關(guān)于s3c2410從NAND Flash啟動(dòng)的問題--bootrom 4KB限制

搞明白了,是兩條指令的差別

LDR r0,=_entry和ADR r0,_entry

前者是在編譯的時(shí)候按照load address生成的絕對(duì)地址,后者反匯編后是相對(duì)當(dāng)前PC尋址,例如在ADS中設(shè)置RO地址為0X30000000,那么前者傳給r0的值是 0x30000000,而后者傳給r0的值要視當(dāng)前PC而定,一般從NGCS0中啟動(dòng)時(shí),傳給r0的值就是0。

amsungS3C2410支持Nor Flash和Nand Flash啟動(dòng),在SBC-2410X上可以通過BOOTSEL跳線設(shè)置啟動(dòng)方式:
|------|
| 。。 |bootfrom nand flash
|------|

------。。bootfrom nor flash

注:
(1) BOOTSEL跳線在"串口"和"usb slave接口"之間
(2) 兩個(gè)引腳用"跳線卡"連接，則表示從nand flash啟動(dòng)。拔下"跳線卡"表示從nor flash啟動(dòng)。

椐了解 NOR FLASH 是容量小，速度快，穩(wěn)定性好，適合做程序存儲(chǔ)器。

NAND FLASH 總?cè)萘看?，適合做數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器
是不能從NAND FLASH啟動(dòng)的，NAND FLASH是的讀寫時(shí)序是不能直接有ARM硬件產(chǎn)生的，要讀寫NAND FLASH是要通過程序來實(shí)現(xiàn)的，很明顯能看出來的就是NAND FLASH只有8個(gè)數(shù)據(jù)、地址復(fù)用的數(shù)據(jù)地址接口
2410/2440可以直接從NAND FLASH啟動(dòng)的，因?yàn)樗袾AND前面的4K映射到了RAM的空間

首先應(yīng)該先了解FlashROM的種類

NOR FLASH地址線和數(shù)據(jù)線分開，來了地址和控制信號(hào)，數(shù)據(jù)就出來。

NAND Flash地址線和數(shù)據(jù)線在一起，需要用程序來控制，才能出數(shù)據(jù)。

通俗的說，就是光給地址不行，要先命令，再給地址，才能讀到NAND的數(shù)據(jù)。

而且都是在一個(gè)總線完成的。

結(jié)論是：ARM無法從NAND直接啟動(dòng)。除非裝載完程序，才能使用NAND Flash.

裝載程序只能從maskrom或者Nor flash.

三星的2410可以從NF啟動(dòng)程序,它會(huì)把第一塊的前4KB復(fù)制到內(nèi)部SRAM中然后從SRAM執(zhí)行,也就是說,你需要編寫一個(gè)長度小于4K的引導(dǎo)程序,作用是將主程序拷貝到SDRAM中運(yùn)行(NF地址不是線性的,程序不能直接運(yùn)行,必須拷貝到線性RAM中)

從Nand Flash啟動(dòng)U-BOOT的基本原理
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前4K的問題
如果S3C2410被配置成從Nand Flash啟動(dòng)(配置由硬件工程師在電路板設(shè)置),S3C2410的Nand Flash控制器有一個(gè)特殊的功能,在S3C2410上電后,Nand Flash控制器會(huì)自動(dòng)的把Nand Flash上的前4K數(shù)據(jù)搬移到4K內(nèi)部RAM中,并把0x00000000設(shè)置內(nèi)部RAM的起始地址,CPU從內(nèi)部RAM的0x00000000位置開始啟動(dòng)。這個(gè)過程不需要程序干涉。
程序員需要完成的工作,是把最核心的啟動(dòng)程序放在Nand Flash的前4K中。
啟動(dòng)程序的安排
由于Nand Flash控制器從Nand Flash中搬移到內(nèi)部RAM的代碼是有限的,所以在啟動(dòng)代碼的前4K里,我們必須完成S3C2410的核心配置以及把啟動(dòng)代碼(U-BOOT)剩余部分搬到RAM中運(yùn)行。

u-boot源碼不支持從nand flash啟動(dòng)，可是s3c2410支持從nand flash啟動(dòng)，開發(fā)板(sbc-2410x)加電后s3c2410將nand flash的前4k(保存有u-boot的部分功能--拷貝功能--把nand flash中的內(nèi)容拷貝到SDRAM)拷貝到sram(s3c2410芯片內(nèi)的sram)。這就需要修改u-boot源碼，增加u-boot的功能: 使u-boot在得到執(zhí)行權(quán)后能夠?qū)⑵渥陨砜截惖介_發(fā)板上SDRAM中，以便處理器能夠執(zhí)行u-boot

