基于uboot的2410調試平臺的實現

發布時間：2010-4-1 17:31 發布者：lelee007

關鍵詞： uboot , 2410

－－免燒寫nand flash & 不用仿真機

哈哈，平臺！

名字起的有點大，列位看官莫笑。這年頭，就那么回事。

如果內容對您有什么用或者幫助，鄙人甚感欣慰；如果沒什么大用，首先，您水平肯定在鄙人之上，其次，就當是看閑書了，雖然筆者筆風不是那么詼諧。

其實這個東西對于熟悉ARM的人來說，真不是什么難事，太小case了。確實，筆者自己也感覺不過是雕蟲小技而已。但是為什么要寫出來了？！因為筆者也是從51轉到ARM上來的，開始的時候對這個問題困惑了很久，而且就是找不到答案。同時總結出一個問題，不要迷信網絡！網上并非要什么有什么！！！RMB，很明顯無法從網上找到。如果從網上實在找不到答案，那么潛心研究研究，可能比網上“盲目”亂找收獲更大。這里之所以給“盲目”二字打上個小引號是因為，這里的盲目并非指您不知道要找什么而去找，而是指您不知道網上到底存不存在您要找的東東，就比如筆者最近總是時不時在網上找關于X11R7.5下ATI顯卡驅動的解決方案，其實AMD官方都沒給出答案，民間又怎么折騰了？如果沒有，您還要浪費時間跟那死找，..........不過經過筆者本次撰述，您就可以在網上找到答案了，KAKA～～～～～～～

其實要筆者寫點東西也確實難，筆者自己也知道廢話多，但是木有辦法，真正內容就那么點，不扯點廢話，湊不齊篇章。

廢話到此為止，下面言歸正傳。

關于這個東東，開始的時候，筆者是因為木有錢買仿真機，而且被一遍一遍的燒寫nand flash折騰的很煩躁，因為nand flash的燒寫速度并不像下載到SRAM或者SDRAM里邊那么快。而且相當nand的壽命有限，燒寫有風險，每次都是heart hard-beating下完成的，生怕nand掛了或者CPU掛了，sigh......生亦何哀，死亦何苦。有痛如斯，夫復何求？！無奈當時對于ARM的MMU還不是很熟悉，而且當時是一邊上班一邊業余折騰，遇到問題了就有點躁。痛定思痛，長痛不如短痛！咬著牙花了一晚上把MMU看了兩遍，結果發現有好幾種配置方式，讓人抓狂哇！哈哈，想想當時真的很傻很天真，就因為有多種配置方式，段式，頁式，頁式還分個粗細，就不知道到底該用哪個更合適，后來想到linux下用哪個方式咱就用哪個方式，然后抱著這個想法去看linux內核代碼，結果不了了之－－沒看明白，HOHO～～～～～～～～不過后來是在一個關于ARM MMU的例程中找到了定心丸，就用段式映射，這個最簡單！當時還不知道看SAMSUNG的代碼，很多代碼都是網上雜七雜八搜羅過來的。原理弄明白，方案定下來之后，事情就好辦多了，一步一步實施就是了，無非是代碼出問題了再調試。

廢話是不是有點多？不過筆者應該是把事情的背景都交代的一清二楚了。接下來就是具體的方案了，請各位看官務必擦亮眼睛，精彩不容錯過！

原理其實是這樣的，首先移植一個可以用的uboot，至少要包含tftp和go命令，然后將其燒到nand flash里邊，每次系統上電的時候能順利運行uboot；然后我們將編譯鏈接好的目標代碼通過uboot下載到SDRAM里邊，再從uboot里邊go到我們自己的程序去運行。
實施過程中遇到的幾個問題如下：

