹ��FIFO

UMCON0 = 0x00; // ��ʹ������

UBRDIV0 = UART_BRD; // ������Ϊ115200

}

/*

* 输出单个字符

*/

void putc(unsigned char c)

{

/* 等待串口准备好 */

while (!(UTRSTAT0 & TXD0READY));

/*向串口输入字符 */

UTXH0 = c;

}

/*

* 输出字符串

*/

void puts(char *str)

{

int i = 0;

while (str[i])

{

putc(str[i]);

i++;

}

}

/*

* 输出val的16进制数表示,主要用于调试检查某内存地址的值是否正确

*/

void puthex(unsigned int val)

{

/* 0x1234abcd */

int i;

int j;

puts("0x");

for (i = 0; i < 8; i++)

{

j = (val >> ((7-i)*4)) & 0xf;

if ((j >= 0) && (j <= 9))

putc('0' + j);

else

putc('A' + j - 0xa);

}

}

(2)添加setup.h头文件

因为TAG结构体定义是存在u-boot-1.1.6/include/asm-arm/setup.h中，所以设置TAG参数需要用到这个文件,将setup.h复制到当前工程目录下。

修改setup.h文件，删除以下不需要的代码：

#define __tag __attribute__((unused, __section__(".taglist")))

#define __tagtable(tag, fn) \

static struct tagtable __tagtable_##fn __tag = { tag, fn }

#define tag_member_present(tag,member) \

((unsigned long)(&((struct tag *)0L)->member + 1) \

<= (tag)->hdr.size * 4)

得到以下setup.h文件：

#ifndef __ASMARM_SETUP_H

#define __ASMARM_SETUP_H

#define u8 unsigned char

#define u16 unsigned short

#define u32 unsigned long

/*

* Usage:

* - do not go blindly adding fields, add them at the end

* - when adding fields, don't rely on the address until

* a patch from me has been released

* - unused fields should be zero (for future expansion)

* - this structure is relatively short-lived - only

* guaranteed to contain useful data in setup_arch()

*/

#define COMMAND_LINE_SIZE 1024

/* This is the old deprecated way to pass parameters to the kernel */

struct param_struct {

union {

struct {

unsigned long page_size; /* 0 */

unsigned long nr_pages; /* 4 */

unsigned long ramdisk_size; /* 8 */

unsigned long flags; /* 12 */

#define FLAG_READONLY 1

#define FLAG_RDLOAD 4

#define FLAG_RDPROMPT 8

unsigned long rootdev; /* 16 */

unsigned long video_num_cols; /* 20 */

unsigned long video_num_rows; /* 24 */

unsigned long video_x; /* 28 */

unsigned long video_y; /* 32 */

unsigned long memc_control_reg; /* 36 */

unsigned char sounddefault; /* 40 */

unsigned char adfsdrives; /* 41 */

unsigned char bytes_per_char_h; /* 42 */

unsigned char bytes_per_char_v; /* 43 */

unsigned long pages_in_bank[4]; /* 44 */

unsigned long pages_in_vram; /* 60 */

unsigned long initrd_start; /* 64 */

unsigned long initrd_size; /* 68 */

unsigned long rd_start; /* 72 */

unsigned long system_rev; /* 76 */

unsigned long system_serial_low; /* 80 */

unsigned long system_serial_high; /* 84 */

unsigned long mem_fclk_21285; /* 88 */

} s;

char unused[256];

} u1;

union {

char paths[8][128];

struct {

unsigned long magic;

char n[1024 - sizeof(unsigned long)];

} s;

} u2;

char commandline[COMMAND_LINE_SIZE];

};

/*

* The new way of passing information: a list of tagged entries

*/

/* The list ends with an ATAG_NONE node. */

#define ATAG_NONE 0x00000000

struct tag_header {

u32 size;

u32 tag;

};

/* The list must start with an ATAG_CORE node */

#define ATAG_CORE 0x54410001

struct tag_core {

u32 flags; /* bit 0 = read-only */

u32 pagesize;

u32 rootdev;

};

/* it is allowed to have multiple ATAG_MEM nodes */

#define ATAG_MEM 0x54410002

struct tag_mem32 {

u32 size;

u32 start; /* physical start address */

};

/* VGA text type displays */

#define ATAG_VIDEOTEXT 0x54410003

struct tag_videotext {

u8 x;

u8 y;

u16 video_page;

u8 video_mode;

u8 video_cols;

u16 video_ega_bx;

u8 video_lines;

u8 video_isvga;

u16 video_points;

};

/* describes how the ramdisk will be used in kernel */

#define ATAG_RAMDISK 0x54410004

struct tag_ramdisk {

u32 flags; /* bit 0 = load, bit 1 = prompt */

u32 size; /* decompressed ramdisk size in _kilo_ bytes */

u32 start; /* starting block of floppy-based RAM disk image */

};

/* describes where the compressed ramdisk image lives (virtual address) */

/*

* this one accidentally used virtual addresses - as such,

* its depreciated.

