系统启动与Boot

1、系统启动与Boot Loader,史先强 南京博芯电子技术有限公司,SEP4020地址空间分配,0 x0400 0000,0 x1000 0000,0 x2000 0000,0 x3000 0000,Nand_Data （0 x11000200）,0,4G,关于系统启动,什么是启动？ 从CPU内核行为看，启动就是从零地址取第一条指令并执行 系统零地址映射 硬件设定 EMI配置,SEP4020启动方式介绍,SEP4020启动方式 SystemSetup2:0000：NOR启动001：NAND启动3级地址，512byte010：NAND4级地址512byte011：NAND4级地址2Kbyte10

2、0：NAND5级地址2Kbyte UB4020MB_Lite（V1.1） SystemSetup0=0 SystemSetup1=J501(ON：NorFlash启动，OFF：NandFlash启动) SystemSetup2=0,NorFlash启动,NorFlash读写特性 读：可以实现字节寻址 写：不能字节寻址，须按页或块写入 UB4020EVB上NorFlash地址 起始地址：CSA，0 x20000000开始 结束地址：2MB, 0 x20200000,解决存储与速度的矛盾：BootLoader,NorFlash,0 x0，0 x20000000,0 x30000000,SDRAM,

3、PC,BootLoader,Project Image,NorFlash启动,NorFlash启动一：配置系统环境 配置PMU PMU_PCSR、PMU_PMDR PMU_PLTR、PMU_PMCR 配置EMI EMI_CSACONF、EMI_CSECONF EMI_SDCONF1、 EMI_SDCONF2,NorFlash启动,NorFlash启动二：将代码拷贝到SDRAM NorFlash启动三：将SDRAM映射到零地址 NorFlash启动四：程序跳转,NorFlash启动,关于地址重映射-Remap,0 x00000080/0 x20000080: ldr pc, =0 x200000

4、88 0 x00000084/0 x20000084: movr0, r0 0 x00000088/0 x20000088: movr0, r0 0 x0000008C/0 x2000008C: movr0, r0 0 x00000090/0 x20000090: movr0, r0 REMAP 0 x00000094/0 x20000094: ldrr1, =0 x11000020 0 x00000098/0 x20000098: ldrr2, =0 x0000000b 0 x0000009C/0 x2000009C: strr2, r1 0 x200000A0: ldr pc, =0 x0

5、,NorFlash,NandFlash启动,NandFlash读写特性 读：不能字节寻址，须通过命令按页读 写：不能字节寻址，须按页或块写入 SEP4020的NandFlash控制器 FIFO地址：0 x1100 0200 FIFO结构：32bit宽，4级深度,NandFlash启动,NandFlash启动时的硬件设置 SystemSetup2:0000：NOR启动001：NAND启动3级地址，512byte010：NAND4级地址512byte011：NAND4级地址2Kbyte100：NAND5级地址2Kbyte 系统零地址映射 NandFlash控制器FIFO：0 x1100 0200,

6、NandFlash启动,NandFlash启动过程 上电后，NandFlash控制器向NandFlash发出读命令，读取第一页数据 内核从NandFlash控制器的FIFO取指，由于是高位地址选通，低位地址变化不会影响取指 FIFO读空后，NandFlash控制控制器再从NandFlash中读取个字的数据（16BYTE） 第一页数据读取并执行完毕，程序控制PC跳转,NandFlash启动,NandFlash启动方式的制约 不可以使用类似LDRR0, 12345678的伪指令，须用mov指令代替 例如： MOV R0, #0 x12000000 ADD R0, R0, #0 x00340000

7、ADD R0, R0, #0 x00005600 ADD R0, R0, #0 x00000078,NandFlash启动,NandFlash启动方式的制约 不可以在启动代码中使用类似B的跳转指令 不可以在启动代码中执行Remap操作 启动代码长度必须达到512+16BYTE（以512B/页为例） PC跳转必须放在启动代码的最后一条,NandFlash启动,NandFlash启动一： 配置EMI： EMI_CSECONF:0 x8CFFFFF1 EMI_SDCONF1:0 x1D004177 EMI_SDCONF2:0 x80001860,NandFlash启动,NandFlash启动二： 配

8、置NAND控制器 NAND_ADDR1:0 x00000200 NAND_CONF1:0 x06302857 NAND_CONF2:0 x00114353,NandFlash启动,NandFlash启动三： 配置DMAC DMAC_C0SRCADDR:0 x11000200 DMAC_C0DSTADDR:0 x30001000 DMAC_C0CONTROL:0 x0021249B DMAC_C0CONFIGRATION:0 x31D,NandFlash启动,NandFlash启动四： 配置必要的寄存器 R10:0 x11000104 R11:0 x80000000 R9:0 x100 R8:0