1、代碼的存儲位置和運行位置的問題
2、中斷向量表的位置問題
3、中斷入口配置

第一個問題中關于兩個位置的問題，這應該是連接器要處理的，這個問題不是這里的闡述重點，有興趣的可以參考《arm學習報告》系列文檔，里邊基本講的非常詳細，而且不像GNU Ld那么長篇大論。雖然這個問題不是咱的重點，但是多少對咱是有影響的，不然.............講講到底怎么影響咱的是正事，廢話就不扯了，嘿嘿，因為，廢話已經扯了很多了，GAGA～～～～～～～～～。因為從原理上來看，我們自己編寫的程序用這種方式來調試的話，就不可能再放到0地址開始，讓系統自動加載了，因此存儲地址和運行地址都不能直接用默認的0了，這個地址需要我們在鏈接腳本里邊親自指定一下。為了節省大家時間，筆者在尼度給倆例子吧，一個是源代碼里邊的鏈接腳本文件，一個是鏈接腳本的書寫規則。

SECTIONS {
.text
0x30004000
:
{
head.o
clock.o
init.o
led.o
serial.o
timer0.o
mmu.o
interrupt.o
main.o
}
}

這個是鏈接腳本，其中的 0x30004000地址前面的text是指如下內容全是文本段。關于文本段如果您不想看別的資料，就簡單的理解成是代碼段吧。實際也是代碼的運行地址，更確切的說是運行地址的開始，就是我們目標代碼的入口地址。鏈接以后，程序在執行時的一些相對跳轉中，這個地址就是個基地址了。如果在把程序從別的介質加載到運行內存（SDRAM）時，地址發生了錯誤，有些程序就無法正常執行，這就是位置相關和位置無關代碼的區別。

下面是我注釋的一個lds文件的書寫規則，估計大多數看官都能很快看明白，當然，能把lds的書寫規則系統的研究研究，絕對是大有裨益。

可能以上內容講的不夠詳細，但是木有辦法，如果這些東西對于您理解這些東西來說還不夠的話，那么強烈建議您認真閱讀下《arm學習報告》系列文檔，共有3篇，《arm學習報告001》、《arm學習報告002》、《arm學習報告003》，因為那個里邊對這個分析的是比較到位的，而且篇幅并不大，絕對值得品味的，筆者也就不再好意思再擱這廢話了。

之所以講以上關于鏈接的問題，就是因為我們的程序最后不可能放到0地址，然系統一上電就自動去運行，而是要放到SDRAM里邊去，然后從uboot里邊go過去。

如果是一個非常簡單的程序，不涉及中斷的，那么只講講上面的內容，加上筆者推薦的幾篇文檔，差不多足夠了。但是這樣玩起來就太沒意思了，只夠點個流水燈而已！如果加上中斷，那差不多就把ARM的體系全弄明白了吧。接下來就切入ARM的中斷。
ARM的中斷體系實際上也不復雜，向量中斷一共就那么8個，reset一個，幾乎是個CPU都會有這玩意，就像男人的撒尿工具。然后就是什么未定義的一個，軟中斷，預取終止，數據終止，中間還有個未使用的，后面就生外部中斷和快中斷了。這8個里邊我們用到最多的也就是reset、外部中斷這兩個，連快中斷都比較少用。

reset就是一個入口，CPU在上電的時候先找她！如果您有什么工作希望CPU在上電之后就做的話，您也找她！

外部中斷的入口用處是非常強大的，因為一切外部中斷源都要經過他。2410上的外部中斷實際上是這樣安排的，首先在系統的向量中斷中安排了外部中斷這一級，然后在外部中斷中又安排了下一級的中斷表，這一級就不再是向量式的了，但是這一級的中斷入口都是隔4個字節放置一個，即每個入口的地址用4個字節來描述。這就是2410的二級中斷表。第二級的中斷表其實每個地址也是固定對應一個中斷源的。算了，還是廢話少說，上代碼。