*/

#define ATAG_INITRD 0x54410005

/* describes where the compressed ramdisk image lives (physical address) */

#define ATAG_INITRD2 0x54420005

struct tag_initrd {

u32 start; /* physical start address */

u32 size; /* size of compressed ramdisk image in bytes */

};

/* board serial number. "64 bits should be enough for everybody" */

#define ATAG_SERIAL 0x54410006

struct tag_serialnr {

u32 low;

u32 high;

};

/* board revision */

#define ATAG_REVISION 0x54410007

struct tag_revision {

u32 rev;

};

/* initial values for vesafb-type framebuffers. see struct screen_info

* in include/linux/tty.h

*/

#define ATAG_VIDEOLFB 0x54410008

struct tag_videolfb {

u16 lfb_width;

u16 lfb_height;

u16 lfb_depth;

u16 lfb_linelength;

u32 lfb_base;

u32 lfb_size;

u8 red_size;

u8 red_pos;

u8 green_size;

u8 green_pos;

u8 blue_size;

u8 blue_pos;

u8 rsvd_size;

u8 rsvd_pos;

};

/* command line: \0 terminated string */

#define ATAG_CMDLINE 0x54410009

struct tag_cmdline {

char cmdline[1]; /* this is the minimum size */

};

/* acorn RiscPC specific information */

#define ATAG_ACORN 0x41000101

struct tag_acorn {

u32 memc_control_reg;

u32 vram_pages;

u8 sounddefault;

u8 adfsdrives;

};

/* footbridge memory clock, see arch/arm/mach-footbridge/arch.c */

#define ATAG_MEMCLK 0x41000402

struct tag_memclk {

u32 fmemclk;

};

struct tag {

struct tag_header hdr;

union {

struct tag_core core;

struct tag_mem32 mem;

struct tag_videotext videotext;

struct tag_ramdisk ramdisk;

struct tag_initrd initrd;

struct tag_serialnr serialnr;

struct tag_revision revision;

struct tag_videolfb videolfb;

struct tag_cmdline cmdline;

/*

* Acorn specific

*/

struct tag_acorn acorn;

/*

* DC21285 specific

*/

struct tag_memclk memclk;

} u;

};

struct tagtable {

u32 tag;

int (*parse)(const struct tag *);

};

#define tag_next(t) ((struct tag *)((u32 *)(t) + (t)->hdr.size))

#define tag_size(type) ((sizeof(struct tag_header) + sizeof(struct type)) >> 2)

#define for_each_tag(t,base) \

for (t = base; t->hdr.size; t = tag_next(t))

/*

* Memory map description

*/

#define NR_BANKS 8

struct meminfo {

int nr_banks;

unsigned long end;

struct {

unsigned long start;

unsigned long size;

int node;

} bank[NR_BANKS];

};

extern struct meminfo meminfo;

#endif

4、编写boot.c文件，用于存放main函数

(1)编写main函数代码：

void main(void)

{

void (*theKernel)(int zero, int arch, unsigned int params);

/*定义一个函数指针theKernel,其中第一个参数zero:0 */

/* arch:机器ID ,由于芯片类型很多,内核为了辨别芯片而定义的机器ID，其中2440芯片的ID号是362,*/

/* params :tag参数位置,这里我们的tag起始地址=0x30000100*/

/*1 初 始 化 串 口 0 , 使 内 核 能 打 印 信 息 */

uart0_init(); //调用serial.h头文件里的uart0_init()

puts(“uart0 init OK\r\n”); //打印uart0初始化

/*2从 nand flash 里 把 内 核 复 制 到 SDRAM 中 */

puts(“copy kernel from nand\r\n”); //打印内核复制

nand_read((0x60000+64),0X30008000,0X200000); //烧写2MB,多烧写点避免出错

/*

0x60000+64:表示内核在nand(存储)地址上位置,

0X30008000:内核在sdram(运行)地址上位置

0X200000:内核长度2MB

因为Flash上存的内核格式是：uImage(64B头部(header) + 真正的内核 )

在uboot界面中输入mtd命令可以看到:

kernel分区位于 nand的0X00060000~0x00260000

所以在nand中真正的内核地址=0x60000+64,

在uboot界面中输入boot命令可以看到:

