BootloaderVivi源代码分析——基于S3C2410处理器.doc

Bootloader(Vivi)源代码分析 -基于S3C2410处理器作者：forkchenEmail:chenjunbupt-QQ:56155986欢迎广大嵌入式之友多多交流目 录1.1 Vivi简介21.2 vivi的配置与编译31.2.1 建立交叉开发环境31.2.2 配置和编译vivi41.3 vivi代码分析41.4 vivi的运行51.4.1 vivi的第一阶段51.4.2 vivi的第二阶段151.5 启动代码执行流程图171.6 vivi的配置文件191.1 Vivi简介Vivi 是韩国mizi 公司开发的bootloader, 适用于ARM9处理器。 Vivi有两种工作模式：启动加载模式和下载模式。启动加载模式可以在一段时间后（这个时间可更改）自行启动linux内核，这时vivi的默认模式。在下载模式下，vivi为用户提供一个命令行接口，通过接口可以使用vivi提供的一些命令，见下表：命令 功能 Load把二进制文件载入Flash或RAM Part操作MTD分区信息。显示、增加、删除、复位、保存MTD分区 Param设置参数 Boot启动系统 Flash管理Flash，如删除Flash的数据1.2 vivi的配置与编译1.2.1 建立交叉开发环境1、在宿主机上安装标准Linux 操作系统：Redhat 9.0 ( 主机系统为win2000，用虚拟机vmware安装的Redhat 9.0，内核版本为2.4.18) 。2、宿主机上安装交叉编译器。我这边的2410开发板提供的光盘上已附交叉编译器工具：arm-linux-gcc-2.95.3（源码为cross-2.95.3.tar.bz2）。先以root 用户的身份登陆到linux 下。进入/usr/local 目录，创建名为arm的目录：cd /usr/localmkdir arm将光盘提供的cross-2.95.3.tar.bz2解压到/usr/local/arm目录：tar jxvf cross-2.95.3.tar.bz2 C /usr/local/arm然后修改修改PATH 变量：为了可以方便使用arm-linux-gcc编译器系统, 把arm-linux工具链目录加入到环境变量PATH中：修改/etc/profile文件,添加pathmunge /usr/local/arm/2.95.3/bin即可。# Path manipulationif id -u = 0 ; then pathmunge /sbin pathmunge /usr/sbin pathmunge /usr/local/sbin pathmunge /usr/local/arm/2.95.3/bin fi pathmunge /usr/X11R6/bin after设置环境变量后，最好是重启或注销一下，这样设置的环境变量才能生效。1.2.2 配置和编译vivi如果vivi的源代码已根据开发板作了相应改动，则需要对源代码进行配置和编译，以生成烧入flash的vivi 二进制映象文件。由于vivi要用到kernel的一些头文件，所以需要kernel的源代码，所以先要把linux的kernel准备好。将vivi和kernel都解到相应目录下（例如我将光盘提供的vivi源代码解压到/home/chenjun目录下，光盘提供的Linux kernel源码kernel-h2410eb.041024.tar.gz也解压到/home/chenjun目录下，解压后的文件名为kerne-h2410eb）。然后需修改/vivi/Makefile里的一些变量设置：Ø LINUX_INCLUDE_DIR = /kernel/include/（LINUX_INCLUDE_DIR 为kernel/include的对应目录，我的是/home/chen/kerne-h2410eb /include/）因此修改为：LINUX_INCLUDE_DIR = /home/chenjun/ kerne-h2410eb/include/Ø CROSS_COMPILE   = /usr/local/arm/2.95.3/bin/arm-linux- (CROSS_COMPILE 为arm-linux安装的相应目录，我的是/usr/local/arm/2.95.3/bin/arm-linux-)因此修改为：CROSS_COMPILE   = /usr/local/arm/2.95.3/bin/arm-linux-Ø ARM_GCC_LIBS     = /usr/local/arm/2.95.3/lib/gcc-lib/arm-linux/2.95.3（需根据你arm-linux的安装目录修改，我的是/usr/local/arm/2.95.3/lib/gcc-lib/arm-linux/2.95.3）进入/vivi目录执行make distclean。（目的是确保编译的有效性，在编译之前将vivi里所有的“*.o”和“*.o.flag”文件删掉）进入/vivi目录里，输入“make menuconfig”，开始选择配置。可以Load一个写好的配置文件也可以自己修改试试。注意Exit时一定要选“Yes”保存配置。再输入“make”正式开始编译，一会儿就完了。如果不报错，在/vivi里面就有你自己的“vivi”了。这个就是后面要烧写到flash中的bootloader。1.3 vivi代码分析vivi的代码包括arch，init，lib，drivers和include等几个目录，共200多条文件。