U-Boot在S3C2410上的移植
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U-BOOT簡(jiǎn)介
U-Boot支持ARM、PowerPC等多種架構的處理器，也支持Linux、NetBSD和VxWorks等多種操作系統。它提供啟動(dòng)加載和下載兩種工作模式。啟動(dòng)加載模式也稱(chēng)自主模式，一般是將存儲在目標板Flash中的內核和文件系統的鏡像裝載到SDRAM中，整個(gè)過(guò)程無(wú)需用戶(hù)的介入。在使用嵌入式產(chǎn)品時(shí)，一般工作在該模式下。工作在下載模式時(shí)，目標板往往受外設(一般是PC機)的控制，從而將外設中調試好的內核和文件系統下載到目標板中去。U-Boot允許用戶(hù)在這兩種工作模式間進(jìn)行切換。通常目標板啟動(dòng)時(shí)，會(huì )延時(shí)等待一段時(shí)間，如果在設定的延時(shí)時(shí)間范圍內，用戶(hù)沒(méi)有按鍵，U-Boot就進(jìn)入啟動(dòng)加載模式。
開(kāi)發(fā)板的主要配置包括三星ARM9處理器S3C2410、1個(gè)串口和JTAG接口，晶振為12MHz，系統主頻為200MHz。另外，開(kāi)發(fā)板上還包括1片4M×16位數據寬度的Flash，地址范圍為0x01000000～0x01800000和2片8M×16位數據寬度的SDRAM，地址范圍為0x30000000～0x32000000。Flash使用了2410處理器的BANK0單元，由于2410中地址是循環(huán)映射的，因而0x01000000 和0x0地址等同。
在本系統中，U-Boot的主要功能包括：建立和初始化RAM；初始化一個(gè)串口；檢測機器的體系結構，傳遞MACH_TYPE_xxx的值(SMDK2410)給內核；建立內核的標記列表(tagged list)；調用內核鏡像。
U-Boot移植步驟
為了使U-Boot支持新的開(kāi)發(fā)板，一種簡(jiǎn)便的做法是在U-Boot已經(jīng)支持的開(kāi)發(fā)板中選擇一種和目標板接近的，并在其基礎上進(jìn)行修改。代碼修改的步驟如下：
1)在board目錄下創(chuàng )建smdk2410目錄，添加smdk2410.c、flash.c、memsetup.s、u-boot.lds和config.mk等；
2)在cpu目錄下創(chuàng )建arm920t目錄，主要包含start.s、interrupts.c、cpu.c、serial.c和speed.c等文件；
3)在include/configs目錄下添加smdk2410.h，它定義了全局的宏定義等；
4)修改u-boot根目錄下的Makefile文件：
smdk2410_config : unconfig@./mkconfig $(@:_config=) arm arm920t smdk2410
5)運行make smdk2410_config，如果沒(méi)有錯誤，就可以開(kāi)始進(jìn)行與硬件相關(guān)的代碼移植工作。由于這部分代碼與硬件緊密相關(guān)，所以要熟悉開(kāi)發(fā)板的硬件配置，可參考各芯片的用戶(hù)手冊。
U-Boot啟動(dòng)過(guò)程
U-Boot的啟動(dòng)過(guò)程可以分成3個(gè)階段。首先在Flash中運行匯編程序，將Flash中的啟動(dòng)代碼部分復制到SDRAM中，同時(shí)創(chuàng )造環(huán)境準備運行C程序；然后在SDRAM中執行，對硬件進(jìn)行初始化；最后設置內核參數的標記列表，復制鏡像文件，進(jìn)入內核的入口函數。
1) 程序首先在Flash中運行CPU入口函數/cpu/arm920t/start.s。具體工作包括：設置異常的入口地址和異常處理函數；配置PLLCON寄存器，確定系統的主頻；屏蔽看門(mén)狗和中斷；初始化I/O寄存器；關(guān)閉MMU功能；調用/board/smdk2410中的memsetup.s，初始化存儲器空間，設置刷新頻率；將U-Boot的內容復制到SDRAM中；設置堆棧的大小，ldr pc, _start_armboot。
board/s3c2410中config.mk文件(TEXT_BASE = 0x31F00000)用于設置程序編譯連接的起始地址，在程序中要特別注意與地址相關(guān)指令的使用。
當程序在Flash中運行時(shí)，執行程序跳轉時(shí)必須要使用跳轉指令，而不能使用絕對地址的跳轉(即直接對PC操作)。如果使用絕對地址，那么，程序的取指是相對于當前PC位置向前或者向后的32MB空間內，而不會(huì )跳入SDRAM中。
2) 程序跳轉到SDRAM中執行/lib_arm/board.c中的start_armboot()函數。該函數將完成如下工作：
*設置通用端口rGPxCON;rGPxUP；設置處理器類(lèi)型gd->bd->bi_arch_number = 193；設置啟動(dòng)參數地址gd->bd->bi_boot_params = 0x30000100；
* env_init：設置環(huán)境變量，初始化環(huán)境；
* init_baudrate：設置串口的波特率；
* serial_init：設置串口的工作方式；
* flash_init：設置ID號、每個(gè)分頁(yè)的起始地址等信息，將信息送到相應的結構體中；
* dram_init：設置SDRAM的起始地址和大??；
