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Arm2440——Nand flash啟動模式詳解(LED程序為例)

作者: 時間:2016-11-28 來源:網(wǎng)絡(luò) 收藏
斷斷續(xù)續(xù)的研究arm也有2個月了,現(xiàn)在才感覺理解了arm在Nand flash模式下的啟動過程,現(xiàn)在來這里記錄下來以表達(dá)我無比喜悅的心情。閑話少說,趁著還沒有忘記學(xué)習(xí)過程中的感受,直接進(jìn)入正題。

大家都知道,arm在Nand flash啟動模式下啟動時系統(tǒng)會將Nand flash中的前4KB代碼拷貝到SRAM(也就是Steppingstone中),由SRAM配置中斷向量表和完成Nand flash訪問的必要初始化,然后將Nand flash中的全部程序代碼拷貝到SDRAM中,最后由SRAM跳轉(zhuǎn)到SDRAM,然后程序就正常執(zhí)行了,這一過程看上去很簡單,但是真正理解這一過程還是不簡單的,盡管這樣,還是想告訴大家仔細(xì)理解還是比較容易理解這個過程的。如果您是ADS用戶,你省去了很多麻煩,但我不確定你省去的這些麻煩是否值得,這里介紹的是一種麻煩的方式,linux下的led程序。

本文引用地址:http://m.butianyuan.cn/article/201611/322798.htm

代碼Head.s

  1. .externmain
  2. .text
  3. .global_start
  4. _start:
  5. breset
  6. reset:
  7. ldrsp,=4096
  8. bldisable_watch_dog
  9. blclock_init
  10. blmemsetup
  11. blcopy_steppingstone_to_sdram
  12. ldrpc,=on_sdram
  13. on_sdram:
  14. msrcpsr_c,#0xdf
  15. ldrsp,=0x34000000
  16. ldrlr,=halt_loop
  17. ldrpc,=Main
  18. halt_loop:
  19. bhalt_loop

我認(rèn)為,最需要理解的就是這段代碼了。先簡單的解釋下這段代碼。

(1)由于arm執(zhí)行reset之后pc會被清零,也就是reset中斷的中斷入口地址,因此,第一條指令就是b reset,跳轉(zhuǎn)到reset中斷處理函數(shù)。

(2)由于這里硬件配置都是C語言來完成的,而且我們的初始代碼比較小,完全不會超出4KB,因此可以在SRAM使用堆棧,故將SP設(shè)置為4096,以提供C運(yùn)行環(huán)境

(3)接下來的3個bl分別完成了關(guān)閉看門夠定時器,配置時鐘信號和存儲器配置的工作,第四個bl是將SRAM的4KB空間內(nèi)的代碼拷貝到了SDRAM中。

(4)接下來的ldr句將pc賦值為on_sdram的地址,實現(xiàn)了從SRAM到SDRAM的跳轉(zhuǎn)(下面會講為什么)

(5)on_sdram中切換到了了系統(tǒng)模式然后分配了系統(tǒng)模式堆棧,將鏈接寄存器設(shè)置為halt_loop然后就跳轉(zhuǎn)到了SDRAM中的Main

上面的解釋只是大體上說明了代碼的意思,但是初學(xué)者總會有個疑問就是為什么ldr pc,=on_sdram就實現(xiàn)了從SRAM到SDRAM的跳轉(zhuǎn)呢?我被這個問題困擾了很長時間,到今天才想明白了這個問題,問題的關(guān)鍵就是相對跳轉(zhuǎn)和絕對跳轉(zhuǎn)的問題。為了說明這個問題我先解釋一下bl指令跟ldr指令在執(zhí)行過程中的區(qū)別。

B指令是相對跳轉(zhuǎn)指令,B 指令是最簡單的跳轉(zhuǎn)指令。一旦遇到一個 B 指令,ARM 處理器將立即跳轉(zhuǎn)到給定的目標(biāo)地址,從那里繼續(xù)執(zhí)行。注意存儲在跳轉(zhuǎn)指令中的實際值是相對當(dāng)前PC 值的一個偏移量,而不是一個絕對地址,它的值由匯編器來計算(參考尋址方式中的相對尋址)。它是 24 位有符號數(shù),左移兩位后有符號擴(kuò)展為 32 位,表示的有效偏移為 26 位(前后32MB 的地址空間),同樣的,BL、BX都是相對跳轉(zhuǎn)。

