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U-Boot是用于初始化目標板硬件，為嵌入式操作系統提供目標板硬件配置信息，完成嵌入式操作系統裝載、引導和運行的固件程序。它能夠將系統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。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中的內核和文件系統的鏡像裝載到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核和文件系統下載到目標板中去。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，用戶沒有按鍵，U-Boot就進入啟動加載模式。 開發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，系統主頻為200MHz。另外，開發板上還包括1片4M×16位數據寬度的Flash，地址范圍為0x01000000～0x01800000和2片8M×16位數據寬度的SDRAM，地址范圍為0x30000000～0x32000000。Flash使用了2410處理器的BANK0單元，由于2410中地址是循環映射的，因而0x01000000 和0x0地址等同。 在本系統中，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)給內核；建立內核的標記列表(tagged list)；調用內核鏡像。 U-Boot移植步驟 為了使U-Boot支持新的開發板，一種簡便的做法是在U-Boot已經支持的開發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，同時創造環境準備運行C程序；然后在SDRAM中執行，對硬件進行初始化；最后設置內核參數的標記列表，復制鏡像文件，進入內核的入口函數。 1) 程序首先在Flash中運行CPU入口函數/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；配置PLLCON寄存器，確定系統的主頻；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，而不會跳入SDRAM中。 2) 程序跳轉到SDRAM中執行/lib_arm/board.c中的start_armboot()函數。該函數將完成如下工作： *設置通用端口rGPxCON;rGPxUP；設置處理器類型gd-＞bd-＞bi_arch_number = 193；設置啟動參數地址gd-＞bd-＞bi_boot_params = 0x30000100； * env_init：設置環境變量，初始化環境； * 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的起始地址和大小； * env_relocate：將環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核。在設定的延時時間范圍內，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，系統將自動進入裝載模式，執行bootm 30008000 30800000命令，程序進入do_bootm_linux()函數，調用內核啟動函數； 3) 裝載模式下系統將執行do_bootm_linux()函數，0x30008000是內核在SDRAM中的起始地址；0x30800000是ramdisk在SDRAM中的起始地址；0x40000是內核在Flash中的位置，0x100000是數據塊的大小；0x140000是ramdisk在FLASH中的位置，0x440000是數據塊的大小。系統調用memcpy()函數將內核從flash和ramdisk復制到SDRAM中，具體如下： memcpy((void *)0x30008000, (void *)0x40000, 0x100000)；//復制數據塊 memcpy((void *)0x30800000, (void *)0x140000, 0x440000)；//復制數據塊 通常，將內核參數傳遞給Linux操作系統有兩種方法：采用struct param_struct結構體或標記列表。本系統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系統中，通常由U-Boot設置的啟動參數有：ATAG_CORE、ATAG_MEM、ATAG_CMDLINE、ATAG_RAMDISK、ATAG_INITRD等。 在本系統中，傳遞參數時分別調用了以下tag： setup_start_tag(bd)； //標記列表開始 setup_memory_tags(bd); //設置內存的起始位置和大小 setup_commandline_tag(bd, commandline); /*Linux內核在啟動時可以命令行參數的形式來接收信息，利用這一點可以向內核提供那些內核不能檢測的硬件參數信息，或者重載(override)內核檢測到的信息，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板配置的基本信息。標記列表應該放在內核解壓和initrd的bootp程序都不會覆蓋的內存區域，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,在本系統中即為0x30000100處。 U-Boot調用 Linux 內核的方法是直接跳轉到內核的第一條指令處，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，本系統的機器類型ID＝193。R2＝啟動參數標記列表在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；數據Cache必須關閉。 系統采用下列代碼來進入內核函數： 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指向內核的第一條指令地址，即Linux操作系統下的/kernel/arch/arm/boot/compressed/head.S匯編程序。theKernel()函數調用應該不會返回，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能夠穩定地運行在開發板上，為后續的軟件開發打下較好的基礎． |
