U-Boot在S3C2410上的移植

　　U-Boot是用于初始化目標板硬件，為嵌入式操作系統(tǒng)提供目標板硬件配置信息，完成嵌入式操作系統(tǒng)裝載、引導和運行的固件程序。它能夠將系統(tǒng)的軟硬件緊密銜接在一起。S3C2410是三星公司的一款基于ARM920T核的嵌入式通用處理器。本文將詳細介紹U-Boot在S3C2410開發(fā)板上的移植與運行。

　　U-BOOT簡介  

　　U-Boot支持ARM、PowerPC等多種架構的處理器，也支持Linux、NetBSD和VxWorks等多種操作系統(tǒng)。它提供啟動加載和下載兩種工作模式。啟動加載模式也稱自主模式，一般是將存儲在目標板Flash中的內(nèi)核和文件系統(tǒng)的鏡像裝載到SDRAM中，整個過程無需用戶的介入。在使用嵌入式產(chǎn)品時，一般工作在該模式下。工作在下載模式時，目標板往往受外設(一般是PC機)的控制，從而將外設中調試好的內(nèi)核和文件系統(tǒng)下載到目標板中去。U-Boot允許用戶在這兩種工作模式間進行切換。通常目標板啟動時，會延時等待一段時間，如果在設定的延時時間范圍內(nèi)，用戶沒有按鍵，U-Boot就進入啟動加載模式。  

　　開發(fā)板的主要配置包括三星ARM9處理器S3C2410、1個串口和JTAG接口，晶振為12MHz，系統(tǒng)主頻為200MHz。另外，開發(fā)板上還包括1片4M×16位數(shù)據(jù)寬度的Flash，地址范圍為0x01000000～0x01800000和2片8M×16位數(shù)據(jù)寬度的SDRAM，地址范圍為0x30000000～0x32000000。Flash使用了2410處理器的BANK0單元，由于2410中地址是循環(huán)映射的，因而0x01000000 和0x0地址等同。  

　　在本系統(tǒng)中，U-Boot的主要功能包括：建立和初始化RAM；初始化一個串口；檢測機器的體系結構，傳遞MACH_TYPE_xxx的值(SMDK2410)給內(nèi)核；建立內(nèi)核的標記列表(tagged list)；調用內(nèi)核鏡像。  
　　U-Boot移植步驟  

　　為了使U-Boot支持新的開發(fā)板，一種簡便的做法是在U-Boot已經(jīng)支持的開發(fā)板中選擇一種和目標板接近的，并在其基礎上進行修改。代碼修改的步驟如下：  

　　1)在board目錄下創(chuàng)建smdk2410目錄，添加smdk2410.c、flash.c、memsetup.s、u-boot.lds和config.mk等；  

　　2)在cpu目錄下創(chuàng)建arm920t目錄，主要包含start.s、interrupts.c、cpu.c、serial.c和speed.c等文件；  

　　3)在include/configs目錄下添加smdk2410.h，它定義了全局的宏定義等；  

　　4)修改u-boot根目錄下的Makefile文件：  

　　smdk2410_config : unconfig@./mkconfig $(@:_config=) arm arm920t smdk2410  

　　5)運行make smdk2410_config，如果沒有錯誤，就可以開始進行與硬件相關的代碼移植工作。由于這部分代碼與硬件緊密相關，所以要熟悉開發(fā)板的硬件配置，可參考各芯片的用戶手冊。  
　  
　　U-Boot啟動過程  

　　U-Boot的啟動過程可以分成3個階段。首先在Flash中運行匯編程序，將Flash中的啟動代碼部分復制到SDRAM中，同時創(chuàng)造環(huán)境準備運行C程序；然后在SDRAM中執(zhí)行，對硬件進行初始化；最后設置內(nèi)核參數(shù)的標記列表，復制鏡像文件，進入內(nèi)核的入口函數(shù)。  

　　1) 程序首先在Flash中運行CPU入口函數(shù)/cpu/arm920t/start.s。具體工作包括：設置異常的入口地址和異常處理函數(shù)；配置PLLCON寄存器，確定系統(tǒng)的主頻；屏蔽看門狗和中斷；初始化I/O寄存器；關閉MMU功能；調用/board/smdk2410中的memsetup.s，初始化存儲器空間，設置刷新頻率；將U-Boot的內(nèi)容復制到SDRAM中；設置堆棧的大小，ldr pc, _start_armboot。  

　　board/s3c2410中config.mk文件(TEXT_BASE = 0x31F00000)用于設置程序編譯連接的起始地址，在程序中要特別注意與地址相關指令的使用。  

　　當程序在Flash中運行時，執(zhí)行程序跳轉時必須要使用跳轉指令，而不能使用絕對地址的跳轉(即直接對PC操作)。如果使用絕對地址，那么，程序的取指是相對于當前PC位置向前或者向后的32MB空間內(nèi)，而不會跳入SDRAM中。      

　　2) 程序跳轉到SDRAM中執(zhí)行/lib_arm/board.c中的start_armboot()函數(shù)。該函數(shù)將完成如下工作：

　　*設置通用端口rGPxCON;rGPxUP；設置處理器類型gd->bd->bi_arch_number = 193；設置啟動參數(shù)地址gd->bd->bi_boot_params = 0x30000100；  