Data Size: 1848656 Bytes =1.8 MB

Load Address: 30008000

所以内核目的地址=0X30008000

长度=1.8MB

*/

/*3 设 置 T A G 参 数 */

puts(“set boot params\r\n”); //打印设置参数信息

setup_start_tag (void); //在0X30000100地址保存start_tag数据，

setup_memory_tags (void); //保存memory_tag数据,让内核知道内存多大

setup_commandline_tag (“boottargs=noinitrd root=/dev/mtdblock3 init=/linuxrc console=ttySAC0”);

/*保存命令行bootargs参数,让内核知道根文件系统位置在/dev/mtdblock3,指定开机运行第一个脚本/linuxrc,指定打印串口0*/

setup_end_tag (void); //初始化tag结构体结束

/* 4 跳 转 执 行 */

puts(“boot kernel\r\n”); //打印启动内核

theKernel = (void (*)(int, int, unsigend int))0x30008000;

// 设置theKernel地址=0x30008000,用于后面启动内核

theKernel(0,362,0x300000100); //362:机器ID， 0x300000100: params(tag)地址

/*传递参数跳转执行到0x30008000启动内核, */

/*相当于: mov r0,#0 */

/*ldr r1,=362 */

/*ldr r2,= 0x300000100 */

/*mov pc,#0x30008000 */

puts(“kernel ERROR\r\n”); //打印内核启动出错

}

(2) 创建TAG参数 函数

创建tag参数函数代码如下：

#include “setup.h”

static struct tag *params; //定义个tag结构体变量params指针

void setup_start_tag (void) //开始tag

{

params = (struct tag *) 0x30000100; //tag起始地址等于0X30000100

params->hdr.tag = ATAG_CORE; //头部常量tag=0x54410001

params->hdr.size = tag_size (tag_core); //size=5,

params->u.core.flags = 0;

params->u.core.pagesize = 0;

params->u.core.rootdev = 0;

params = tag_next (params); //parmas=( struct tag *)((u32 *)parmas+ params->hdr.size)

}

// setup_start_tag (bd)保存tag参数如下:

setup_memory_tags (void) //内存tag

{

int i;

params->hdr.tag = ATAG_MEM; //头部常量tag=0x54410002

params->hdr.size = tag_size (tag_mem32); //size=4

params->u.mem.start = 0x30000000; //SDRAM起始地址

params->u.mem.size = 0x4000000; //SDRAM内存大小64M

params = tag_next (params); //指向下个tag

}

// setup_memory_tag s(bd)保存tag参数如下:

int strlen(char *str) //uboot不依赖任何库,所以需要自己写strlen函数

{

int i=0;

while(str[i])

{

i++;

}

return i;

}

void strcpy(char *dest, char *src)

{

while((*dest++=*src++)!=’\0’&&*dest!=’\0’);

}

setup_commandline_tag (char *cmdline) //命令行tag

/**cmdline :指向命令行参数 */

/*一般为:“boottargs=noinitrd root=/dev/mtdblock3 init=/linuxrc console=ttySAC0” */

{

int len=strlen(cmdline)+1; //计算cmdline长度,并加上结束符

params->hdr.tag = ATAG_CMDLINE; //头部常量tag=0x54410009

params->hdr.size =(sizeof (struct tag_header) +len+3) >> 2; /*size=(字符串长度+头部长度) >>2 */

/*“+3”表示:按4字节对齐,比如当总长度=(1,2,3,4)时,size=(总长度+3)>>2=1，实现4字节对齐 */

strcpy (params->u.cmdline.cmdline, cmdline); //复制形参字符串到params->u.cmdline.cmdline

params = tag_next (params); //执行下个tag

}

setup_end_tag (void) //结束tag

{

params->hdr.tag = 0;

params->hdr.size = 0;

}

5、编写链接脚本：boot.lds

(1)链接脚本语法提示：

1、1.lds链接脚本中每个符号(:或者=)左右都要加上空格或TAB按键 ；

. = ALIGN(4);

.rodata:{*(.rodata)} //这里:左右没有空格,将出错,改为 .rodata : {*(.rodata*)}

2、lds链接脚本中{}和()后都不能加";"分号。

.rodata : {*(.rodata*)}; //这里"}"后面加了";"逗号,将出错

3、lds脚本sections中若是以当前地址.等于xxx时,.后面都要加空格；

.= 0x33f80000; //这里.后面没有加空格,出错

. = 0x33f80000;

. = ALIGN(4);

4、lds脚本中定义符号时,都要使符号在前。

__bss_start = .;

.bss : { *(.bss) *(COMMON) }

. = __bss_end; //这里定义"__bss_end"符号出错,应该改为 __bss_end = .;

(2)链接脚本说明

链接脚本中的0x33f80000就是链接地址(即程序运行时，该代码段将被链接到内存的此地址处),共512K空间存放bootloader；

定义__bss_start和__bss_end符号,是用来在程序开始之前，将这些未定义的变量清0,节省内存且_bss_start-0x33f80000就等于代码的大小(即copy_code_tosdram函数中len值)。