_start:
@ 0x00: 中斷向量表并非從0地址開始放置，因為我們使用的直接SDRAM調試時，中斷入口是需要通過MMU來映射的
@Reset:
b
Reset
@直接在SDRAM中調試的話，實際是不使用Reset的，因此一Reset，硬件系統將從nand flash中讀取uboot來執行，所以此處實際是個空語句處理
@ 0x04: Undefined instruction exception
HandleUndef:
b
HandleUndef
@ 0x08: Software interrupt exception
HandleSWI:
b
HandleSWI
@ 0x0c: Prefetch Abort (Instruction Fetch Memory Abort)
HandlePrefetchAbort:
b
HandlePrefetchAbort
@ 0x10: Data Access Memory Abort
HandleDataAbort:
b
HandleDataAbort
@ 0x14: Not used
HandleNotUsed:
b
HandleNotUsed
@ 0x18: IRQ(Interrupt Request) exception
ldr
pc,HandleIRQAddr
@
ldr
pc,=HandleIRQ
@ 0x1c: FIQ(Fast Interrupt Request) exception
HandleFIQ:
b
HandleFIQ

這幾行是最基本的，不用講也該明白。

lelee-debug.tar

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網友評論

lelee007 發表于 2010-4-1 17:31:32

接下來就是咱們的二級中斷表了。

      HandleEINT0:
   .long    0
   HandleEINT1:
   .long    0
   HandleEINT2:
   .long    0
   HandleEINT3:
   .long    0
   HandleEINT4_7:
   .long    0
   HandleEINT8_23:
   .long    0
   HandleRSV6:
   .long    0
   HandleBATFLT:
   .long    0
   HandleTICK:
   .long    0
   HandleWDT:
   .long    0
   HandleTIMER0:
@ .long    Timer0_Handle
   .long    0
   HandleTIMER1:
   .long    0
   HandleTIMER2:
   .long    0
   HandleTIMER3:
   .long    0
   HandleTIMER4:
   .long    0
   HandleUART2:
   .long    0
   HandleLCD:
   .long    0
   HandleDMA0:
   .long    0
   HandleDMA1:
   .long    0
   HandleDMA2:
   .long    0
   HandleDMA3:
   .long    0
   HandleMMC:
   .long    0
   HandleSPI0:
   .long    0
   HandleUART1:
   .long    0
   HandleRSV24:
   .long    0
   HandleUSBD:
   .long    0
   HandleUSBH:
   .long    0
   HandleIIC:
   .long    0
   HandleUART0:
   .long    0
   HandleSPI1:
   .long    0
   HandleRTC:
   .long    0
   HandleADC:
   .long    0

這個表實際上僅僅是聲明了一個long型的量，先占上4個字節，具體的內容將由我們自己來填寫。填寫什么內容好了？！當然是對應的中斷的處理函數了。從標號可以看出來，這些是用來處理中斷的，你說不填寫中斷處理函數，填什么了？！至于中斷函數怎么填，這個是C語言的問題了。

光有這倆表是遠遠不夠的。因為還有很多問題沒解決。首先，表放到那兒？其次，中斷來了怎么找這個表？其實這倆問題合起來也算是一個問題，系統如果知道表在哪兒了，那肯定能找到；但是也不一定就真的只是一個問題，如果你放的位置不正確，那么就算系統知道在哪兒，他如果跑不過去，那也不算找到了！

