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U-boot在S3C2440上的移植详解（三）

2013-03-18 20:18 302 查看

一、移植环境

主机：VMWare--Fedora 9
开发板：Mini2440--64MB Nand,Kernel:2.6.30.4
编译器：arm-linux-gcc-4.3.2.tgz
u-boot：u-boot-2009.08.tar.bz2

二、移植步骤

5）准备进入u-boot的第二阶段（在u-boot中添加对我们开发板上Nand Flash的支持）。

目前u-boot中还没有对2440上Nand Flash的支持，也就是说要想u-boot从Nand Flash上启动得自己去实现了。

首先，在include/configs/my2440.h头文件中定义Nand要用到的宏和寄存器，如下：

#gedit
include/configs/my2440.h  //在文件末尾加入以下Nand Flash相关定义

/*

* Nand flash register and envionment
variables

*/

#define CONFIG_S3C2440_NAND_BOOT  1

#define NAND_CTL_BASE  0x4E000000  //Nand Flash配置寄存器基地址，查2440手册可得知

#define STACK_BASE  0x33F00000     //定义堆栈的地址

#define STACK_SIZE  0x8000         //堆栈的长度大小

#define oNFCONF  0x00 //相对Nand配置寄存器基地址的偏移量，还是配置寄存器的基地址

#define oNFCONT  0x04 //相对Nand配置寄存器基地址的偏移量，可得到控制寄存器的基地址(0x4E000004)

#define
oNFADDR  0x0c //相对Nand配置寄存器基地址的偏移量，可得到地址寄存器的基地址(0x4E00000c)

#define oNFDATA  0x10 //相对Nand配置寄存器基地址的偏移量，可得到数据寄存器的基地址(0x4E000010)

#define oNFCMD   0x08 //相对Nand配置寄存器基地址的偏移量，可得到指令寄存器的基地址(0x4E000008)

#define oNFSTAT  0x20 //相对Nand配置寄存器基地址的偏移量，可得到状态寄存器的基地址(0x4E000020)

#define
oNFECC   0x2c //相对Nand配置寄存器基地址的偏移量，可得到ECC寄存器的基地址(0x4E00002c)

其次，修改cpu/arm920t/start.S这个文件，使u-boot从Nand Flash启动，在上一节中提过，u-boot默认是从Nor Flash启动的。修改部分如下：

#gedit cpu/arm920t/start.S

//注意：在上一篇Nor
Flash启动中，我们为了把u-boot用supervivi下载到内存中运行而屏蔽掉这段有关CPU初始化的代码。而现在我们要把u-boot下载到Nand Flash中，从Nand Flash启动，所以现在要恢复这段代码。

#ifndef
CONFIG_SKIP_LOWLEVEL_INIT

bl cpu_init_crit

#endif

#if
0 //屏蔽掉u-boot中的从Nor Flash启动部分

#ifndef CONFIG_SKIP_RELOCATE_UBOOT

relocate:               /* relocate U-Boot to RAM */

adr r0, _start      /* r0 <- current position of code */

ldr r1, _TEXT_BASE  /* test if we run from flash or RAM */

cmp r0, r1          /* don't reloc during debug */

beq stack_setup

ldr r2, _armboot_start

ldr r3, _bss_start

sub r2, r3, r2      /* r2 <- size of armboot */

add r2, r0, r2      /* r2 <- source end address */

copy_loop:

ldmia r0!, {r3-r10} /* copy from source address [r0] */

stmia r1!, {r3-r10} /* copy to   target address [r1] */

cmp r0, r2          /* until source end addreee [r2] */

ble copy_loop

#endif /* CONFIG_SKIP_RELOCATE_UBOOT */

#endif

//下面添加2440中u-boot从Nand
Flash启动

#ifdef
CONFIG_S3C2440_NAND_BOOT

mov r1, #NAND_CTL_BASE   //复位Nand Flash

ldr r2, =( (7<<12)|(7<<8)|(7<<4)|(0<<0) )

str r2, [r1, #oNFCONF]   //设置配置寄存器的初始值，参考s3c2440手册

ldr r2, [r1, #oNFCONF]

ldr r2, =( (1<<4)|(0<<1)|(1<<0) )

