U-boot在S3C2440上的移植詳解

一、移植環境

· 主機：VMWare--Fedora 9

· 開發板：Mini2440--64MBNand,Kernel:2.6.30.4

· 編譯器：arm-linux-gcc-4.3.2.tgz

· u-boot：u-boot-2009.08.tar.bz2

二、移植步驟

本次移植的功能特點包括：

支援Nand Flash讀寫

· 支援從Nor/NandFlash啟動

· 支援CS8900或者DM9000網絡卡

· 支援Yaffs檔案系統

· 支援USB下載(還未實現)

1.瞭解u-boot主要的目錄結構和啟動流程，如下圖。

u-boot的stage1程式碼通常放在cpu/xxxx/start.S檔案中，他用匯編語言寫成；

u-boot的stage2

程式碼通常放在lib_xxxx/board.c檔案中，他用C語言寫成。

各個部分的流程圖如下：

2. 建立自己的開發板專案並測試編譯。

目前u-boot對很多CPU直接支援，可以檢視board目錄的一些子目錄，如：board/samsung/目錄下就是對三星一些ARM處理器的支援，有smdk2400、smdk2410和smdk6400，但沒有2440，所以我們就在這裡建立自己的開發板專案。

1）因2440和2410的資源差不多，主頻和外設有點差別，所以我們就在board/samsung/下建立自己開發板的專案，取名叫my2440。

#tar -jxvf u-boot-2009.08.tar.bz2 //

解壓原始碼
#cd u-boot-2009.08/board/samsung/ //進入目錄
#mkdir my2440 //建立my2440資料夾

2）因2440和2410的資源差不多，所以就以2410專案的程式碼作為模板，以後再修改

#cp -rf smdk2410/* my2440/ //將2410下所有的程式碼複製到2440下

#cd my2440 //進入my2440目錄

#mv smdk2410.c my2440.c //將my2440下的smdk2410.c改名為my2440.c

#cd ../../../ //回到u-boot根目錄
#cp include/configs/smdk2410.h include/configs/my2440.h //建立2440標頭檔案
#gedit board/samsung/my2440/Makefile //修改my2440下Makefile的編譯項，如下：

COBJS := my2440.o flash.o //因在my2440下我們將smdk2410.c改名為my2440.c

3）修改u-boot根目錄下的Makefile檔案。查詢到smdk2410_config的地方，在他下面按照smdk2410_config的格式建立my2440_config的編譯選項，另外還要指定交叉編譯器

#gedit Makefile

CROSS_COMPILE ?= arm-linux- //指定交叉編譯器為arm-linux-gcc

smdk2410_config : unconfig //2410編譯選項格式 @$(MKCONFIG) $(@:_config=) arm arm920t smdk2410 samsung s3c24x0

my2440_config : unconfig //2440編譯選項格式 @$(MKCONFIG) $(@:_config=) arm arm920t my2440 samsung s3c24x0

*說明：arm ：CPU的架構(ARCH)

arm920t：CPU的型別

my2440 ：對應在board目錄下建立新的開發板專案的目錄

samsung：新開發板專案目錄的上級目錄，如直接在board下建立新的開發板專案的目錄，則這裡就為NULL

s3c24x0：CPU型號

*注意：編譯選項格式的第二行要用Tab鍵開始，否則編譯會出錯

4）測試編譯新建的my2440開發板專案

#make my2440_config //如果出現Configuring for my2440 board...則表示設定正確

#make //編譯後在根目錄下會出現u-boot.bin檔案，則u-boot移植的第一步就算完成了

到此為止，u-boot對自己的my2440開發板還沒有任何用處，以上的移植只是搭建了一個my2440開發板u-boot的框架，要使其功能實現，還要根據my2440開發板的具體資源情況來對u-boot原始碼進行修改。

3. 根據u-boot啟動流程圖的步驟來分析或者修改新增u-boot原始碼，使之適合my2440開發板（注：修改或新增的地方都用紅色表示）。

1）my2440開發板u-boot的stage1入口點分析。一般在嵌入式系統軟體開發中，在所有原始碼檔案編譯完成之後，連結器要讀取一個連結分配檔案，在該檔案中定義了程式的入口點，程式碼段、資料段等分配情況等。那麼我們的my2440開發板u-boot的這個連結檔案就是cpu/arm920t/u-boot.lds，開啟該檔案部分程式碼如下：