.Nand Flash的命令、地址、數(shù)據(jù)都通過I/O口發(fā)送，管腳復(fù)用，這樣做做的好處是，可以明顯減少NAND FLASH的管腳數(shù)目，將來如果設(shè)計(jì)者想將NAND FLASH更換為更高密度、更大容量的，也不必改動(dòng)電路板。

NAND FLASH不能夠執(zhí)行程序，本人總結(jié)其原因如下 ：

1. NAND FLASH本身是連接到了控制器上而不是系統(tǒng)總線上。CPU啟動(dòng)后是要取指令執(zhí)行的，如果是SROM、NOR FLASH 等之類的，CPU 發(fā)個(gè)地址就可以取得指令并執(zhí)行，NAND FLASH不行，因?yàn)镹AND FLASH 是管腳復(fù)用，它有自己的一套時(shí)序，這樣CPU無法取得可以執(zhí)行的代碼，也就不能初始化系統(tǒng)了。

2. NAND FLASH是順序存取設(shè)備，不能夠被隨機(jī)訪問，程序就不能夠分支或跳轉(zhuǎn)，這樣你如何去設(shè)計(jì)程序。

U-BOOT支持ARM、 PowerPC等多種架構(gòu)的處理器，也支持Linux、NetBSD和VxWorks等多種操作系統(tǒng)，主要用來開發(fā)嵌入式系統(tǒng)初始化代碼 bootloader。bootloader是芯片復(fù)位后進(jìn)入操作系統(tǒng)之前執(zhí)行的一段代碼，完成由硬件啟動(dòng)到操作系統(tǒng)啟動(dòng)的過渡，為運(yùn)行操作系統(tǒng)提供基本的運(yùn)行環(huán)境，如初始化CPU、堆棧、初始化存儲(chǔ)器系統(tǒng)等，其功能類似于PC機(jī)的BIOS.

NAND閃存工作原理

S3C2410開發(fā)板的NAND閃存由NAND閃存控制器(集成在S3C2410CPU中)和NAND閃存芯片(K9F1208U0A)兩大部分組成。當(dāng)要訪問NAND閃存芯片中的數(shù)據(jù)時(shí),必須通過NAND閃存控制器發(fā)送命令才能完成。所以, NAND閃存相當(dāng)于S3C2410的一個(gè)外設(shè),而不位于它的內(nèi)存地址區(qū)。

NAND閃存(K9F1208U0A)的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)分層為：1設(shè)備(Device) = 4096 塊(Block);1塊= 32頁/行(Page/row);1頁= 528B = 數(shù)據(jù)塊 (512B) + OOB塊 (16B)
在每一頁中，最后16個(gè)字節(jié)(又稱OOB)在NAND閃存命令執(zhí)行完畢后設(shè)置狀態(tài)，剩余512個(gè)字節(jié)又分為前半部分和后半部分?？梢酝ㄟ^NAND閃存命令00h/01h/50h分別對(duì)前半部、后半部、OOB進(jìn)行定位，通過NAND閃存內(nèi)置的指針指向各自的首地址。
NAND 閃存的操作特點(diǎn)為：擦除操作的最小單位是塊；NAND閃存芯片每一位只能從1變?yōu)?，而不能從0變?yōu)?，所以在對(duì)其進(jìn)行寫入操作之前一定要將相應(yīng)塊擦 除；OOB部分的第6字節(jié)為壞快標(biāo)志，即如果不是壞塊該值為FF，否則為壞塊；除OOB第6字節(jié)外，通常用OOB的前3個(gè)字節(jié)存放NAND閃存的硬件 ECC(校驗(yàn)寄存器)碼；