LDR偽指令是將第二操作直接賦值給第一操作數(shù),當(dāng)執(zhí)行l(wèi)dr pc,=Main時是將Main的絕對地址賦值給了PC。

好了,知道這兩個指令的區(qū)別之后我們來看代碼是如何實現(xiàn)的從SRAM到SDRAM的跳轉(zhuǎn),首先需要指出,2440的開發(fā)板有SRAM和SDRAM,SRAM是從地址0x00000000開始的4KB內(nèi)存空間,SDRAM是從0x30000000開始的64M空間。

無論用ADS編譯還是用arm-linux-gcc編譯都會將代碼鏈接到0x30000000以后(也就是SDRAM中),ADS用戶可以通過查看ADS的工程配置,其中有項配置是RO起始地址是0x30000000,linux用戶在鏈接時需要用-T指定代碼的其實地址為0x30000000。

根據(jù)編譯原理,在鏈接階段程序中函數(shù)的地址就已經(jīng)確定了,也就是說函數(shù)的實際地址都在0x30000000之后,而程序的入口函數(shù)也就是這里的_start的地址就是0x300000000,其他函數(shù)都會大于這個數(shù)。

但是由于arm上電后系統(tǒng)會將Nand flash的前4KB代碼拷貝到SRAM中,也就是_start函數(shù)開始的4KB指令將被拷貝到SRAM中執(zhí)行,根據(jù)上例,在0x00000000處執(zhí)行的指令就是“b reset”,由于b是相對跳轉(zhuǎn),是在當(dāng)前pc值的基礎(chǔ)上加減某個數(shù)而跳轉(zhuǎn)到將要執(zhí)行的代碼處,因此,pc加減該數(shù)之后將到達(dá)reset函數(shù)的位置,故reset函數(shù)不能寫到4KB之外的空間中,否則arm的啟動將會失敗,同樣的,接下來的幾個bl都是執(zhí)行的相對跳轉(zhuǎn),所以都相對當(dāng)前pc進(jìn)行的跳轉(zhuǎn),由于Nand flash總共只有64M的空間,所以相對跳轉(zhuǎn)是不可能會跳轉(zhuǎn)到SDRAM的,因為跳轉(zhuǎn)到SDRAM至少要發(fā)生0x30000000的跳轉(zhuǎn),而這個相對位移遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于64M。

而ldr pc,=Main是將Main函數(shù)的實際地址賦值給pc,而Main的實際地址是在0x30000000之后,這樣,就從SRAM跳轉(zhuǎn)到了SDRAM。

由于這個過程設(shè)計到了硬件格局和編譯原理,所以對一般人來講,理解起來確實比較困難,而且受本人水平限制,很多地方只能說是只可意會不可言傳,如果誤導(dǎo)了大家請大家諒解。當(dāng)然如果看到這里還不能理解arm的啟動過程可以留言討論這個問題。下面是相關(guān)的其他代碼,我附在這里,2440addr.h沒有貼出,由于我也是使用arm自帶示例程序中的代碼,而且代碼有四千多行,多數(shù)地址是沒有用到的。其他的代碼如下

