自己写bootloader
2017-06-07 本文已影响116人
li_justit
自己写 bootloader，或者移植 uboot ，需要知道的一些信息
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1 内核在 nandflash 中的地址，是 uImage 还是 zImage ,我这里用的是 uImage ,在 nandflash 里的 0x60000处，uImage 是用来支持 uboot 启动的，不过我们自己写的话用 uImage 也没关系，因为 uImage 就是在 zImage 的基础上加了一个 64 字节的头部，用来告诉 uboot 内核的信息，比如版本号、加载地址、链接地址、编译时间等。uboot 会获取到这个头部，干一些事情。我们自己写的话，直接跳到 uImage 启示地址 + 64 的地方去执行就OK 。
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2 内核的链接地址：0x30008000 ,这个连接地址实际上应该说是“真正”内核的链接地址，如果是 uImage ，不应该包含它的头部。知道什么意思了吧，使用 uImage 时，我们应当将整个 uImage 拷贝到 0x30008000 - 64 的地方去，也就是 0x30007fc0 。
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3 bootloader 的连接地址：uboot的链接地址一般为 0x3ff80000 处，我们自己写的也用这个地址好了。说到这里，必须得提一下，对于2440来说，不管是 nand 启动，还是 nor 启动，刚上电的时候我们的 bootloader 并不是运行在链接地址处，那么这时候跑在非链接地址处的这些指令就得有特殊要求——位置无关码。我个人做法，在将自身代码拷贝到链接地址处之前，能用汇编写的尽量不用C写，因为用汇编我们自己可以分得清哪些是位置无关码，迫不得已的情况下用C写，写完看反汇编，看看那些跳转指令是否依赖于当前PC值。
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4 标记 tag 的地址，2440 常用的做法是放在 0x30000100 处，我们同样也放在这里。其实放那都行，地址会作为参数传递给内核的。tag的放置方法，可以参考 uboot ，必须以 ATAG_CORE 类型的开头，以 ATAG_NONE 类型的结尾。
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5 启动内核时传递给内核的参数，3个，第一个默认0，第三个是前边提到的 tag 的地址，第二个是机器ID。内核中所有支持的“机器”或者称作开发板、单板都用一个 MACHINE_START 宏来定义，这个宏的作用就是填充一个 machine_desc 类型的结构体，填充的过程中会对它的 .nr 成员赋值，这个 nr 就是所谓的机器ID。
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6 内核刚启动时会打印一些信息，但是那时候内核自己并不会初始化串口，也为了方便自己调试，bootloader里需要初始化串口。
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熟悉以上6条，自己写一个 bootloader 就十分简单了
第一阶段：
- 硬件初始化
1 关看门狗
2 设置时钟
3 初始化SDRAM
4 重定位：bootloader可能大于4K，把flash中的bootloader拷贝到SDRAM中。
5 跳转到main
第二阶段：
- 软件初始化
6 初始化串口，内核启动打印参数
7 设置启动参数，供内核启动时解析使用
8 跳转启动内核
实现第一阶段
- 初始化硬件操作
关看门狗
设置时钟
设置SDRAM
初始化NAND FLASH
硬件初始化 start.S
#define S3C2440_MPLL_200MHZ ((0x5c<<12)|(0x01<<4)|(0x02))
#define S3C2440_MPLL_400MHZ ((0x5c<<12)|(0x01<<4)|(0x01))
#define MEM_CTL_BASE 0x48000000
.text
.global _start
_start:
/* 1. 关看门狗 */
ldr r0, =0x53000000
mov r1, #0
str r1, [r0]
/* 2. 设置时钟 */
ldr r0, =0x4c000014
// mov r1, #0x03; // FCLK:HCLK:PCLK=1:2:4, HDIVN=1,PDIVN=1
mov r1, #0x05; // FCLK:HCLK:PCLK=1:4:8
str r1, [r0]
/* 如果HDIVN非0，CPU的总线模式应该从“fast bus mode”变为“asynchronous bus mode” */
mrc p15, 0, r1, c1, c0, 0 /* 读出控制寄存器 */
orr r1, r1, #0xc0000000 /* 设置为“asynchronous bus mode” */
mcr p15, 0, r1, c1, c0, 0 /* 写入控制寄存器 */
/* MPLLCON = S3C2440_MPLL_200MHZ */
ldr r0, =0x4c000004
ldr r1, =S3C2440_MPLL_400MHZ
str r1, [r0]
/* 启动ICACHE */
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
/* 3. 初始化SDRAM */
ldr r0, =MEM_CTL_BASE
adr r1, sdram_config /* sdram_config的当前地址 */
add r3, r0, #(13*4)
1:
ldr r2, [r1], #4
str r2, [r0], #4
cmp r0, r3
bne 1b
/* 4. 重定位 : 把bootloader本身的代码从flash复制到它的链接地址去 */
ldr sp, =0x34000000
bl nand_init
mov r0, #0
ldr r1, =_start
ldr r2, =__bss_start
sub r2, r2, r1
bl copy_code_to_sdram
bl clear_bss
/* 5. 执行main */