SECTIONS {

. = 0x33f80000;

. = ALIGN(4);

.text : { *(.text) }

. = ALIGN(4);

.rodata : {*(.rodata*)}

. = ALIGN(4);

.data : { *(.data) }

. = ALIGN(4);

__bss_start = .;

.bss : { *(.bss) *(COMMON) }

__bss_end = .;

}

(3)NAND FLASH分区说明

一般在头文件中会通过MTDPARTS_DEFAULT宏定义，明确flash的分区设置，一般来说会分为4个区，依次存放bootloader、启动参数、内核映像、根文件系统。

bootloader

一开机直接运行u-boot

boot parameters

存放一些可以设置的参数,供u-boot使用

kernel

存放内核区

root filesystem

根文件系统,挂载(mount)后才能使用文件系统中的应用程序

(4)NAND Flash启动的架构和流程

启动流程为：

上电后，CPU内置程序会从NAND Flash的特定地址(一般是第一个block块地址)读出Boot-Loader程序到CPU的内部内存中。

CPU将控制权交给内部存储器中的Boot-Loader；

Boot-Loader初始化SDRAM，再从NAND Flash中将主程序载入到SDRAM中；

Boot-Loader将控制权交给主程序。

6、编写makefile文件

备注：在makefile中‘=’与‘:=’的区别：

‘=’ 无关位置的等于(比如:”x=a y=$(x) x=b”,那么y的值永远等于最后的值,等于 b ,而不是a)

‘:=’ 有关位置的等于(比如:”x:=a y:=$(x) x:=b”,那么y的值取决于当时位置的值,等于 a ,而不是b)

CC = arm-linux-gcc //定义CC变量=arm-linux-gcc,简化书写,编译命令,(*.C,*.S)文件生成*.O文件

LD = arm-linux-ld //连接命令,将多个*.O文件生成 boot.elf

AR = arm-linux-ar //库管理命令,这里没有用到

OBJCOPY = arm-linux-objcopy //复制/格式转换命令, boot.elf生成boot.dis

OBJDUMP = arm-linux-objdump //反汇编命令,boot.bin生成boot.dis

//GCC编译参数,-Wall:显示所有错误和警告, -O2:采用2级编译优化

CFLAGS := -Wall -O2

//添加头文件参数,-nostdinc忽略缺省目录, -fno-builtin不连接系统标准启动文件和标准库文件(表示不用自带的strlen()等库函数)

CPPFLAGS := -nostdinc -fno-builtin

//定义objs变量，包含生成boot.bin目标文件需要的依赖文件

objs := start.o init.o boot.o

//执行生成目标文件，首先是先满足objs所有依赖文件都拥有，才执行

boot.bin: $(objs)

${LD} -Tuboot.lds -o boot_elf $^

${OBJCOPY} -O binary -S boot_elf $@

${OBJDUMP} -D -m arm boot_elf > boot.dis

//-c编译不连接。$@表示目标文件 $

%.o:%.c

${CC} $(CPPFLAGS) $(CFLAGS) -c -o $@ $<

%.o:%.S

${CC} $(CPPFLAGS) $(CFLAGS) -c -o $@ $<

clean:

rm -f *.bin *.elf *.dis *.o

7、下载编译

(1)新建一个文件夹，并命名为bootloader，将以上编写好的：boot.c、init.c、start.S、setup.h、boot.lds和Makefile文件复制进去。然后将该bootloader文件夹通过共享文件夹或FileZilla软件拷贝进虚拟机linux环境下。

(2)在Linux环境下通过终端命令行进入到该bootloader文件夹中，执行make命令，进行编译、链接：

(3)将得到的二进制文件boot.bin拷贝到Windows环境下的D盘根目录下。

(4)键盘“Win + R”组合键，输入cmd回车，打开WIndows下的命令行终端，输入命令d:进入D盘根目录。

(5)打开开发板电源，将JTAG-USB转接工具连接到电脑USB口，在WIndows命令行终端终端输入oflash boot.bin命令，运行FLASH烧录工具，将二进制目标文件烧录进目标板的NAND Flash中：

(6)选择0回车，进入OpenJTAG模式，再依次键入1选择S3C2440目标板、后面都键入0完成烧录。

(7)用串口调试线连接开发板的COM口和电脑的USB口，打开MobaXterm串口连接工具，并连接到开发板。关闭开发板电源后，再重新接通电源，通过MobaXterm软件观察开发板启动情况。

(8)如果程序正确，将会看到开发板顺利启动内核并运行起来了linunx。