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Arm 2440——Nand flash啟動模式詳解（LED程序為例）

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

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://butianyuan.cn/article/201611/322828.htm

代碼Head.s

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

我認為，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，跳轉到reset中斷處理函數。

（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設置為4096，以提供C運行環(huán)境

（3）接下來的3個bl分別完成了關閉看門夠定時器，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，實現了從SRAM到SDRAM的跳轉（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，將鏈接寄存器設置為halt_loop然后就跳轉到了SDRAM中的Main

上面的解釋只是大體上說明了代碼的意思，但是初學者總會有個疑問就是為什么ldr pc,=on_sdram就實現了從SRAM到SDRAM的跳轉呢？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，問題的關鍵就是相對跳轉和絕對跳轉的問題。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指令是相對跳轉指令，B 指令是最簡單的跳轉指令。一旦遇到一個 B 指令，ARM 處理器將立即跳轉到給定的目標地址，從那里繼續(xù)執(zhí)行。注意存儲在跳轉指令中的實際值是相對當前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，左移兩位后有符號擴展為 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。

LDR偽指令是將第二操作直接賦值給第一操作數，當執(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的從SRAM到SDRAM的跳轉，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。

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

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函數開始的4KB指令將被拷貝到SRAM中執(zhí)行，根據上例，在0x00000000處執(zhí)行的指令就是“b reset”，由于b是相對跳轉，是在當前pc值的基礎上加減某個數而跳轉到將要執(zhí)行的代碼處，因此，pc加減該數之后將到達reset函數的位置，故reset函數不能寫到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，所以都相對當前pc進行的跳轉，由于Nand flash總共只有64M的空間，所以相對跳轉是不可能會跳轉到SDRAM的，因為跳轉到SDRAM至少要發(fā)生0x30000000的跳轉，而這個相對位移遠遠大于64M。

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

由于這個過程設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，如果誤導了大家請大家諒解。當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，多數地址是沒有用到的。其他的代碼如下

代碼Init.s
  1. #include"2440addr.h"
  3. voiddisable_watch_dog(void);
  4. voidclock_init(void);
  5. voidmemsetup(void);
  6. voidcopy_steppingstone_to_sdram(void);
  7. voidinituart(void);
  9. voiddisable_watch_dog(void)
  10. {
  11. rWTCON=0;
  12. }
  14. voidclock_init(void)
  15. {
  16. rCLKDIVN=0x03;
  18. /*
  19. *如果HDIVN非0，CPU的總線模式應該從
  20. *“fastbusmode”變?yōu)?ldquo;asynchronous
  21. *busmode”
  22. */
  23. __asm__(
  24. "mrcp15,0,r1,c1,c0,0"
  25. "orrr1,r1,#0xc0000000"
  26. "mcrp15,0,r1,c1,c0,0"
  27. );
  29. rMPLLCON=(92<<12)|(1<<4)|(2);
  30. //rMPLLCON=((0x5c<<12)|(0x01<<4)|(0x02));
  31. }
  33. voidmemsetup(void)
  34. {
  35. volatileunsignedlong*p=(volatileunsignedlong*)0x48000000;
  37. /*這個函數之所以這樣賦值，而不是像前面的實驗(比如mmu實驗)那樣將配置值
  38. *寫在數組中，是因為要生成”位置無關的代碼”，使得這個函數可以在被復制到
  39. *SDRAM之前就可以在steppingstone中運行
  40. */
  41. /*存儲控制器13個寄存器的值*/
  42. p[0]=0x22011110;//BWSCON
  43. p[1]=0x00000700;//BANKCON0
  44. p[2]=0x00000700;//BANKCON1
  45. p[3]=0x00000700;//BANKCON2
  46. p[4]=0x00000700;//BANKCON3
  47. p[5]=0x00000700;//BANKCON4
  48. p[6]=0x00000700;//BANKCON5
  49. p[7]=0x00018005;//BANKCON6
  50. p[8]=0x00018005;//BANKCON7
  52. /*REFRESH,
  53. *HCLK=12MHz:0x008C07A3,
  54. *HCLK=100MHz:0x008C04F4
  55. */
  56. p[9]=0x008C04F4;
  57. p[10]=0x000000B1;//BANKSIZE
  58. p[11]=0x00000030;//MRSRB6
  59. p[12]=0x00000030;//MRSRB7
  60. }
  62. voidcopy_steppingstone_to_sdram(void)
  63. {
  64. unsignedint*pdwSrc=(unsignedint*)0;
  65. unsignedint*pdwDest=(unsignedint*)0x30000000;
  67. while(pdwSrc<(unsignedint*)4096)
  68. {
  69. *pdwDest=*pdwSrc;
  70. pdwDest++;
  71. pdwSrc++;
  72. }
  73. }
注意：由于我們的代碼比較小，遠小于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，在實際應用中代碼多數是超過4KB，因此copy函數應該是將Nand flash中的全部代碼拷貝到SDRAM，這樣才能成功運行ARM。

代碼Main.c:

  1. #include"2440addr.h"
  3. voidDelay(inti)
  4. {
  5. intm,n,p;
  6. for(m=0;m!=i;++m)
  7. {
  8. for(n=0;n!=255;++n)
  9. {
  10. for(p=0;p!=255;++p)
  11. ;
  12. }
  13. }
  14. }
  16. voidMain()
  17. {
  18. intcount;
  19. intleds[4]={0x1c0,0x1a0,0x160,0xe0};
  21. rGPBCON=0x00155555;
  22. rGPBUP=rGPBUP&0xFF00;
  24. while(1)
  25. {
  26. for(count=0;count!=4;++count)
  27. {
  28. rGPBDAT=leds[count];
  29. if(count%2)
  30. rGPBDAT+=1;
  31. Delay(2);
  32. }
  33. }
  34. }

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
  3. led.bin:$(objects)
  4. arm-linux-ld-Tled.lds-nostdlib-oled_elf$^
  5. arm-linux-objcopy-Obinary-Sled_elf$@
  6. arm-linux-objdump-D-marmled_elf>led.dis
  8. %.o:%.c
  9. arm-linux-gcc-Wall-O2-c-o$@$<
  10. %.o:%.s
  11. arm-linux-gcc-Wall-O2-c-o$@$<;
  13. .PYTHON:clean
  14. clean:
  15. 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功能。否則需要自行修改makefile文件完成Option.h相關的編譯和鏈接工作。

好了，又浪費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。

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