Arm2440——Nand flash啟動(dòng)模式詳解（LED程序?yàn)槔?/h1>

作者： 時(shí)間：2016-11-28 來源：網(wǎng)絡(luò)

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斷斷續(xù)續(xù)的研究arm也有2個(gè)月了，現(xiàn)在才感覺理解了arm在Nand flash模式下的啟動(dòng)過程，現(xiàn)在來這里記錄下來以表達(dá)我無比喜悅的心情。閑話少說，趁著還沒有忘記學(xué)習(xí)過程中的感受，直接進(jìn)入正題。

大家都知道，arm在Nand flash啟動(dòng)模式下啟動(dòng)時(shí)系統(tǒng)會(huì)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(zhuǎn)到SDRAM，然后程序就正常執(zhí)行了，這一過程看上去很簡(jiǎn)單，但是真正理解這一過程還是不簡(jiǎn)單的，盡管這樣，還是想告訴大家仔細(xì)理解還是比較容易理解這個(gè)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://www.104case.com/article/201611/322798.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(rèn)為，最需要理解的就是這段代碼了。先簡(jiǎn)單的解釋下這段代碼。

（1）由于arm執(zhí)行reset之后pc會(huì)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(zhuǎn)到reset中斷處理函數(shù)。

（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(huì)超出4KB，因此可以在SRAM使用堆棧，故將SP設(shè)置為4096，以提供C運(yùn)行環(huán)境

（3）接下來的3個(gè)bl分別完成了關(guān)閉看門夠定時(shí)器，配置時(shí)鐘信號(hào)和存儲(chǔ)器配置的工作，第四個(gè)bl是將SRAM的4KB空間內(nèi)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(shí)現(xiàn)了從SRAM到SDRAM的跳轉(zhuǎn)（下面會(huì)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(shè)置為halt_loop然后就跳轉(zhuǎn)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(xué)者總會(huì)有個(gè)疑問就是為什么ldr pc,=on_sdram就實(shí)現(xiàn)了從SRAM到SDRAM的跳轉(zhuǎn)呢？我被這個(gè)問題困擾了很長(zhǎng)時(shí)間，到今天才想明白了這個(gè)問題，問題的關(guān)鍵就是相對(duì)跳轉(zhuǎn)和絕對(duì)跳轉(zhuǎn)的問題。為了說明這個(gè)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(duì)跳轉(zhuǎn)指令，B 指令是最簡(jiǎn)單的跳轉(zhuǎn)指令。一旦遇到一個(gè) B 指令，ARM 處理器將立即跳轉(zhuǎn)到給定的目標(biāo)地址，從那里繼續(xù)執(zhí)行。注意存儲(chǔ)在跳轉(zhuǎn)指令中的實(shí)際值是相對(duì)當(dāng)前PC 值的一個(gè)偏移量，而不是一個(gè)絕對(duì)地址，它的值由匯編器來計(jì)算（參考尋址方式中的相對(duì)尋址）。它是 24 位有符號(hào)數(shù)，左移兩位后有符號(hào)擴(kuò)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(duì)跳轉(zhuǎn)。

LDR偽指令是將第二操作直接賦值給第一操作數(shù)，當(dāng)執(zhí)行l(wèi)dr pc,=Main時(shí)是將Main的絕對(duì)地址賦值給了PC。

好了，知道這兩個(gè)指令的區(qū)別之后我們來看代碼是如何實(shí)現(xiàn)的從SRAM到SDRAM的跳轉(zhuǎn)，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(nèi)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(huì)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(xiàng)配置是RO起始地址是0x30000000，linux用戶在鏈接時(shí)需要用-T指定代碼的其實(shí)地址為0x30000000。

根據(jù)編譯原理，在鏈接階段程序中函數(shù)的地址就已經(jīng)確定了，也就是說函數(shù)的實(shí)際地址都在0x30000000之后，而程序的入口函數(shù)也就是這里的_start的地址就是0x300000000，其他函數(shù)都會(huì)大于這個(gè)數(shù)。

但是由于arm上電后系統(tǒng)會(huì)將Nand flash的前4KB代碼拷貝到SRAM中，也就是_start函數(shù)開始的4KB指令將被拷貝到SRAM中執(zhí)行，根據(jù)上例，在0x00000000處執(zhí)行的指令就是“b reset”，由于b是相對(duì)跳轉(zhuǎn)，是在當(dāng)前pc值的基礎(chǔ)上加減某個(gè)數(shù)而跳轉(zhuǎn)到將要執(zhí)行的代碼處，因此，pc加減該數(shù)之后將到達(dá)reset函數(shù)的位置，故reset函數(shù)不能寫到4KB之外的空間中，否則arm的啟動(dòng)將會(huì)失敗，同樣的，接下來的幾個(gè)bl都是執(zhí)行的相對(duì)跳轉(zhuǎn)，所以都相對(duì)當(dāng)前pc進(jìn)行的跳轉(zhuǎn)，由于Nand flash總共只有64M的空間，所以相對(duì)跳轉(zhuǎn)是不可能會(huì)跳轉(zhuǎn)到SDRAM的，因?yàn)樘D(zhuǎn)到SDRAM至少要發(fā)生0x30000000的跳轉(zhuǎn)，而這個(gè)相對(duì)位移遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于64M。

而ldr pc,=Main是將Main函數(shù)的實(shí)際地址賦值給pc，而Main的實(shí)際地址是在0x30000000之后，這樣，就從SRAM跳轉(zhuǎn)到了SDRAM。

由于這個(gè)過程設(shè)計(jì)到了硬件格局和編譯原理，所以對(duì)一般人來講，理解起來確實(shí)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(huì)不可言傳，如果誤導(dǎo)了大家請(qǐng)大家諒解。當(dāng)然如果看到這里還不能理解arm的啟動(dòng)過程可以留言討論這個(gè)問題。下面是相關(guān)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(shù)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(yīng)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(gè)函數(shù)之所以這樣賦值，而不是像前面的實(shí)驗(yàn)(比如mmu實(shí)驗(yàn))那樣將配置值
38. *寫在數(shù)組中，是因?yàn)橐?rdquo;位置無關(guān)的代碼”，使得這個(gè)函數(shù)可以在被復(fù)制到
39. *SDRAM之前就可以在steppingstone中運(yùn)行
40. */
41. /*存儲(chǔ)控制器13個(gè)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(yuǎn)小于4KB，因此arm啟動(dòng)時(shí)自動(dòng)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(shí)際應(yīng)用中代碼多數(shù)是超過4KB，因此copy函數(shù)應(yīng)該是將Nand flash中的全部代碼拷貝到SDRAM，這樣才能成功運(yùn)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(jiǎn)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(guān)功能。否則需要自行修改makefile文件完成Option.h相關(guān)的編譯和鏈接工作。

好了，又浪費(fèi)了大家這么長(zhǎng)的時(shí)間，這里就不多說了，有什么問題求高手指出來。