Vivi主要包括下面几个目录：arch：此目录包括了所有vivi支持的目标板的子目录，例如s3c2410目录。drivers：其中包括了引导内核需要的设备的驱动程序（MTD和串口）。MTD目录下分map、nand和nor三个目录。init：这个目录只有main.c和version.c两个文件。和普通的C程序一样，vivi将从main函数开始执行。lib：一些平台公共的接口代码，比如time.c里的udelay()和mdelay()。include：头文件的公共目录，其中的s3c2410.h定义了这块处理器的一些寄存器。Platform/smdk2410.h定义了与开发板相关的资源配置参数，我们往往只需要修改这个文件就可以配置目标板的参数，如波特率、引导参数、物理内存映射等。1.4 vivi的运行vivi的运行也可以分为两个阶段：1.4.1 vivi的第一阶段完成含依赖于CPU的体系结构硬件初始化的代码，包括禁止中断、初始化串口、复制自身到RAM等。相关代码集中在head.S(viviarchs3c2410目录下)：Head.S：#include "config.h"#include "linkage.h"#include "machine.h" Start of executable code ENTRY(_start)ENTRY(ResetEntryPoint) Exception vector table (physical address = 0x00000000) ；异常向量表物理地址 0x00: Reset；复位bReset 0x04: Undefined instruction exception；未定义的指令异常UndefEntryPoint:bHandleUndef 0x08: Software interrupt exception；软件中断异常SWIEntryPoint:bHandleSWI 0x0c: Prefetch Abort (Instruction Fetch Memory Abort)；内存操作异常PrefetchAbortEnteryPoint:bHandlePrefetchAbort 0x10: Data Access Memory Abort；数据异常DataAbortEntryPoint:bHandleDataAbort 0x14: Not used；未使用NotUsedEntryPoint:bHandleNotUsed 0x18: IRQ(Interrupt Request) exception；慢速中断处理IRQEntryPoint:bHandleIRQ 0x1c: FIQ(Fast Interrupt Request) exception；快速中断处理FIQEntryPoint:bHandleFIQ VIVI magics 0x20: magic number so we can verify that we only put .long 0 0x24:.long 0 0x28: where this vivi was linked, so we can put it in memory in the right place.long _start 0x2C: this contains the platform, cpu and machine id.long ARCHITECTURE_MAGIC 0x30: vivi capabilities .long 0#ifdef CONFIG_PM；vivi考虑不需要使用电源管理 0x34:bSleepRamProc#endif#ifdef CONFIG_TEST 0x38:bhmi#endif Start VIVI headReset: disable watch dog timer；禁止看门狗计时器movr1, #0x53000000；WTCON寄存器地址是0x53000000，清0movr2, #0x0strr2, r1#ifdef CONFIG_S3C2410_MPORT3；不符合条件，跳到下面的关中断/* 在/vivi/include/autoconf.h中#undef CONFIG_S3C2410_MPORT3*/movr1, #0x56000000；GPACON寄存器地址是0x56000000movr2, #0x00000005strr2, r1, #0x70；配置GPHCON寄存器mov r2, #0x00000001strr2, r1, #0x78；配置GPHUP寄存器movr2, #0x00000001str r2, r1, #0x74；配置GPHDAT寄存器#endif disable all interrupts；禁止全部中断movr1, #INT_CTL_BASEmovr2, #0xffffffffstrr2, r1, #oINTMSK；掩码关闭所有中断ldrr2, =0x7ffstrr2, r1, #oINTSUBMSK initialise system clocks；初始化系统时钟movr1, #CLK_CTL_BASEmvnr2, #0xff000000strr2, r1, #oLOCKTIMEldrr2, mpll_50mhzstrr2, r1, #oMPLLCON#ifndef CONFIG_S3C2410_MPORT1；满足条件，向下执行/* 在/vivi/include/autoconf.h中#undef CONFIG_S3C2410_MPORT1*/ 1:2:4movr1, #CLK_CTL_BASEmovr2, #0x3strr2, r1, #oCLKDIVNmrcp15, 0, r1, c1, c0, 0 