9、 x30001000,NandFlash启动,NandFlash启动五： 写入条指令到0 x30000000 0 x30000000: mov r11, r10 0 x30000004: A subs r9, r9, #0 x1 0 x30000008: bne A 0 x3000000c: mov pc, r8,NandFlash启动,NandFlash启动六： 程序指针PC跳转 用NOP填满一页（528），最后一条指令跳转到0 x30000000去执行上一步写好的指令,NandFlash启动,NandFlash启动七： 启动NandFlash传输 0 x30000000: mov r11,

10、 r10 将0 x80000000写入0 x11000104，即：启动NandFlash读 通过DMA将NandFlash第二页数据(主程序代码，或BOOT第二部分)搬运到：0 x30001000,NandFlash启动,NandFlash启动八： 等待NandFlash传输完成 0 x30000004: A subs r9, r9, #0 x1 0 x30000008: bne A 空循环，等待DMA传输完毕,NandFlash启动,NandFlash启动九： 程序跳转 0 x3000000c: mov pc, r8 此时DMA已经将主程序搬运到0 x30001000，跳转到该地址,Stic

11、k Out Until Success,24,NandFlash启动完成后内存数据：,NandFlash启动,U-BOOT移植与原理,U-BOOT简介 UBoot ，全称UniversalBootLoader，是由德国DENX小组的开发，并遵循GPL条款的开放源码项目。它的主要功能是完成硬件设备的初始化、操作系统代码的搬运，并提供一个控制台及一个命令集在操作系统运行前操控硬件设备。,U-BOOT支持的处理器与操作系统,处理器： PowerPc、MIPs、xs6、ARM、NIOs、Xsca 操作系统： OpenBSD，NetBSD，FreeBSD，Linux，SVR4，Esix，SolariS，

12、Irix，SCO，Dell，NcR，vxworks，1，ynxos，pSOS，QNX，RTEMS，ARTOS,U-BOOT简介,常用的U-BOOT命令 bootm、cmp、cp、erase、flinfo、mw、md、printenv、setenv、save、reset、tftp、nand、tftp、ping,U-BOOT启动代码分析,系统启动流程（NorFlash启动） 1cpu/sep4020/start.S 执行汇编指令，初始化CPU 2lib_arm/board.c start_armboot 是U-Boot 执行的第一个C 语言函数，完成系统初始化工作，进入主循环，处理用户输入的命令。

13、 3init_sequence init_sequence数组保存着基本的初始化函数指针。,U-BOOT启动代码分析,系统启动后内存分配图,U-BOOT引导操作系统分析,U-BOOT格式的内核映像 mkimage -n Kernel 2.4.18 -A arm -O linux -T kernel -C none -a 30007fc0 -e 30008000 -d 4020.bin vmlinux-2.4.18.img,U-BOOT引导操作系统分析：bootm命令的实现,读取Image头部信息，通过Magic number判断Image，通过CRC信息较验内核，获得内核实际入口地址 函数指针

14、与绝对地址跳转 theKernel = (void (*)(int, int, uint)ntohl(hdr-ih_ep); theKernel (0, bd-bi_arch_number, bd-bi_boot_params);,U-BOOT引导操作系统分析：传参方法,用TAG传递更多引导信息 struct tag struct tag_header hdr; union struct tag_corecore; struct tag_mem32mem; struct tag_videotextvideotext; struct tag_ramdiskramdisk; struct tag_

15、initrdinitrd; struct tag_serialnrserialnr; struct tag_revisionrevision; struct tag_videolfbvideolfb; struct tag_cmdlinecmdline; struct tag_acornacorn; struct tag_memclkmemclk; u; ;,struct tag_header u32 size; u32 tag; ;,33,用TAG传递更多引导信息 0 x30000100 00000005 54410001 00000000 00000000 0 x30000110 0000

16、0000 0000000F 54410009 746F6F72 0 x30000120 65642F3D 61722F76 7220306D 6F632077 0 x30000130 6C6F736E 74743D65 2C305379 30303639 0 x30000140 696E6920 6C2F3D74 78756E69 EA006372 0 x30000150 00000004 54420005 30300040 00200000 0 x30000160 00000000 00000000,#define ATAG_CORE0 x54410001 struct tag_core u32 flags;/* bit 0 = read-only */ u32 pagesize; u32 rootdev; ;,#define ATAG_