知道了程式的入口點是_start，那麼我們就開啟my2440開發板u-boot第一個要執行的程式cpu/arm920t/start.S（即u-boot的stage1部分），查詢到_start的位置如下：

從這個彙編程式碼可以看到程式又跳轉到start_code處開始執行，那麼再查詢到start_code處的程式碼如下：

/*
* the actual start code
*/

start_code:
    /*
     * set the cpu to SVC32 mode
     */
    mrs    r0,cpsr
    bic    r0,r0,#0x1f
    orr    r0,r0,#0xd3
    msr    cpsr,r0

    bl coloured_LED_init  //此處兩行是對AT91RM9200DK開發板上的LED進行初始化的
    bl red_LED_on

由此可以看到，start_code處才是u-boot啟動程式碼的真正開始處。以上就是u-boot的stage1入口的過程。

2）my2440開發板u-boot的stage1階段的硬體裝置初始化。由於在u-boot啟動程式碼處有兩行是AT91RM9200DK的LED初始程式碼，但我們my2440上的LED資源與該開發板的不一致，所以我們要刪除或遮蔽該處程式碼，再加上my2440的LED驅動程式碼（注：新增my2440 LED功能只是用於表示u-boot執行的狀態，給除錯帶來方便，可將該段程式碼放到任何你想除錯的地方），程式碼如下：

/*bl coloured_LED_init //這兩行是AT91RM9200DK開發板的LED初始化，註釋掉 bl red_LED_on*/

#if defined(CONFIG_S3C2440) //區別與其他開發板

//根據mini2440原理圖可知LED分別由S3C2440的PB5、6、7、8口來控制，以下是PB埠暫存器基地址(查2440的DataSheet得知)
#define GPBCON 0x56000010
#define GPBDAT 0x56000014
#define GPBUP 0x56000018

//以下對暫存器的操作參照S3C2440的DataSheet進行操作
    ldr r0, =GPBUP
    ldr r1, =0x7FF    //即：二進位制11111111111，關閉PB口上拉
    str r1, [r0]

    ldr r0, =GPBCON   //配置PB5、6、7、8為輸出口，對應PBCON暫存器的第10-17位
    ldr r1, =0x154FD  //即：二進位制010101010011111101
    str r1, [r0]

    ldr r0, =GPBDAT
    ldr r1, =0x1C0    //即：二進位制111000000，PB5設為低電平，6、7、8為高電平
    str r1, [r0]

#endif

//此段程式碼使u-boot啟動後，點亮開發板上的LED1，LED2、LED3、LED4不亮

在include/configs/my2440.h標頭檔案中新增CONFIG_S3C2440巨集

3）在u-boot中新增對S3C2440一些暫存器的支援、新增中斷禁止部分和時鐘設定部分。由於2410和2440的暫存器及地址大部分是一致的，所以這裡就直接在2410的基礎上再加上對2440的支援即可，程式碼如下：

S3C2440的時鐘部分除了在start.S中新增外，還要分別在board/samsung/my2440/my2440.c和cpu/arm920t/s3c24x0/speed.c中修改或新增部分程式碼，如下：

#gedit board/samsung/my2440/my2440.c //設定主頻和USB時鐘頻率引數與start.S中的一致

#define FCLK_SPEED 2       //設定預設等於2，即下面紅色程式碼部分有效

#if FCLK_SPEED==0          /* Fout = 203MHz, Fin = 12MHz for Audio */
#define M_MDIV    0xC3
#define M_PDIV    0x4
#define M_SDIV    0x1
#elif FCLK_SPEED==1        /* Fout = 202.8MHz */
#define M_MDIV    0xA1
#define M_PDIV    0x3
#define M_SDIV    0x1
#elif FCLK_SPEED==2        /* Fout = 405MHz */
#define M_MDIV    0x7F     //這三個值根據S3C2440晶片手冊“PLL VALUE SELECTION TABLE”部分進行設定
#define M_PDIV    0x2
#define M_SDIV    0x1
#endif

#define USB_CLOCK 2        //設定預設等於2，即下面紅色程式碼部分有效

#if USB_CLOCK==0
#define U_M_MDIV    0xA1
#define U_M_PDIV    0x3
#define U_M_SDIV    0x1
#elif USB_CLOCK==1
#define U_M_MDIV    0x48
#define U_M_PDIV    0x3
#define U_M_SDIV    0x2
#elif USB_CLOCK==2         /* Fout = 48MHz */
#define U_M_MDIV    0x38   //這三個值根據S3C2440晶片手冊“PLL VALUE SELECTION TABLE”部分進行設定
#define U_M_PDIV    0x2
#define U_M_SDIV    0x2
#endif