read ctrl register orrr1, r1, #0xc0000000 Asynchronous mcrp15, 0, r1, c1, c0, 0 write ctrl register now, CPU clock is 200 Mhz；CPU的频率是200MHzmovr1, #CLK_CTL_BASEldrr2, mpll_200mhzstrr2, r1, #oMPLLCON#else 1:2:2 mov r1, #CLK_CTL_BASE ldr r2, clock_clkdivn str r2, r1, #oCLKDIVN mrc p15, 0, r1, c1, c0, 0 read ctrl register orr r1, r1, #0xc0000000 Asynchronous mcr p15, 0, r1, c1, c0, 0 write ctrl register now, CPU clock is 100 Mhz；CPU的频率是100MHz mov r1, #CLK_CTL_BASE ldr r2, mpll_100mhz str r2, r1, #oMPLLCON#endifblmemsetup；跳转到memsetup函数/*Memsetup函数的实现：ENTRY(memsetup) initialise the static memory set memory control registers；设置内存控制寄存器的初值movr1, #MEM_CTL_BASEadrlr2, mem_cfg_val/* Data Area Memory configuration values.align 4mem_cfg_val:；定义好的13*4=52个字节初值.longvBWSCON；在/vivi/include/platform/smdk2410.h中赋值/* SDRAM从32位变成16位，需要修改vBWSCON的值 */.longvBANKCON0.longvBANKCON1.longvBANKCON2.longvBANKCON3/* 网卡控制器vBANKCON3的值可能需要修改 */.longvBANKCON4.longvBANKCON5.longvBANKCON6/* SDRAM从32位变成16位，可能需要修改vBANKCON6的值 */.longvBANKCON7.longvREFRESH.longvBANKSIZE/* SDRAM从64MB变成32MB，需要修改vBANKSIZE的值 */.longvMRSRB6.longvMRSRB7*/addr3, r1, #521:ldrr4, r2, #4strr4, r1, #4cmpr1, r3bne1b；循环操作，直到13个寄存器赋值完成movpc, lr*/#ifdef CONFIG_PM；vivi考虑不需要使用电源管理 Check if this is a wake-up from sleepldrr1, PMST_ADDRldrr0, r1tstr0, #(PMST_SMR)bneWakeupStart；查看状态，判断是否需要跳转到WakeupStart#endif#ifdef CONFIG_S3C2410_SMDK；SMDK开发板使用 All LED on；点亮开发板上的LEDmovr1, #GPIO_CTL_BASEaddr1, r1, #oGPIO_F；LED使用GPIOF组的管脚ldrr2,=0x55aa ；使能EINT0，EINT1，EINT2，EINT3，；另四个管脚配置成输出，屏蔽EINT4，5，6，7strr2, r1, #oGPIO_CONmovr2, #0xffstrr2, r1, #oGPIO_UP；disable the pull-up functionmovr2, #0x00strr2, r1, #oGPIO_DAT#endif#if 0 SVCmrsr0, cpsrbicr0, r0, #0xdforrr1, r0, #0xd3msrcpsr_all, r1#endif set GPIO for UART；设置串口movr1, #GPIO_CTL_BASEaddr1, r1, #oGPIO_H；设置GPIO_H组管脚为串口ldrr2, gpio_con_uartstrr2, r1, #oGPIO_CONldrr2, gpio_up_uartstrr2, r1, #oGPIO_UP/* inital values for GPIOgpio_con_uart:.longvGPHCON；vGPHCON在/vivi/include/platform/smdk2410.h中赋值；#define vGPHCON0x0016faaa；GPIO_H配置为nCTS0，nRTS0, RXD0,TXD0, RXD1，；TXD1，nCTS1，nRTS1,/* 三个串口都使能，可能需要修改#define vGPHCON 0x0016aaaa */gpio_up_uart:.longVgphup；同上#define vGPHUP0x000007ff；The pull-up function is disabled.