str r2, [r1, #oNFCONT]   //设置控制寄存器

ldr r2, [r1, #oNFCONT]

ldr r2, =(0x6)           //RnB Clear

str r2, [r1, #oNFSTAT]

ldr r2, [r1, #oNFSTAT]

mov r2, #0xff            //复位command

strb r2, [r1, #oNFCMD]

mov r3, #0               //等待

nand1:

add r3, r3, #0x1

cmp r3, #0xa

blt nand1

nand2:

ldr r2, [r1, #oNFSTAT]   //等待就绪

tst r2, #0x4

beq nand2

ldr r2, [r1, #oNFCONT]

orr r2, r2, #0x2         //取消片选

str r2, [r1, #oNFCONT]

//get
read to call C functions (for nand_read())

ldr sp, DW_STACK_START   //为C代码准备堆栈,DW_STACK_START定义在下面

mov fp, #0

//copy
U-Boot to RAM

ldr r0, =TEXT_BASE//传递给C代码的第一个参数：u-boot在RAM中的起始地址

mov r1, #0x0      //传递给C代码的第二个参数：Nand Flash的起始地址

mov r2, #0x30000  //传递给C代码的第三个参数：u-boot的长度大小(128k)

bl nand_read_ll   //此处调用C代码中读Nand的函数，现在还没有要自己编写实现

tst r0, #0x0

beq ok_nand_read

bad_nand_read:

loop2: b loop2    //infinite loop

ok_nand_read:

//检查搬移后的数据，如果前4k完全相同，表示搬移成功

mov r0, #0

ldr r1, =TEXT_BASE

mov r2, #0x400           //4 bytes * 1024 = 4K-bytes

go_next:

ldr r3, [r0], #4

ldr r4, [r1], #4

teq r3, r4

bne notmatch

subs r2, r2, #4

beq stack_setup

bne go_next

notmatch:

loop3: b loop3           //infinite loop

#endif //CONFIG_S3C2440_NAND_BOOT

_start_armboot: .word
start_armboot //在这一句的下面加上DW_STACK_START的定义

.align
2

DW_STACK_START: .word STACK_BASE+STACK_SIZE-4

再次，在board/samsung/my2440/目录下新建一个nand_read.c文件，在该文件中来实现上面汇编中要调用的nand_read_ll函数，代码如下：

然后，在board/samsung/my2440/Makefile中添加nand_read.c的编译选项，使他编译到u-boot中，如下：

COBJS    := my2440.o
flash.o nand_read.o

还有一个重要的地方要修改，在cpu/arm920t/u-boot.lds中，这个u-boot启动连接脚本文件决定了u-boot运行的入口地址，以及各个段的存储位置，这也是链接定位的作用。添加下面两行代码的主要目的是防止编译器把我们自己添加的用于nandboot的子函数放到4K之后，否则是无法启动的。如下：

.text :

{

cpu/arm920t/start.o    (.text)

board/samsung/my2440/lowlevel_init.o (.text)

board/samsung/my2440/nand_read.o (.text)

*(.text)

}

最后编译u-boot，生成u-boot.bin文件。然后先将mini2440开发板调到Nor启动档，利用supervivi的a命令将u-boot.bin下载到开发板的Nand Flash中，再把开发板调到Nand启动档，打开电源就从Nand Flash启动了，启动结果图如下：

从上面的运行图看，显然现在的Nand还不能做任何事情，而且也没有显示有关Nand的任何信息，所以只能说明上面的这些步骤只是完成了Nand移植的Stage1部分。下面我们来添加我们开发板上的Nand Flash(K9F1208U0C)的Stage2部分的有关操作支持。

6）现在进入u-boot的第二阶段（添加Nand Flash(K9F1208U0C)的有关操作支持）。

在上一节中我们说过，通常在嵌入式bootloader中，有两种方式来引导启动内核：从Nor Flash启动和从Nand Flash启动，但不管是从Nor启动或者从Nand启动，进入第二阶段以后，两者的执行流程是相同的。