從NAND閃存啟動(dòng)U-BOOT的設(shè)計(jì)思路

如果S3C2410被配置成從NAND閃存啟動(dòng),上電后，S3C2410的NAND閃存控制器會(huì)自動(dòng)把NAND閃存中的前4K數(shù)據(jù)搬移到內(nèi)部RAM中, 并把0x00000000設(shè)置為內(nèi)部RAM的起始地址, CPU從內(nèi)部RAM的0x00000000位置開始啟動(dòng)。因此要把最核心的啟動(dòng)程序放在NAND閃存的前4K中。

由于NAND閃存控制器從NAND閃存中搬移到內(nèi)部RAM的代碼是有限的,所以, 在啟動(dòng)代碼的前4K里,必須完成S3C2410的核心配置，并把啟動(dòng)代碼的剩余部分搬到RAM中運(yùn)行。在U-BOOT中, 前4K完成的主要工作就是U-BOOT啟動(dòng)的第一個(gè)階段(stage1)。
根據(jù)U-BOOT的執(zhí)行流程圖，可知要實(shí)現(xiàn)從NAND閃存中啟動(dòng)U-BOOT，首先需要初始化NAND閃存,并從NAND閃存中把U-BOOT搬移到RAM中，最后需要讓U-BOOT支持NAND閃存的命令操作。
　　
開發(fā)環(huán)境

本設(shè)計(jì)中目標(biāo)板硬件環(huán)境如下：CPU為S3C2410，SDRAM為HY57V561620，NAND閃存為64MB的K9F1208U0A。

主機(jī)軟件環(huán)境為Redhat9.0、 u-boot-1.1.3、gcc 2.95.3。修改U-BOOT的Makefile，加入：
wch2410_config : unconfig
@./mkconfig $(@:_config=) arm arm920t wch2410 NULL s3c24x0

即將開發(fā)板起名為wch2410，接下來依次進(jìn)行如下操作：
mkdir board/wch2410
cp board/smdk2410 board/wch2410
mv smdk2410.c wch2410.c
cp include/configs/smdk2410.h include/configs/wch2410.h
export PATH=/usr/local/arm/2.95.3/bin:$PATH

最后執(zhí)行：
make wch2410_config
make all ARCH=arm
生成u-boot.bin，即通過了測試編譯。
具體設(shè)計(jì)

支持NAND閃存的啟動(dòng)程序設(shè)計(jì)
因?yàn)閁-BOOT的入口程序是/cpu/arm920t/start.S,故需在該程序中添加NAND閃存的復(fù)位程序，以及實(shí)現(xiàn)從NAND閃存中把U-BOOT搬移到RAM中的功能程序。

首先在/include/configs/wch2410.h中加入CONFIG_S3C2410_NAND_BOOT, 如下：
#define CONFIG_S3C2410_NAND_BOOT1 @支持從NAND 閃存中啟動(dòng)
然后在/cpu/arm920t/start.S中添加
#ifdef CONFIG_S3C2410_NAND_BOOT
copy_myself:
mov r10, lr
ldr sp, DW_STACK_START @安裝棧的起始地址
mov fp, #0 @初始化幀指針寄存器
bl nand_reset @跳到復(fù)位C函數(shù)去執(zhí)行，執(zhí)行NAND閃存復(fù)位
.......
/*從NAND閃存中把U-BOOT拷貝到RAM*/
ldr r0, =UBOOT_RAM_BASE @ 設(shè)置第1個(gè)參數(shù): UBOOT在RAM中的起始地址
mov r1, #0x0 @ 設(shè)置第2個(gè)參數(shù):NAND閃存的起始地址
mov r2, #0x20000 @ 設(shè)置第3個(gè)參數(shù): U-BOOT的長度(128KB)
bl nand_read_whole @ 調(diào)用nand_read_whole(),把NAND閃存中的數(shù)據(jù)讀入到RAM中
tst r0, #0x0 @ 如果函數(shù)的返回值為0,表示執(zhí)行成功
beq ok_nand_read @ 執(zhí)行內(nèi)存比較，把RAM中的前4K內(nèi)容與NAND閃存中的前4K內(nèi)容進(jìn)行比較, 如果完全相同, 則表示搬移成功