ldr lr, =halt
ldr pc, =main
halt:
b halt
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
Rom初始化
/* NAND FLASH控制器 */
#define NFCONF (*((volatile unsigned long *)0x4E000000))
#define NFCONT (*((volatile unsigned long *)0x4E000004))
#define NFCMMD (*((volatile unsigned char *)0x4E000008))
#define NFADDR (*((volatile unsigned char *)0x4E00000C))
#define NFDATA (*((volatile unsigned char *)0x4E000010))
#define NFSTAT (*((volatile unsigned char *)0x4E000020))
/* GPIO */
#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)
#define TXD0READY (1<<2)
void nand_read(unsigned int addr, unsigned char *buf, unsigned int len);
int isBootFromNorFlash(void)
{
volatile int *p = (volatile int *)0;
int val;
val = *p;
*p = 0x12345678;
if (*p == 0x12345678)
{
/* 写成功, 是nand启动 */
*p = val;
return 0;
}
else
{
/* NOR不能像内存一样写 */
return 1;
}
}
void copy_code_to_sdram(unsigned char *src, unsigned char *dest, unsigned int len)
{
int i = 0;
/* 如果是NOR启动 */
if (isBootFromNorFlash())
{
while (i < len)
{
dest[i] = src[i];
i++;
}
}
else
{
//nand_init();
nand_read((unsigned int)src, dest, len);
}
}
void clear_bss(void)
{
extern int __bss_start, __bss_end;
int *p = &__bss_start;
for (; p < &__bss_end; p++)
*p = 0;
}
void nand_init(void)
{
#define TACLS 0
#define TWRPH0 1
#define TWRPH1 0
/* 设置时序 */
NFCONF = (TACLS<<12)|(TWRPH0<<8)|(TWRPH1<<4);
/* 使能NAND Flash控制器, 初始化ECC, 禁止片选 */
NFCONT = (1<<4)|(1<<1)|(1<<0);
}
void nand_select(void)
{
NFCONT &= ~(1<<1);
}
void nand_deselect(void)
{
NFCONT |= (1<<1);
}
void nand_cmd(unsigned char cmd)
{
volatile int i;
NFCMMD = cmd;
for (i = 0; i < 10; i++);
}
void nand_addr(unsigned int addr)
{
unsigned int col = addr % 2048;
unsigned int page = addr / 2048;
volatile int i;
NFADDR = col & 0xff;
for (i = 0; i < 10; i++);
NFADDR = (col >> 8) & 0xff;
for (i = 0; i < 10; i++);
NFADDR = page & 0xff;
for (i = 0; i < 10; i++);
NFADDR = (page >> 8) & 0xff;
for (i = 0; i < 10; i++);
NFADDR = (page >> 16) & 0xff;
for (i = 0; i < 10; i++);
}
void nand_wait_ready(void)
{
while (!(NFSTAT & 1));
}
unsigned char nand_data(void)
{
return NFDATA;
}
void nand_read(unsigned int addr, unsigned char *buf, unsigned int len)
{
int col = addr % 2048;
int i = 0;
/* 1. 选中 */
nand_select();
while (i < len)
{
/* 2. 发出读命令00h */
nand_cmd(0x00);
/* 3. 发出地址(分5步发出) */
nand_addr(addr);
/* 4. 发出读命令30h */
nand_cmd(0x30);
/* 5. 判断状态 */
nand_wait_ready();
/* 6. 读数据 */
for (; (col < 2048) && (i < len); col++)
{
buf[i] = nand_data();
i++;
addr++;
}
col = 0;
}
/* 7. 取消选中 */
nand_deselect();
}
#define PCLK 50000000 // init.c中的clock_init函数设置PCLK为50MHz
#define UART_CLK PCLK // UART0的时钟源设为PCLK
#define UART_BAUD_RATE 115200 // 波特率
#define UART_BRD ((UART_CLK / (UART_BAUD_RATE * 16)) - 1)
/*
* 初始化UART0
* 115200,8N1,无流控
*/
void uart0_init(void)
{
GPHCON |= 0xa0; // GPH2,GPH3用作TXD0,RXD0
GPHUP = 0x0c; // GPH2,GPH3内部上拉
ULCON0 = 0x03; // 8N1(8个数据位，无较验，1个停止位)