#gedit cpu/arm920t/start.S

#if defined(CONFIG_S3C2400) || defined(CONFIG_S3C2410) || defined(CONFIG_S3C2440)
    /* turn off the watchdog */

# if defined(CONFIG_S3C2400)
# define pWTCON     0x15300000
# define INTMSK     0x14400008    /* Interrupt-Controller base addresses */
# define CLKDIVN    0x14800014    /* clock divisor register */
#else  //下面2410和2440的暫存器地址是一致的
# define pWTCON     0x53000000
# define INTMSK     0x4A000008    /* Interupt-Controller base addresses */
# define INTSUBMSK  0x4A00001C
# define CLKDIVN    0x4C000014    /* clock divisor register */
# endif

    ldr r0, =pWTCON
    mov r1, #0x0
    str r1, [r0]

    /*
     * mask all IRQs by setting all bits in the INTMR - default
     */
    mov r1, #0xffffffff
    ldr r0, =INTMSK
    str  r1, [r0]
# if defined(CONFIG_S3C2410)
    ldr r1, =0x3ff
    ldr r0, =INTSUBMSK
    str r1, [r0]
# endif
# if defined(CONFIG_S3C2440)//新增s3c2440的中斷禁止部分
    ldr r1, =0x7fff        //根據2440晶片手冊，INTSUBMSK暫存器有15位可用

ldr r0, =INTSUBMSK
str r1, [r0]
# endif

# if defined(CONFIG_S3C2440) //新增s3c2440的時鐘部分# endif
#endif /* CONFIG_S3C2400 || CONFIG_S3C2410 || CONFIG_S3C2440 */

#define MPLLCON 0x4C000004 //系統主頻配置暫存器基地址

#define UPLLCON   0x4C000008   //USB時鐘頻率配置暫存器基地址    ldr r0, =CLKDIVN          //設定分頻係數FCLK:HCLK:PCLK = 1:4:8
    mov r1, #5
    str r1, [r0]

ldr r0, =MPLLCON //設定系統主頻為405MHz

ldr r1, =0x7F021 //這個值參考晶片手冊“PLL VALUE SELECTION TABLE”部分

str r1, [r0]

ldr r0, =UPLLCON //設定USB時鐘頻率為48MHz

ldr r1, =0x38022 //這個值參考晶片手冊“PLL VALUE SELECTION TABLE”部分

str r1, [r0]

# else //其他開發板的時鐘部分，這裡就不用管了，我們現在是做2440的

/* FCLK:HCLK:PCLK = 1:2:4 */ /* default FCLK is 120 MHz ! */

    ldr  r0, =CLKDIVN
    mov  r1, #3
    str  r1, [r0]

#gedit cpu/arm920t/s3c24x0/speed.c //根據設定的分頻係數FCLK:HCLK:PCLK = 1:4:8修改獲取時鐘頻率的函式

static ulong get_PLLCLK(int pllreg)
{
    S3C24X0_CLOCK_POWER * const clk_power =S3C24X0_GetBase_CLOCK_POWER();
    ulong r, m, p, s;

    if (pllreg == MPLL)
    r = clk_power->MPLLCON;
    else if (pllreg == UPLL)
    r = clk_power->UPLLCON;
    else
    hang();

    m = ((r & 0xFF000) >> 12) + 8;
    p = ((r & 0x003F0) >> 4) + 2;
    s = r & 0x3;

#if defined(CONFIG_S3C2440)
    if(pllreg == MPLL)
    {   //參考S3C2440晶片手冊上的公式：PLL=(2 * m * Fin)/(p * 2^s)
        return((CONFIG_SYS_CLK_FREQ * m * 2) / (p << s));
    }
#endif

    return((CONFIG_SYS_CLK_FREQ * m) / (p << s));
}

/* return HCLK frequency */
ulong get_HCLK(void)
{
    S3C24X0_CLOCK_POWER * const clk_power =S3C24X0_GetBase_CLOCK_POWER();