其中，nand_reset ()，nand_read_whole()被加在/board/wch2410/wch2410.c中。

支持U-BOOT命令設(shè)計(jì)
在U-BOOT下 對(duì)nand閃存的支持主要是在命令行下實(shí)現(xiàn)對(duì)nand閃存的操作。對(duì)nand閃存實(shí)現(xiàn)的命令為：nand info(打印nand Flash信息)、nand device(顯示某個(gè)nand閃存設(shè)備)、nand read(讀取nand閃存)、nand write(寫nand閃存)、nand erease(擦除nand閃存)、nand bad(顯示壞塊)等。

用到的主要數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)有：struct nand_flash_dev、struct nand_chip。前者包括主要的芯片型號(hào)、存儲(chǔ)容量、設(shè)備ID、I/O總線寬度等信息；后者是具體對(duì)NAND閃存進(jìn)行操作時(shí)用到的信息。

a. 設(shè)置配置選項(xiàng)
修改/include/configs/wch2410.h,主要是在CONFIG_COMMANDS中打開CFG_CMD_NAND選項(xiàng)。定義NAND閃存控制器在SFR區(qū)中的起始寄存器地址、頁面大小，定義NAND閃存命令層的底層接口函數(shù)等。

b. 加入NAND閃存芯片型號(hào)
在/include/linux/mtd/ nand_ids.h中對(duì)如下結(jié)構(gòu)體賦值進(jìn)行修改:
static struct nand_flash_dev nand_flash_ids[] = {
......
{"Samsung K9F1208U0A", NAND_MFR_SAMSUNG, 0x76, 26, 0, 3, 0x4000, 0},
.......
}
這樣對(duì)于該款NAND閃存芯片的操作才能正確執(zhí)行。
c. 編寫NAND閃存初始化函數(shù)
在/board/wch2410/wch2410.c中加入nand_init()函數(shù)。
void nand_init(void)
{
/* 初始化NAND閃存控制器, 以及NAND閃存芯片 */
nand_reset();
/* 調(diào)用nand_probe()來檢測芯片類型 */
printf ("%4lu MBn", nand_probe(CFG_NAND_BASE) >> 20);
}

該函數(shù)在啟動(dòng)時(shí)被start_armboot()調(diào)用。

最后重新編譯U-BOOT并將生成的u-boot.bin燒入NAND閃存中，目標(biāo)板上電后從串口輸出如下信息：
U-Boot1.1.3 (Nov 14 2006 - 11:29:50)
U-Bootcode: 33F80000 -> 33F9C9E4 BSS: -> 33FA0B28
RAM Configuration:
Bank #0: 30000000 64 MB
## Unknown Flash on Bank 0: ID 0xffff, Size = 0x00000000 = 0 MB
Flash: 0 kB
NAND: 64 MB
In: serial
Out: serial
Err: serial
Hit any key to stop autoboot: 0
wch2410 #

結(jié)語

以往將U-BOOT移植到ARM9平臺(tái)中的解決方案主要針對(duì)的是ARM9中的NOR閃存，因?yàn)镹OR閃存的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)致使應(yīng)用程序可以直接在其內(nèi)部運(yùn)行，不用把代碼讀到RAM中，移植過程相對(duì)簡單。從NAND閃存中啟動(dòng)U-BOOT的設(shè)計(jì)難點(diǎn)在于NAND閃存需要把U-BOOT的代碼搬移到RAM中，并要讓 U-BOOT支持NAND閃存的命令操作。本文介紹了實(shí)現(xiàn)這一設(shè)計(jì)的思路及具體程序。移植后，U-BOOT在嵌入式系統(tǒng)中運(yùn)行良好。

參考文獻(xiàn)

1 杜春雷 . ARM 體系結(jié)構(gòu)與編程 [M]. 北京 : 清華大學(xué)出版社， 2003
2S3C2410Users Mannual[Z].Samsung