*/blInitUART；跳转到InitUART串口初始化函数/* Initialize UART r0 = number of UART portInitUART:ldrr1, SerBase/*.align 4；缺省情况下在vivi中只初始化了UART0SerBase:#if defined(CONFIG_SERIAL_UART0).long UART0_CTL_BASE；基地址在/vivi/include/s3c2410.h中定义#elif defined(CONFIG_SERIAL_UART1).long UART1_CTL_BASE#elif defined(CONFIG_SERIAL_UART2).long UART2_CTL_BASE#else#error not defined base address of serial#endif*/movr2, #0x0strr2, r1, #oUFCONstrr2, r1, #oUMCONmovr2, #0x3strr2, r1, #oULCONldrr2, =0x245strr2, r1, #oUCON#define UART_BRD (50000000 / (UART_BAUD_RATE * 16) - 1)movr2, #UART_BRDstrr2, r1, #oUBRDIVmovr3, #100movr2, #0x01:subr3, r3, #0x1tstr2, r3bne1b#if 0movr2, #'U'strr2, r1, #oUTXHL1:ldrr3, r1, #oUTRSTATandr3, r3, #UTRSTAT_TX_EMPTYtstr3, #UTRSTAT_TX_EMPTYbne1bmovr2, #'0'strr2, r1, #oUTXHL1:ldrr3, r1, #oUTRSTATandr3, r3, #UTRSTAT_TX_EMPTYtstr3, #UTRSTAT_TX_EMPTYbne1b#endifmovpc, lr*/#ifdef CONFIG_DEBUG_LL；打印调试信息，缺省未定义 Print current Program Counterldrr1, SerBasemovr0, #'r'blPrintCharmovr0, #'n'blPrintCharmovr0, #''blPrintCharmovr0, pcblPrintHexWord#endif#ifdef CONFIG_BOOTUP_MEMTEST simple memory test to find some DRAM flaults.blmemtest#endif#ifdef CONFIG_S3C2410_NAND_BOOT；从NAND Flash启动blcopy_myself；跳转到copy_myself函数/* copy_myself: copy vivi to ramcopy_myself:movr10, lr reset NANDmovr1, #NAND_CTL_BASEldrr2, =0xf830 initial valuestrr2, r1, #oNFCONFldrr2, r1, #oNFCONFbicr2, r2, #0x800 enable chipstrr2, r1, #oNFCONFmovr2, #0xff RESET commandstrbr2, r1, #oNFCMDmovr3, #0 wait 1:addr3, r3, #0x1cmpr3, #0xablt1b2:ldrr2, r1, #oNFSTAT wait readytstr2, #0x1beq2bldrr2, r1, #oNFCONForrr2, r2, #0x800 disable chipstrr2, r1, #oNFCONF get read to call C functions (for nand_read()ldrsp, DW_STACK_START setup stack pointermovfp, #0 no previous frame, so fp=0 copy vivi to RAMldrr0, =VIVI_RAM_BASE/*在/vivi/linux/platform/smdk2410.h中定义#define VIVI_RAM_BASE(DRAM_BASE + DRAM_SIZE - VIVI_RAM_SIZE)*/mov r1, #0x0movr2, #0x20000；0x20000-128k字节blnand_read_ll；nand_read_ll在/vivi/arch/s3c2410/nand_read.c中定义；r0,r1,r2分别为函数的三个参数；从NANDFlash的0地址拷贝128k到SDRAM指定处tstr0, #0x0beqok_nand_read#ifdef CONFIG_DEBUG_LLbad_nand_read: ldrr0, STR_FAILldrr1, SerBaseblPrintWord1:b1b infinite loop #endifok_nand_read:#ifdef CONFIG_DEBUG_LLldrr0, STR_OKldrr1, SerBaseblPrintWord#endif verifymovr0, #0ldrr1, =0x33f00000movr2, #0x400 4 bytes * 1024 = 4K-bytesgo_next:ldrr3, r0, #4ldrr4, r1, #4teqr3, r4bnenotmatchsubsr2, r2, #4beqdone_nand_readbnego_nextnotmatch:#ifdef CONFIG_DEBUG_LLsubr0, r0, #4ldrr1, SerBaseblPrintHexWordldrr0, STR_FAILldrr1, SerBaseblPrintWord#endif1:b1bdone_nand_read:#ifdef CONFIG_DEBUG_LLldrr0, STR_OKldrr1, SerBaseblPrintWord#endifmovpc, r10；vivi拷贝到SDRAM完成，函数返回*/ jump to ramldrr1, =on_the_ramaddpc, r1, #0nopnop1:b1b infinite loopon_the_ram:#endif#ifdef CONFIG_DEBUG_LLldrr1, SerBaseldrr0, STR_STACKblPrintWordldrr0, DW_STACK_STARTblPrintHexWord#endif get read to call C functionsldrsp, DW_STACK_START setup stack pointermovfp, #0 no previous frame, so fp=0mova2, #0 set argv to NULL blmain call main movpc, #FLASH_BASE otherwise, reboot End VIVI head1.4.2 vivi的第二阶段vivi的第二阶段是从main（）函数开始，同一般的C语言程序一样，该函数在/init/main.c文件中，总共可以分为8个步骤。（1） 函数开始，通过putstr(vivi_banner)打印出vivi的版本。Vivi_banner在/init/version.c文件中定义（2） 对开发板进行初始化（board_init函数），board_init是与开发板紧密相关的，这个函数在/arch/s3c2410/smdk.c文件中。开发板初始化主要完成两个功能，时钟初始化（init_time()）和通用IO口设置（set_gpios()）。void set_gpios(void)GPACON = vGPACON;GPBCON = vGPBCON;GPBUP = vGPBUP; GPCCON = vGPCCON;GPCUP = vGPCUP; GPDCON = vGPDCON;GPDUP = vGPDUP; GPECON = vGPECON;GPEUP = vGPEUP; GPFCON = vGPFCON;GPFUP = vGPFUP; GPGCON = vGPGCON;GPGUP = vGPGUP; GPHCON = vGPHCON;GPHUP = vGPHUP; EXTINT0 = vEXTINT0;EXTINT1 = vEXTINT1;EXTINT2 = vEXTINT2;其中，GPIO口在smdk2410.h（viviincludeplatform目录下）文件中定义。（3） 内存映射初始化和内存管理单元的初始化工作：mem_map_init();mmu_init();这两个函数都在/arch/s3c2410/mmu.c文件中。void mem_map_init(void)#ifdef CONFIG_S3C2410_NAND_BOOTmem_map_nand_boot();#elsemem_map_nor();#endifcache_clean_invalidate();tlb_invalidate();如果配置vivi时使用了NAND作为启动设备，则执行mem_map_nand_boot()，否则执行mem_map_nor()。这里要注意的是，如果使用NOR启动，则必须先把vivi代码复制到RAM中。这个过程是由copy_vivi_to_ram()函数来完成的。代码如下： static void copy_vivi_to_ram(void)putstr_hex("Evacuating 1MB of Flash to DRAM at 0x", VIVI_RAM_BASE);memcpy(void *)VIVI_RAM_BASE, (void *)VIVI_ROM_BASE, VIVI_RAM_SIZE);VIVI_RAM_BASE、VIVI_ROM_BASE、VIVI_RAM_SIZE这些值都可以在smdk2410.h中查到，并且这些值必须根据自己开发板的RAM实际大小修改。这也是在移植vivi的过程中需要注意的一个地方。mmu_init()函数中执行了arm920_setup函数。这段代码是用汇编语言实现的，针对arm920t核的处理器。（4） 初始化堆栈，heap_init()。（定义在vivilibheap.c文件中）int heap_init(void)return mmalloc_init(unsigned char *)(HEAP_BASE), HEAP_SIZE);（5） 初始化mtd设备，mtd_dev_init()。int mtd_init(void)int ret;#ifdef CONFIG_MTD_CFIret = cfi_init();#endif#ifdef CONFIG_MTD_SMCret = smc_init();#endif#ifdef CONFIG_S3C2410_AMD_BOOTret = amd_init();#endifif (ret) mymtd = NULL;return ret;return 0;这几个函数可以在/drivers/mtd/maps/s3c2410_flash.c里找到。（6） 初始化私有数据，init_priv_data()。（定义在vivilibpriv_datarw.c文件中）（7） 初始化内置命令，init_builtin_cmds()。通过add_command函数，加载vivi内置的几个命令。（8） 启动boot_or_vivi()。启动成功后，将通过vivi_shell()启动一个shell（如果配置了CONFIG_SERIAL_TERM），此时vivi的任务完成。