表放哪兒的問題很好解決，2410手冊里有講，向量中斷表只有兩種放法，低地址和高地址！低地址就是從0開始存放，高地址就是從0XFFFF0000開始存放。這個是通過配置協處理器寄存器實現的。有兩種放法，有兩種放法？有兩種放法？！倒塌！！！哪種放法好？哪種更合適？到底怎么放好啊～～～～～～～～～～～～～別急，看需求，看習慣。如果你不啟用MMU，高端是沒法用的，因為你的系統肯定不會在高端地址處配置一個ROM。那就只能用低端了唄。如此以來，可以把表放到2410的小石頭里邊去了。看來不開啟MMU也挺好，就那么一種選擇，省去不少事。不過筆者這里要介紹的是開啟MMU之后的用法。當然開啟MMU之后就比這個靈活多了，您想用高端用高端，想用低端用低端。只需要將您選定的地址映射到物理內存中就O了，比如咱想放低端，就是0開始的地址，那咱用MMU把邏輯0地址給映射到SDRAM的0X30F00000，那么在程序啟動之后就把中斷表copy到0X30F00000處，然后配置MMU映射表，最后開啟MMU，O了！放高端的話，以此類推。當然具體地址咱可以隨便定，但是也不能太隨便了，免得自己給自己找麻煩。MMU映射表的代碼可以在附件中找到，就是MMU.c中。Copy中斷表的代碼這里可以列出來

void    copy_vectors_to_high()//by lelee，用于SDRAM調試的時候，copy中斷向量表，實際是從SDRAM里copy，而不再是從nand copy 了

{
   unsigned int i = 0;
   for(i = 0;i < 128;i++){
            (*(unsigned int *)(0x33ff0000 + (i << 2)))=(*(unsigned int *)(0x30004000 + (i << 2)));
   }
}

就這么簡單，中斷表搞定了。

最后一個問題就是中斷入口的配置問題了。這里是外部中斷擴展出來的真正的外部中斷源的入口配置問題，這個很關鍵。中斷處理流程請查找2410手冊，不過這里可以簡略介紹，省去您找手冊的麻煩。

HandleIRQ:
   sub  lr, lr, #4       @計算返回地址
   stmdb sp!,       { r0-r12,lr }  @保存使用到的寄存器
@added from a-nan
   sub  sp,sp,#4       @堆棧指針減4，空出一個單元，以便后面放入PC需要的字 reserved for PC
   stmfd    sp!,{r8-r9}          @r8,r9入棧，此時存儲r8,r9的兩個堆棧單元下面的一個單元是空的
@ ldr r9,=INTOFFSET    @INTOFFSET寄存器中存放中斷源號，標明是哪個中斷，CHIP規定死的，相當于查表。
   ldr r9,=0x4A000014
   ldr r9,[r9]          @
@ ldr r8,=HandleEINT0    @入口可以隨便放，與中斷向量表沒有關系
   ldr r8,=0xffff0024
   add r8,r8,r9,lsl #2    @中斷號乘以4，然后加上HandleEINT0，得到的將是該中斷的入口
   ldr r8,[r8]
   str r8,[sp,#8]          @把得到的中斷向量的內容（timer0Handler的地址）放入最開始空出的堆棧單元，由于這個單元在r8,r9下面，所以位置是sp+8
   ldr lr, =int_return @設置返回地址
   ldmfd sp!,{r8-r9,pc}    @把堆棧頂部的三個單元分別出棧到r8,r9,和pc，此時pc會跳轉到中斷向量里存儲的地址，也就是timer0Handler
@added from a-nan
@ ldr lr, =int_return @設置返回地址
@ ldr pc, =Timer0_Handle @調用中斷處理函數，在interrupt.c中
int_return:
   ldmia    sp!,       { r0-r12,pc }^    @中斷返回, ^表示將spsr的值復制到cpsr

我的解釋看明白了沒有？嘿嘿

實際上外部中斷是用向量中斷里的一個中斷來擴展的，然后有用于擴展的寄存器，比如 INTOFFSET，里邊的10進制數表明了是順序為多少的中斷發生了，外部中斷來了之后，先讀該寄存器，然后判斷往哪兒跳。跳的過程就是先把 INTOFFSET讀到r9里邊去，然后把二級表的開始地址讀到r8里邊去，接著將r9里邊的值乘以4再加上r8里邊的值，結果還是放到r8中，r8中的值就是我們最后要跳轉的目的地址，然后壓棧，跳轉就是靠彈棧實現的，將r8的值彈到pc里邊去，下一條指令的時候，就跳到r8的值指定的地址進行取指譯碼之類的操作了。后面的幾條指令就是設置中斷返回地址了。