　　* env_init：設置環(huán)境變量，初始化環(huán)境；  

　　* init_baudrate：設置串口的波特率；  
     
　　* serial_init：設置串口的工作方式；  

　　* flash_init：設置ID號、每個分頁的起始地址等信息，將信息送到相應的結構體中；  

　　* dram_init：設置SDRAM的起始地址和大??；  

　　* env_relocate：將環(huán)境變量的地址送到全局變量結構體中(gd->env_addr = (ulong)&(env_ptr->data))；  

　　* enable_interrupts：開啟中斷；  

　　* main_loop：該函數(shù)主要用于設置延時等待，從而確定目標板是進入下載操作模式還是裝載鏡像文件啟動內(nèi)核。在設定的延時時間范圍內(nèi)，目標板將在串口等待輸入命令，當目標板接到正確的命令后，系統(tǒng)進入下載模式。在延時時間到達后，如果沒有接收到相關命令，系統(tǒng)將自動進入裝載模式，執(zhí)行bootm 30008000 30800000命令，程序進入do_bootm_linux()函數(shù)，調用內(nèi)核啟動函數(shù)；  
　　3) 裝載模式下系統(tǒng)將執(zhí)行do_bootm_linux()函數(shù)，0x30008000是內(nèi)核在SDRAM中的起始地址；0x30800000是ramdisk在SDRAM中的起始地址；0x40000是內(nèi)核在Flash中的位置，0x100000是數(shù)據(jù)塊的大??；0x140000是ramdisk在FLASH中的位置，0x440000是數(shù)據(jù)塊的大小。系統(tǒng)調用memcpy()函數(shù)將內(nèi)核從flash和ramdisk復制到SDRAM中，具體如下：  

　　memcpy((void *)0x30008000, (void *)0x40000, 0x100000)；//復制數(shù)據(jù)塊  

　　memcpy((void *)0x30800000, (void *)0x140000, 0x440000)；//復制數(shù)據(jù)塊  

　　通常，將內(nèi)核參數(shù)傳遞給Linux操作系統(tǒng)有兩種方法：采用struct param_struct結構體或標記列表。本系統(tǒng)中采用了第二種方法。  

　　一個合法的標記列表開始于ATAG_CORE，結束于ATAG_NONE。ATAG_CORE可以為空，一個空的ATAG_CORE的size字段設為“2”(0x00000002)。ATAG_NONE 的size字段必須設為“0”。標記列表可以有任意多的標記(tag)。在嵌入式Linux系統(tǒng)中，通常由U-Boot設置的啟動參數(shù)有：ATAG_CORE、ATAG_MEM、ATAG_CMDLINE、ATAG_RAMDISK、ATAG_INITRD等。  

　　在本系統(tǒng)中，傳遞參數(shù)時分別調用了以下tag：  

　　setup_start_tag(bd)； //標記列表開始  

　　setup_memory_tags(bd); //設置內(nèi)存的起始位置和大小  

　　setup_commandline_tag(bd, commandline); /*Linux內(nèi)核在啟動時可以命令行參數(shù)的形式來接收信息，利用這一點可以向內(nèi)核提供那些內(nèi)核不能檢測的硬件參數(shù)信息，或者重載(override)內(nèi)核檢測到的信息，這里char *commandline initrd=0x30800000,0x440000 root=/dev/ram init=/linuxrc console=ttyS0；*/  

　　setup_ramdisk_tag(bd); //表示內(nèi)核解壓后ramdisk的大小  

　　setup_initrd_tag(bd, initrd_start, initrd_end); //設置ramdisk的大小和物理起始地址  

　　setup_end_tag(bd); //標記列表結束  

　　其中bd_t *bd = gd->bd是指向bd_t 結構體的指針，在該結構體中存放了關于開發(fā)板配置的基本信息。標記列表應該放在內(nèi)核解壓和initrd的bootp程序都不會覆蓋的內(nèi)存區(qū)域，同時又不能和異常處理的入口地址相沖突。建議放在RAM起始的16K大小處,在本系統(tǒng)中即為0x30000100處。  

　　U-Boot調用 Linux 內(nèi)核的方法是直接跳轉到內(nèi)核的第一條指令處，也即直接跳轉到 MEM_START＋0x8000地址處。在跳轉時，要滿足下列條件：  

　　a) CPU寄存器的設置：R0＝0；R1＝機器類型 ID，本系統(tǒng)的機器類型ID＝193。R2＝啟動參數(shù)標記列表在RAM中的起始基地址；  

　　b) CPU模式：必須禁止中斷(IRQs和FIQs)；CPU必須工作在SVC模式；  

　　c) Cache和MMU的設置：MMU 必須關閉；指令Cache可以打開也可以關閉；數(shù)據(jù)Cache必須關閉。  

　　系統(tǒng)采用下列代碼來進入內(nèi)核函數(shù)：  

　　theKernel = (void (*)(int, int))ntohl(hdr->ih_ep);  

　　theKernel(0, bd->bi_arch_number);其中，hdr是image_header_t類型的結構體，hdr->ih_ep指向內(nèi)核的第一條指令地址，即Linux操作系統(tǒng)下的/kernel/arch/arm/boot/compressed/head.S匯編程序。theKernel()函數(shù)調用應該不會返回，如果該調用返回，則說明出錯。  

　　結語  

　　本文總結介紹了U-Boot在S3C2410上的移植，移植完成后，U-Boot能夠穩(wěn)定地運行在開發(fā)板上，為后續(xù)的軟件開發(fā)打下較好的基礎。