代碼Init.s
  1. #include"2440addr.h"
  2. voiddisable_watch_dog(void);
  3. voidclock_init(void);
  4. voidmemsetup(void);
  5. voidcopy_steppingstone_to_sdram(void);
  6. voidinituart(void);
  7. voiddisable_watch_dog(void)
  8. {
  9. rWTCON=0;
  10. }
  11. voidclock_init(void)
  12. {
  13. rCLKDIVN=0x03;
  14. /*
  15. *如果HDIVN非0,CPU的總線模式應(yīng)該從
  16. *“fastbusmode”變?yōu)?ldquo;asynchronous
  17. *busmode”
  18. */
  19. __asm__(
  20. "mrcp15,0,r1,c1,c0,0"
  21. "orrr1,r1,#0xc0000000"
  22. "mcrp15,0,r1,c1,c0,0"
  23. );
  24. rMPLLCON=(92<<12)|(1<<4)|(2);
  25. //rMPLLCON=((0x5c<<12)|(0x01<<4)|(0x02));
  26. }
  27. voidmemsetup(void)
  28. {
  29. volatileunsignedlong*p=(volatileunsignedlong*)0x48000000;
  30. /*這個函數(shù)之所以這樣賦值,而不是像前面的實驗(比如mmu實驗)那樣將配置值
  31. *寫在數(shù)組中,是因為要生成”位置無關(guān)的代碼”,使得這個函數(shù)可以在被復(fù)制到
  32. *SDRAM之前就可以在steppingstone中運(yùn)行
  33. */
  34. /*存儲控制器13個寄存器的值*/
  35. p[0]=0x22011110;//BWSCON
  36. p[1]=0x00000700;//BANKCON0
  37. p[2]=0x00000700;//BANKCON1
  38. p[3]=0x00000700;//BANKCON2
  39. p[4]=0x00000700;//BANKCON3
  40. p[5]=0x00000700;//BANKCON4
  41. p[6]=0x00000700;//BANKCON5
  42. p[7]=0x00018005;//BANKCON6
  43. p[8]=0x00018005;//BANKCON7
  44. /*REFRESH,
  45. *HCLK=12MHz:0x008C07A3,
  46. *HCLK=100MHz:0x008C04F4
  47. */
  48. p[9]=0x008C04F4;
  49. p[10]=0x000000B1;//BANKSIZE
  50. p[11]=0x00000030;//MRSRB6
  51. p[12]=0x00000030;//MRSRB7
  52. }
  53. voidcopy_steppingstone_to_sdram(void)
  54. {
  55. unsignedint*pdwSrc=(unsignedint*)0;
  56. unsignedint*pdwDest=(unsignedint*)0x30000000;
  57. while(pdwSrc<(unsignedint*)4096)
  58. {
  59. *pdwDest=*pdwSrc;
  60. pdwDest++;
  61. pdwSrc++;
  62. }
  63. }
注意:由于我們的代碼比較小,遠(yuǎn)小于4KB,因此arm啟動時自動拷貝到SRAM中的4KB代碼包含我們的全部代碼,因此copy操作我是將stepingstone中的4KB代碼拷貝到了SDRAM中,在實際應(yīng)用中代碼多數(shù)是超過4KB,因此copy函數(shù)應(yīng)該是將Nand flash中的全部代碼拷貝到SDRAM,這樣才能成功運(yùn)行ARM。

代碼Main.c:

  1. #include"2440addr.h"
  2. voidDelay(inti)
  3. {
  4. intm,n,p;
  5. for(m=0;m!=i;++m)
  6. {
  7. for(n=0;n!=255;++n)
  8. {
  9. for(p=0;p!=255;++p)
  10. ;
  11. }
  12. }
  13. }
  14. voidMain()
  15. {
  16. intcount;
  17. intleds[4]={0x1c0,0x1a0,0x160,0xe0};
  18. rGPBCON=0x00155555;
  19. rGPBUP=rGPBUP&0xFF00;
  20. while(1)
  21. {
  22. for(count=0;count!=4;++count)
  23. {
  24. rGPBDAT=leds[count];
  25. if(count%2)
  26. rGPBDAT+=1;
  27. Delay(2);
  28. }
  29. }
  30. }

鏈接文件led.lds如下:
  1. SECTIONS
  2. {
  3. .=0x30000000;
  4. .text:{*(.text)}
  5. .rodataALIGN(4):{*(.rodata)}
  6. .dataALIGN(4):{*(.data)}
  7. .bssALIGN(4):{*(.bss)*(COMMON)}
  8. }

makefile如下:
  1. objects:=Head.oInit.oMain.o
  2. led.bin:$(objects)
  3. arm-linux-ld-Tled.lds-nostdlib-oled_elf$^
  4. arm-linux-objcopy-Obinary-Sled_elf$@
  5. arm-linux-objdump-D-marmled_elf>led.dis
  6. %.o:%.c
  7. arm-linux-gcc-Wall-O2-c-o$@$<
  8. %.o:%.s
  9. arm-linux-gcc-Wall-O2-c-o$@$<;
  10. .PYTHON:clean
  11. clean:
  12. rm-fled.binled_elfled.dis*.o

如上除了2440addr.h之外就都全了,另外需要指出的是2440addr.h中引用了Option.h,為了簡化代碼,可以將這句可以注釋掉,在我們這段代碼中完全用不到該文件相關(guān)功能。否則需要自行修改makefile文件完成Option.h相關(guān)的編譯和鏈接工作。

好了,又浪費(fèi)了大家這么長的時間,這里就不多說了,有什么問題求高手指出來。



關(guān)鍵詞: Arm2440Nandflash啟動模

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