最后再廢話一點點，關于二級表的位置。void    copy_vectors_to_high()這個函數里邊實現了將向量中斷表和二級中斷表一起copy到高端地址。在copy的時候，MMU木有開啟，中斷也給屏蔽了，所以看代碼可以看出，copy過程中使用的地址都是物理地址。二級表的填充就很easy了，對應的各個表項地址都聲明了對應的名字，由預定義完成的，如何填寫，這也是C語言的問題。不贅述。由于二級表可以在程序中隨意配置，所以也可以叫動態配置的二級中斷表。比如拿代碼中的timer0來作例子說事，我們可以在初始化函數中這個樣子：

void Timer0_init()
{
   TCFG0 = 119;    //Prescaler0 = 119
   TCFG1 = 0x03; //Select MUX input for PWM Timer0:divider=16
//    TCNTB0 = 3125;    //0.5秒鐘觸發一次中斷
//    TCNTB0 = 13020;    //0.5秒鐘觸發一次中斷
   TCNTB0 = 26040;    //0.5秒鐘觸發一次中斷
//    TCNTB0 = 3255;
//    TCON |=  (1<<1);    //Timer 0 manual update
   TCON = 0x02;
   TCON = 0x09; /*Timer 0 auto reload on
                     Timer 0 output inverter off
                     清"Timer 0 manual update"
                     Timer 0 start */
//    ISR_TIMER0 + 4 = (unsigned int)Timer0_Handle;
   ISR_TIMER0 = (unsigned int)Timer0_Handle;
}

然后在 Timer0_Handle（）函數中再將 ISR_TIMER0的內容給換了，比如：

void Timer0_Handle()
{
   /*
   if(INTOFFSET == 10){
            GPBDAT = ~(GPBDAT & (0xf << 7));
   //    timer0_flag = !timer0_flag;
   }
   */
   if (timer0_flag == 1)
            {
                  timer0_flag = 0;
            }
   else
            {
                  timer0_flag = 1;
                  ISR_TIMER0 = (unsigned int)Timer0_Handle001;//動態配置中斷服務程序入口
            }

   if(timer0_flag){
            //wait(100000);
            //led_red_on();
            led_grn_on();
            //wait(100000);
            led_red_off();
            //led_grn_on();
            printk("This is Timer0_Handle!!!\n\r");
   }
   else{
            led_red_on();
            led_grn_off();
   }
   //清中斷
   SRCPND = 1 << INTOFFSET;
   INTPND = INTPND;
}

差不多，就這么著，可勁的折騰吧。

最后總結一下，其實很簡單，如果對編譯鏈接理解透了，同時對MMU和2410的中斷表的放置熟悉了，就足夠折騰出這玩意了。有了這個，咱調試起來就方便了，新增加的程序，或者其他要使用的中斷，加進來就是了。程序編譯完了，通過uboot DOWN到SDRAM的0x30004000地址處，這個是鏈接地址，程序的入口在這里，入了口之后，此地址之前的16K空間是預備后來初始化MMU時存放映射表的。因為要16K的空間存放映射表，所以程序入口選擇放在SDRAM的16K地址之后開始存放。SDRAM的開始地址是0X30000000。DOWN完之后再從uboot里邊go 0x30004000，好了，接下來就不再是運行uboot了，運行的就是咱自己的程序了，跟uboot半點關系都木有了。這么下來，是不是發現很簡單？！確實是雕蟲小技。

附件中是相關代碼，其中有readme.txt，里邊有告訴怎么操作。如果感興趣又沒全看明白的，給俺發郵件，最好是擱公社里邊白話。

lelee007 發表于 2010-4-1 17:31:58

暈翻，插入的圖片位置不對頭

huizijingxin 發表于 2010-4-1 17:33:05