#if defined(CONFIG_S3C2440)
    return(get_FCLK()/4);
#endif

    return((clk_power->CLKDIVN & 0x2) ? get_FCLK()/2 : get_FCLK());
}

好了！修改完畢後我們再重新編譯u-boot，然後再下載到RAM中執行測試。結果終端有輸出資訊並且出現類似Shell的命令列，這說明這一部分移植完成。示意圖如下：

#gedit include/configs/my2440.h

#define CONFIG_ARM920T        1    /* This is an ARM920T Core     */
#define CONFIG_S3C2410        1    /* in a SAMSUNG S3C2410 SoC    */
#define CONFIG_SMDK2410       1    /* on a SAMSUNG SMDK2410 Board */
#define CONFIG_S3C2440        1    /* in a SAMSUNG S3C2440 SoC    */

現在編譯u-boot，在根目錄下會生成一個u-boot.bin檔案。然後我們利用mini2440原有的supervivi把u-boot.bin下載到RAM中執行測試(注意：我們使用supervivi進行下載時已經對CPU、RAM進行了初始化，所以我們在u-boot中要遮蔽掉對CPU、RAM的初始化)，如下：

/*#ifndef CONFIG_SKIP_LOWLEVEL_INIT //在start.S檔案中遮蔽u-boot對CPU、RAM的初始化bl cpu_init_crit
#endif*/

#make my2440_config

#make

下載執行後可以看到開發板上的LED燈第一了亮了，其他三個熄滅，測試結果符合上面的要求。終端執行結果如下：

#gedit cpu/arm920t/start.S

.globl _start
_start: b start_code //將程式的執行跳轉到start_code處

#gedit cpu/arm920t/u-boot.lds

OUTPUT_FORMAT("elf32-littlearm", "elf32-littlearm", "elf32-littlearm")
OUTPUT_ARCH(arm)    //定義生成檔案的目標平臺是arm
ENTRY(_start)       //定義程式的入口點是_start

SECTIONS
{
    //其他一些程式碼段、資料段等分配
    . = 0x00000000;

    . = ALIGN(4);
    .text :
    {
        cpu/arm920t/start.o    (.text)
        *(.text)
    }
    ..................
    ..................
}

4）準備進入u-boot的第二階段（在u-boot中新增對我們開發板上Nor Flash的支援）。通常，在嵌入式bootloader中，有兩種方式來引導啟動核心：從Nor Flash啟動和從Nand Flash啟動。u-boot中預設是從Nor Flash啟動，再從上一節這個執行結果圖中看，還發現幾個問題：第一，我開發板的Nor Flash是2M的，而這裡顯示的是512kB；第二，出現Warning - bad CRC, using default environment的警告資訊。不是u-boot預設是從Nor Flash啟動的嗎？為什麼會有這些錯誤資訊呢？這是因為我們還沒有新增對我們自己的Nor Flash的支援，u-boot預設的是其他型號的Nor Flash，而我們的Nor Flash的型號是SST39VF1601。另外怎樣將命令列提示符前面的SMDK2410變成我自己定義的呢？

下面我們一一來解決這些問題，讓u-boot完全對我們Nor Flash的支援。首先我們修改標頭檔案程式碼如下：

#gedit include/configs/my2440.h //修改命令列前的名字和Nor Flash引數部分的定義

#define CONFIG_SYS_PROMPT "[MY2440]#" //將命令列前的名字改成[MY2440]

/*-----------------------------------------------------------------------
* FLASH and environment organization
*/
#if 0    //註釋掉下面兩個型別的Nor Flash設定，因為不是我們所使用的型號
#define CONFIG_AMD_LV400     1 /* uncomment this if you have a LV400 flash */
#define CONFIG_AMD_LV800     1 /* uncomment this if you have a LV800 flash */
#endif