* env_relocate：將環(huán)境變量的地址送到全局變量結構體中(gd->env_addr = (ulong)&(env_ptr->data))；
* enable_interrupts：開(kāi)啟中斷；
* main_loop：該函數主要用于設置延時(shí)等待，從而確定目標板是進(jìn)入下載操作模式還是裝載鏡像文件啟動(dòng)內核。在設定的延時(shí)時(shí)間范圍內，目標板將在串口等待輸入命令，當目標板接到正確的命令后，系統進(jìn)入下載模式。在延時(shí)時(shí)間到達后，如果沒(méi)有接收到相關(guān)命令，系統將自動(dòng)進(jìn)入裝載模式，執行bootm 30008000 30800000命令，程序進(jìn)入do_bootm_linux()函數，調用內核啟動(dòng)函數；
3) 裝載模式下系統將執行do_bootm_linux()函數，0x30008000是內核在SDRAM中的起始地址；0x30800000是ramdisk在SDRAM中的起始地址；0x40000是內核在Flash中的位置，0x100000是數據塊的大??；0x140000是ramdisk在FLASH中的位置，0x440000是數據塊的大小。系統調用memcpy()函數將內核從flash和ramdisk復制到SDRAM中，具體如下：
memcpy((void *)0x30008000, (void *)0x40000, 0x100000)；//復制數據塊
memcpy((void *)0x30800000, (void *)0x140000, 0x440000)；//復制數據塊
通常，將內核參數傳遞給Linux操作系統有兩種方法：采用struct param_struct結構體或標記列表。本系統中采用了第二種方法。
一個(gè)合法的標記列表開(kāi)始于A(yíng)TAG_CORE，結束于A(yíng)TAG_NONE。ATAG_CORE可以為空，一個(gè)空的ATAG_CORE的size字段設為“2”(0x00000002)。ATAG_NONE 的size字段必須設為“0”。標記列表可以有任意多的標記(tag)。在嵌入式Linux系統中，通常由U-Boot設置的啟動(dòng)參數有：ATAG_CORE、ATAG_MEM、ATAG_CMDLINE、ATAG_RAMDISK、ATAG_INITRD等。
在本系統中，傳遞參數時(shí)分別調用了以下tag：
setup_start_tag(bd)； //標記列表開(kāi)始
setup_memory_tags(bd); //設置內存的起始位置和大小
setup_commandline_tag(bd, commandline); /*Linux內核在啟動(dòng)時(shí)可以命令行參數的形式來(lái)接收信息，利用這一點(diǎn)可以向內核提供那些內核不能檢測的硬件參數信息，或者重載(override)內核檢測到的信息，這里char *commandline initrd=0x30800000,0x440000 root=/dev/ram init=/linuxrc console=ttyS0；*/
setup_ramdisk_tag(bd); //表示內核解壓后ramdisk的大小
setup_initrd_tag(bd, initrd_start, initrd_end); //設置ramdisk的大小和物理起始地址
setup_end_tag(bd); //標記列表結束
其中bd_t *bd = gd->bd是指向bd_t 結構體的指針，在該結構體中存放了關(guān)于開(kāi)發(fā)板配置的基本信息。標記列表應該放在內核解壓和initrd的bootp程序都不會(huì )覆蓋的內存區域，同時(shí)又不能和異常處理的入口地址相沖突。建議放在RAM起始的16K大小處,在本系統中即為0x30000100處。
U-Boot調用 Linux 內核的方法是直接跳轉到內核的第一條指令處，也即直接跳轉到 MEM_START＋0x8000地址處。在跳轉時(shí)，要滿(mǎn)足下列條件：
a) CPU寄存器的設置：R0＝0；R1＝機器類(lèi)型 ID，本系統的機器類(lèi)型ID＝193。R2＝啟動(dòng)參數標記列表在RAM中的起始基地址；
b) CPU模式：必須禁止中斷(IRQs和FIQs)；CPU必須工作在SVC模式；
c) Cache和MMU的設置：MMU 必須關(guān)閉；指令Cache可以打開(kāi)也可以關(guān)閉；數據Cache必須關(guān)閉。
系統采用下列代碼來(lái)進(jìn)入內核函數：
theKernel = (void (*)(int, int))ntohl(hdr->ih_ep);
theKernel(0, bd->bi_arch_number);其中，hdr是image_header_t類(lèi)型的結構體，hdr->ih_ep指向內核的第一條指令地址，即Linux操作系統下的/kernel/arch/arm/boot/compressed/head.S匯編程序。theKernel()函數調用應該不會(huì )返回，如果該調用返回，則說(shuō)明出錯。
結語(yǔ)
本文總結介紹了U-Boot在S3C2410上的移植，移植完成后，U-Boot能夠穩定地運行在開(kāi)發(fā)板上，為后續的軟件開(kāi)發(fā)打下較好的基礎。
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