当u-boot的start.S运行到“_start_armboot: .word start_armboot”时，就会调用lib_arm/board.c中的start_armboot函数，至此u-boot正式进入第二阶段。此时注意：以前较早的u-boot版本进入第二阶段后，对Nand
Flash的支持有新旧两套代码，新代码在drivers/nand目录下，旧代码在drivers/nand_legacy目录下，CFG_NAND_LEGACY宏决定了使用哪套代码，如果定义了该宏就使用旧代码，否则使用新代码。但是现在的u-boot-2009.08版本对Nand的初始化、读写实现是基于最近的Linux内核的MTD架构，删除了以前传统的执行方法，使移植没有以前那样复杂了，实现Nand的操作和基本命令都直接在drivers/mtd/nand目录下(在doc/README.nand中讲得很清楚)。下面我们结合代码来分析一下u-boot在第二阶段的执行流程：

因为2440和2410对nand控制器的操作有很大的不同，所以s3c2410_nand.c下对nand操作的函数就是我们做移植需要实现的部分了，他与具体的Nand
Flash硬件密切相关。为了区别与2410，这里我们就重新建立一个s3c2440_nand.c文件，在这里面来实现对nand的操作，代码如下：

最后，重新编译u-boot并使用supervivi的a命令下载到Nand Flash中，把开发板调到Nand档从Nand启动，启动结果图如下：

从上图可以看出，现在u-boot已经对我们开发板上64M的Nand Flash完全支持了。Nand相关的基本命令也都可以正常使用了。

补充内容：

从以上的启动信息看，有一个警告信息“*** Warning - bad CRC or NAND, using default environment”，我们知道，这是因为我们还没有将u-boot的环境变量保存nand中的缘故，那现在我们就用u-boot的saveenv命令来保存环境变量，如下：

从上图可以看到保存环境变量并没有成功，而且从信息看他将把环境变量保存到Flash中，显然这不正确，我们是要保存到Nand中。原来，u-boot在默认的情况下把环境变量都是保存到Nor Flash中的，所以我们要修改代码，让他保存到Nand中，如下：

#gedit
include/configs/my2440.h

//注释掉环境变量保存到Flash的宏(注意：如果你要使用上一篇中的从Nor启动的saveenv命令，则要恢复这些Flash宏定义)

//#define
CONFIG_ENV_IS_IN_FLASH 1

//#define CONFIG_ENV_SIZE      0x10000 /* Total Size of Environment Sector */

//添加环境变量保存到Nand的宏(注意：如果你要使用上一篇中的从Nor启动的saveenv命令，则不要这些Nand宏定义)

#define
CONFIG_ENV_IS_IN_NAND  1

#define CONFIG_ENV_OFFSET      0x30000 //将环境变量保存到nand中的0x30000位置

#define CONFIG_ENV_SIZE        0x10000 /* Total Size of Environment Sector */

重新编译u-boot，下载到nand中，启动开发板再来保存环境变量，如下：

可以看到，现在成功保存到Nand中了，为了验证，我们重新启动开发板，那条警告信息现在没有了，如下：

#gedit
drivers/mtd/nand/s3c2440_nand.c   //新建s3c2440_nand.c文件

#include <common.h>
#if 0

#define DEBUGN printf

#else

#define DEBUGN(x, args ...) {}

#endif
#include <nand.h>

#include <s3c2410.h>

#include <asm/io.h>

#define __REGb(x) (*(volatile unsigned char *)(x))

#define __REGi(x) (*(volatile unsigned int *)(x))