#define CONFIG_SYS_MAX_FLASH_BANKS 1  /* max number of memory banks */

#ifdef CONFIG_AMD_LV800
#define PHYS_FLASH_SIZE            0x00100000  /* 1MB */
#define CONFIG_SYS_MAX_FLASH_SECT  (19)        /* max number of sectors on one chip */
#define CONFIG_ENV_ADDR            (CONFIG_SYS_FLASH_BASE + 0x0F0000) /* addr of environment */
#endif
#ifdef CONFIG_AMD_LV400
#define PHYS_FLASH_SIZE            0x00080000  /* 512KB */
#define CONFIG_SYS_MAX_FLASH_SECT  (11)        /* max number of sectors on one chip */
#define CONFIG_ENV_ADDR            (CONFIG_SYS_FLASH_BASE + 0x070000) /* addr of environment */
#endif
#define CONFIG_SST_39VF1601        1        //新增mini2440開發板Nor Flash設定
#define PHYS_FLASH_SIZE            0x200000 //我們開發板的Nor Flash是2M
#define CONFIG_SYS_MAX_FLASH_SECT  (512)    //根據SST39VF1601的晶片手冊描述，對其進行操作有兩種方式：塊方式和扇區方式。現採用扇區方式(sector)，1 sector = 2Kword = 4Kbyte，所以2M的Nor Flash共有512個sector
#define CONFIG_ENV_ADDR            (CONFIG_SYS_FLASH_BASE + 0x040000) //暫設定環境變數的首地址為0x040000(即：256Kb)

然後新增對我們mini2440開發板上2M的Nor Flash(型號為SST39VF1601)的支援。在u-boot中對Nor Flash的操作分別有初始化、擦除和寫入，所以我們主要修改與硬體密切相關的三個函式flash_init、flash_erase、write_hword，修改程式碼如下：

#gedit board/samsung/my2440/flash.c

//修改定義部分如下：

//#define MAIN_SECT_SIZE   0x10000
#define MAIN_SECT_SIZE     0x1000  //定義為4k，剛好是一個扇區的大小

//#define MEM_FLASH_ADDR1 (*(volatile u16 *)(CONFIG_SYS_FLASH_BASE + (0x00000555 << 1)))
//#define MEM_FLASH_ADDR2  (*(volatile u16 *)(CONFIG_SYS_FLASH_BASE + (0x000002AA << 1)))
#define MEM_FLASH_ADDR1    (*(volatile u16 *)(CONFIG_SYS_FLASH_BASE +(0x00005555 << 1)))  //這兩個引數看SST39VF1601手冊
#define MEM_FLASH_ADDR2    (*(volatile u16 *)(CONFIG_SYS_FLASH_BASE +(0x00002AAA << 1)))

//修改flash_init函式如下：
#elif defined(CONFIG_AMD_LV800)
            (AMD_MANUFACT & FLASH_VENDMASK) |
            (AMD_ID_LV800B & FLASH_TYPEMASK);
#elif defined(CONFIG_SST_39VF1601)//在CONFIG_AMD_LV800後面新增CONFIG_SST_39VF1601
            (SST_MANUFACT & FLASH_VENDMASK) |
            (SST_ID_xF1601 & FLASH_TYPEMASK);

for (j = 0; j < flash_info[i].sector_count; j++) {
    //if (j <= 3) {
    //    /* 1st one is 16 KB */
    //    if (j == 0) {
    //        flash_info[i].start[j] = flashbase + 0;
    //    }

    //    /* 2nd and 3rd are both 8 KB */
    //    if ((j == 1) || (j == 2)) {
    //        flash_info[i].start[j] = flashbase + 0x4000 + (j - 1) * 0x2000;
    //    }

    //    /* 4th 32 KB */
    //    if (j == 3) {
    //        flash_info[i].start[j] = flashbase + 0x8000;
    //    }
    //} else {
    //    flash_info[i].start[j] = flashbase + (j - 3) * MAIN_SECT_SIZE;
    //}

    flash_info[i].start[j] = flashbase + j * MAIN_SECT_SIZE;
}

//修改flash_print_info函式如下：

case (AMD_MANUFACT & FLASH_VENDMASK):
    printf ("AMD: ");
    break;
case (SST_MANUFACT & FLASH_VENDMASK):    //新增SST39VF1601的
    printf ("SST:");
    break;

case (AMD_ID_LV800B & FLASH_TYPEMASK):
    printf ("1x Amd29LV800BB (8Mbit)\n");
    break;
case (SST_ID_xF1601 & FLASH_TYPEMASK):   //新增SST39VF1601的
    printf ("1x SST39VF1610 (16Mbit)\n");
    break;

//修改flash_erase函式如下：//if ((info->flash_id & FLASH_VENDMASK) !=
// (AMD_MANUFACT & FLASH_VENDMASK)) {
// return ERR_UNKNOWN_FLASH_VENDOR;
//}
if ((info->flash_id & FLASH_VENDMASK) !=
(SST_MANUFACT & FLASH_VENDMASK)) {
return ERR_UNKNOWN_FLASH_VENDOR;
}

///* wait until flash is ready */
//chip = 0;
//do {

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