UCON0 = 0x05; // 查询方式，UART时钟源为PCLK
UFCON0 = 0x00; // 不使用FIFO
UMCON0 = 0x00; // 不使用流控
UBRDIV0 = UART_BRD; // 波特率为115200
}
/*
* 发送一个字符
*/
void putc(unsigned char c)
{
/* 等待，直到发送缓冲区中的数据已经全部发送出去 */
while (!(UTRSTAT0 & TXD0READY));
/* 向UTXH0寄存器中写入数据，UART即自动将它发送出去 */
UTXH0 = c;
}
void puts(char *str)
{
int i = 0;
while (str[i])
{
putc(str[i]);
i++;
}
}
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);
}
}
链接文档
SECTIONS {
. = 0x33f80000;
.text : { *(.text) }
. = ALIGN(4);
.rodata : {*(.rodata*)}
. = ALIGN(4);
.data : { *(.data) }
. = ALIGN(4);
__bss_start = .;
.bss : { *(.bss) *(COMMON) }
__bss_end = .;
}
软件初始化
- 从NAND FLASH里把内核读入内存 0x60000+64（64K的头部）
内核地址0x30008000（内核中配置好的地址）nand_read的实现内核和UBOOT约定好在某个地址存放启动参数，比如此处是0x30000100开始存放启动参数，uboot将参数存放到0x30000100开始的地方，内核启动时会从这里取出参数。实现代码如下：
下面几个函数，都向地址内写入了
1 参数代号
2 本参数所占内存大小
3 参数内容
4 每个参数设置最后都指向了下一参数设置地址
5 设置启动参数
#include "setup.h"
extern void uart0_init(void);
extern void nand_read(unsigned int addr, unsigned char *buf, unsigned int len);
extern void puts(char *str);
extern void puthex(unsigned int val);
static struct tag *params;
void setup_start_tag(void)
{
params = (struct tag *)0x30000100;
params->hdr.tag = ATAG_CORE;
params->hdr.size = tag_size (tag_core);
params->u.core.flags = 0;
params->u.core.pagesize = 0;
params->u.core.rootdev = 0;
params = tag_next (params);
}
void setup_memory_tags(void)
{
params->hdr.tag = ATAG_MEM;
params->hdr.size = tag_size (tag_mem32);
params->u.mem.start = 0x30000000;
params->u.mem.size = 64*1024*1024;
params = tag_next (params);
}
int strlen(char *str)
{
int i = 0;
while (str[i])
{
i++;
}
return i;
}
void strcpy(char *dest, char *src)
{
while ((*dest++ = *src++) != '\0');
}
void setup_commandline_tag(char *cmdline)
{
int len = strlen(cmdline) + 1;
params->hdr.tag = ATAG_CMDLINE;
params->hdr.size = (sizeof (struct tag_header) + len + 3) >> 2;
strcpy (params->u.cmdline.cmdline, cmdline);
params = tag_next (params);
}
void setup_end_tag(void)
{
params->hdr.tag = ATAG_NONE;
params->hdr.size = 0;
}
int main(void)
{
void (*theKernel)(int zero, int arch, unsigned int params);
volatile unsigned int *p = (volatile unsigned int *)0x30008000;
/* 0. 帮内核设置串口: 内核启动的开始部分会从串口打印一些信息,但是内核一开始没有初始化串口 */
uart0_init();
/* 1. 从NAND FLASH里把内核读入内存 */
puts("Copy kernel from nand\n\r");
nand_read(0x60000+64, (unsigned char *)0x30008000, 0x200000);
puthex(0x1234ABCD);
puts("\n\r");
puthex(*p);
puts("\n\r");
/* 2. 设置参数 */
puts("Set boot params\n\r");
setup_start_tag();
setup_memory_tags();
setup_commandline_tag("noinitrd root=/dev/mtdblock3 init=/linuxrc console=ttySAC0");
setup_end_tag();
/* 3. 跳转执行 */
puts("Boot kernel\n\r");
theKernel = (void (*)(int, int, unsigned int))0x30008000;
theKernel(0, 362, 0x30000100);
/*
* mov r0, #0
* ldr r1, =362
* ldr r2, =0x30000100
* mov pc, #0x30008000
*/
puts("Error!\n\r");
/* 如果一切正常, 不会执行到这里 */
return -1;
}