#define NF_BASE 0x4e000000 //Nand配置寄存器基地址

#define NFCONF __REGi(NF_BASE + 0x0) //偏移后还是得到配置寄存器基地址

#define NFCONT __REGi(NF_BASE + 0x4) //偏移后得到Nand控制寄存器基地址

#define NFCMD __REGb(NF_BASE + 0x8) //偏移后得到Nand指令寄存器基地址

#define NFADDR __REGb(NF_BASE + 0xc) //偏移后得到Nand地址寄存器基地址

#define NFDATA __REGb(NF_BASE + 0x10) //偏移后得到Nand数据寄存器基地址

#define NFMECCD0 __REGi(NF_BASE + 0x14) //偏移后得到Nand主数据区域ECC0寄存器基地址

#define NFMECCD1 __REGi(NF_BASE + 0x18) //偏移后得到Nand主数据区域ECC1寄存器基地址

#define NFSECCD __REGi(NF_BASE + 0x1C) //偏移后得到Nand空闲区域ECC寄存器基地址

#define NFSTAT __REGb(NF_BASE + 0x20) //偏移后得到Nand状态寄存器基地址

#define NFSTAT0 __REGi(NF_BASE + 0x24) //偏移后得到Nand ECC0状态寄存器基地址

#define NFSTAT1 __REGi(NF_BASE + 0x28) //偏移后得到Nand ECC1状态寄存器基地址

#define NFMECC0 __REGi(NF_BASE + 0x2C) //偏移后得到Nand主数据区域ECC0状态寄存器基地址

#define NFMECC1 __REGi(NF_BASE + 0x30) //偏移后得到Nand主数据区域ECC1状态寄存器基地址

#define NFSECC __REGi(NF_BASE + 0x34) //偏移后得到Nand空闲区域ECC状态寄存器基地址

#define NFSBLK __REGi(NF_BASE + 0x38) //偏移后得到Nand块开始地址

#define NFEBLK __REGi(NF_BASE + 0x3c) //偏移后得到Nand块结束地址

#define S3C2440_NFCONT_nCE (1<<1)

#define S3C2440_ADDR_NALE 0x0c

#define S3C2440_ADDR_NCLE 0x08

ulong IO_ADDR_W = NF_BASE;

static void s3c2440_hwcontrol(struct mtd_info *mtd, int cmd, unsigned int ctrl)

{

struct nand_chip *chip = mtd->priv;
DEBUGN("hwcontrol(): 0x%02x 0x%02x\n", cmd, ctrl);
if (ctrl & NAND_CTRL_CHANGE) {

IO_ADDR_W = NF_BASE;
if (!(ctrl & NAND_CLE)) //要写的是地址

IO_ADDR_W |= S3C2440_ADDR_NALE;

if (!(ctrl & NAND_ALE)) //要写的是命令

IO_ADDR_W |= S3C2440_ADDR_NCLE;
if (ctrl & NAND_NCE)

NFCONT &= ~S3C2440_NFCONT_nCE; //使能nand flash

else

NFCONT |= S3C2440_NFCONT_nCE; //禁止nand flash

}
if (cmd != NAND_CMD_NONE)

writeb(cmd,(void *)IO_ADDR_W);

}

static int s3c2440_dev_ready(struct mtd_info *mtd)

{

DEBUGN("dev_ready\n");

return (NFSTAT & 0x01);

}

int board_nand_init(struct nand_chip *nand)

{

u_int32_t cfg;

u_int8_t tacls, twrph0, twrph1;

S3C24X0_CLOCK_POWER * const clk_power = S3C24X0_GetBase_CLOCK_POWER();

DEBUGN("board_nand_init()\n");

clk_power->CLKCON |= (1 << 4);

twrph0 = 4; twrph1 = 2; tacls = 0;

cfg = (tacls<<12)|(twrph0<<8)|(twrph1<<4);

NFCONF = cfg;

cfg = (1<<6)|(1<<4)|(0<<1)|(1<<0);

NFCONT = cfg;

/* initialize
nand_chip data structure */

nand->IO_ADDR_R = nand->IO_ADDR_W = (void *)0x4e000010;

/* read_buf and write_buf are default
*/

/* read_byte and write_byte are default */

/* hwcontrol always must be implemented */

nand->cmd_ctrl = s3c2440_hwcontrol;

nand->dev_ready = s3c2440_dev_ready;

return 0;

}

其次，在开发板配置文件include/configs/my2440.h文件中定义支持Nand操作的相关宏，如下：

#gedit
include/configs/my2440.h

/*
Command line configuration. */

#define CONFIG_CMD_NAND

#define CONFIG_CMDLINE_EDITING
#ifdef CONFIG_CMDLINE_EDITING

#undef CONFIG_AUTO_COMPLETE

#else

#define CONFIG_AUTO_COMPLETE

#endif

/*
NAND flash settings */

#if defined(CONFIG_CMD_NAND)

#define CONFIG_SYS_NAND_BASE 0x4E000000 //Nand配置寄存器基地址

#define CONFIG_SYS_MAX_NAND_DEVICE 1

#define CONFIG_MTD_NAND_VERIFY_WRITE 1

//#define NAND_SAMSUNG_LP_OPTIONS 1 //注意：我们这里是64M的Nand Flash，所以不用，如果是128M的大块Nand Flash，则需加上

#endif

然后，在drivers/mtd/nand/Makefile文件中添加s3c2440_nand.c的编译项，如下：

#
gedit drivers/mtd/nand/Makefile

COBJS-y += s3c2440_nand.o

COBJS-$(CONFIG_NAND_S3C2440) += s3c2440_nand.o

1.lib_arm/board.c文件中的start_armboot函数调用了drivers/mtd/nand/nand.c文件中的nand_init函数，如下：

#if defined(CONFIG_CMD_NAND) //可以看到CONFIG_CMD_NAND宏决定了Nand的初始化

puts ("NAND: ");

nand_init();

#endif

2.nand_init调用了同文件下的nand_init_chip函数；

3.nand_init_chip函数调用drivers/mtd/nand/s3c2410_nand.c文件下的board_nand_init函数，然后再调用drivers/mtd/nand/nand_base.c函数中的nand_scan函数；

4.nand_scan函数调用了同文件下的nand_scan_ident函数等。

#gedit
board/samsung/my2440/nand_read.c  //新建一个nand_read.c文件，记得保存

#include <config.h>

#define NF_BASE 0x4E000000 //Nand
Flash配置寄存器基地址

#define __REGb(x) (*(volatile
unsigned char *)(x))

#define __REGi(x) (*(volatile
unsigned int *)(x))

#define NFCONF __REGi(NF_BASE + 0x0 ) //通过偏移量还是得到配置寄存器基地址

#define NFCONT __REGi(NF_BASE + 0x4 ) //通过偏移量得到控制寄存器基地址

#define NFCMD __REGb(NF_BASE + 0x8 ) //通过偏移量得到指令寄存器基地址

#define NFADDR __REGb(NF_BASE + 0xC ) //通过偏移量得到地址寄存器基地址

#define NFDATA __REGb(NF_BASE + 0x10) //通过偏移量得到数据寄存器基地址

#define NFSTAT __REGb(NF_BASE + 0x20) //通过偏移量得到状态寄存器基地址

#define NAND_CHIP_ENABLE (NFCONT &= ~(1<<1)) //Nand片选使能

#define NAND_CHIP_DISABLE (NFCONT |= (1<<1)) //取消Nand片选

#define NAND_CLEAR_RB (NFSTAT |= (1<<2))

#define NAND_DETECT_RB { while(! (NFSTAT&(1<<2)) );}

#define NAND_SECTOR_SIZE 512

#define NAND_BLOCK_MASK (NAND_SECTOR_SIZE - 1)

/* low level
nand read function */

int nand_read_ll(unsigned
char *buf, unsigned
long start_addr, int size)

{

int i, j;

if ((start_addr
& NAND_BLOCK_MASK) || (size &
NAND_BLOCK_MASK))

{

return -1; //地址或长度不对齐

}

NAND_CHIP_ENABLE; //选中Nand片选

for(i=start_addr; i < (start_addr + size);)

{

//发出READ0指令
NAND_CLEAR_RB;

NFCMD = 0;

//对Nand进行寻址

NFADDR = i & 0xFF;
NFADDR = (i >> 9) &
0xFF;

NFADDR = (i >> 17) &
0xFF;

NFADDR = (i >> 25) &
0xFF;

NAND_DETECT_RB;

for(j=0; j < NAND_SECTOR_SIZE; j++, i++)

{

*buf = (NFDATA
& 0xFF);

buf++;

}

}

NAND_CHIP_DISABLE; //取消片选信号

return 0;

}

注意：上面这段代码中对Nand进行寻址的部分，这跟具体的Nand Flash的寻址方式有关。根据我们开发板上的Nand Flash(K9F1208U0C)数据手册得知，片内寻址是采用26位地址形式。从第0位开始分四次通过I/O0－I/O7进行传送，并进行片内寻址。具体含义和结构图如下(相关概念参考Nand数据手册)：

0
－ 7位：字节在上半部、下半部及OOB内的偏移地址

8位：值为0代表对一页内前256个字节进行寻址，值为1代表对一页内后256个字节进行寻址

9－13位：对页进行寻址

14－25位：对块进行寻址

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