一、移植环境
- 主 机:VMWare--UBUNTU 10.04
- 开发板:UTU2440--64MB Nand(K9F1208U0C),Kernel:2.6.13
- 编译器:arm-linux-gcc-4.3.2.tgz
- u-boot:u-boot-2009.11.tar.bz2
二、移植步骤
本次移植的功能特点包括:
- 支持Nand Flash读写
- 支持从Nor/Nand Flash启动
- 支持CS8900或者DM9000网卡(扬创为dm9000)
- 支持Yaffs文件系统
- 支持USB下载(还未实现)
1. 了解u-boot主要的目录结构和启动流程,如下图。
u-boot的stage1代码通常放在cpu/xxxx/start.S文件中,他用汇编语言写成; u-boot的stage2代码通常放在lib_xxxx/board.c文件中,他用C语言写成。2. 建立自己的开发板项目并测试编译。 目前u-boot对很多CPU直接支持,可以查看board目录的一些子目录,如:board/samsung/目录下就是对三星一些ARM处理器的支持,有smdk2400、smdk2410和smdk6400,但没有2440,所以我们就在这里建立自己的开发板项目。 1)因2440和2410的资源差不多,主频和外设有点差别,所以我们就在board/samsung/下建立自己开发板的项目,取名叫my2440
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3)修改u-boot跟目录下的Makefile文件。查找到smdk2410_config的地方,在他下面按照smdk2410_config的格式建立my2440_config的编译选项,另外还要指定交叉编译器
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4)测试编译新建的my2440开发板项目
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到此为止,u-boot对自己的utu2440开发板还没有任何用处,以上的移植只是搭建了一个utu2440开发板u-boot的框架,要使其功能实现,还要根据utu2440开发板的具体资源情况来对u-boot源码进行修改。
3. 根据u-boot启动流程图的步骤来分析或者修改添加u-boot源码,使之适合utu2440开发板(注:修改或添加的地方都用红色表示)。
1)utu2440开发板u-boot的stage1入口点分析。
一般在嵌入式系统软件开发中,在所有源码文件编译完成之后,链接器要读取一个链接分配文件,在该文件中定义了程序的入口点,代码段、数据段等分配情况等。那么我们的utu2440开发板u-boot的这个链接文件就是cpu/arm920t/u-boot.lds,打开该文件部分代码如下:
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知道了程序的入口点是_start,那么我们就打开utu2440开发板u-boot第一个要运行的程序cpu/arm920t/start.S(即u-boot的stage1部分),查找到_start的位置如下:
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从这个汇编代码可以看到程序又跳转到start_code处开始执行,那么再查找到start_code处的代码如下:
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由此可以看到,start_code处才是u-boot启动代码的真正开始处。以上就是u-boot的stage1入口的过程。
2)utu2440开发板u-boot的stage1阶段的硬件设备初始化。
由于在u-boot启动代码处有两行是AT91RM9200DK的LED初始代码,但我们utu2440上的LED资源与该开发板的不一致,所以我们要删除或屏蔽该处代码,再加上utu2440的LED驱动代码(注:添加utu2440 LED功能只是用于表示u-boot运行的状态,给调试带来方便,可将该段代码放到任何你想调试的地方),代码如下:
#if defined (CONFIG_S3C2440)//区别与其他开发板
#define GPFCON 0x56000050 #define GPFDAT 0x56000054 #define GPFUP 0x56000058 //以下对寄存器的操作参照S3C2440的DataSheet进行操作 ldr r0, =GPFUP ldr r1, =0xFF //即:二进制11111111,关闭PF口上拉 str r1, [r0]
ldr r0, =GPFCON //配置PF5、6、7、8为输出口,对应PBCON寄存器的第8-15位 ldr r1, =0x55ff//即:二进制0101010111111111 str r1, [r0]
ldr r0, =GPFDAT ldr r1, =0xef //即:二进制11101111,PF4设为低电平,5、6、7为高电平 str r1, [r0]
ldr r0, =0xffffff//延时 delay: sub r0,r0,#1 cmp r0,#0x0 bne delay #endif
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在include/configs/my2440.h头文件中添加CONFIG_S3C2440宏
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现在编译u-boot,在根目录下会生成一个u-boot.bin文件。然后我们利用jlink,通过间接烧写方法把u-boot.bin下载到RAM中运行测试(注意:我们使用jlink下载时,已经运行过init.bin,对CPU、RAM进行了初始化,所以我们在u-boot中要屏蔽掉对CPU、RAM的初始化),如下:
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下载运行后可以看到开发板上的LED灯第一了亮了,其他三个熄灭,测试结果符合上面的要求。
3)在u-boot中添加对S3C2440一些寄存器的支持、添加中断禁止部分和时钟设置部分。
由于2410和2440的寄存器及地址大部分是一致的,所以这里就直接在2410的基础上再加上对2440的支持即可,代码如下:
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#define MPLLCON 0x4C000004 //系统主频配置寄存器基地址 #define UPLLCON 0x4C000008 //USB时钟频率配置寄存器基地址
ldr r0, =MPLLCON //设置系统主频为405MHz ldr r1, =0x7F021 //这个值参考芯片手册“PLL VALUE SELECTION TABLE”部分 str r1, [r0]
ldr r0, =UPLLCON //设置USB时钟频率为48MHz ldr r1, =0x38022 //这个值参考芯片手册“PLL VALUE SELECTION TABLE”部分 str r1, [r0] # else //其他开发板的时钟部分,这里就不用管了,我们现在是做2440的 /* FCLK:HCLK:PCLK = 1:2:4 */ ldr r0, =CLKDIVN
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S3C2440的时钟部分除了在start.S中添加外,还要分别在board/samsung/my2440/my2440.c和cpu/arm920t/s3c24x0/speed.c中修改或添加部分代码,如下:
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好了!修改完毕后我们再重新编译u-boot,然后再下载到RAM中运行测试。结果终端有输出信息并且出现类似Shell的命令行,这说明这一部分移植完成。示意图如下:(如果串口输出乱码,请查看时钟配置)
4)准备进入u-boot的第二阶段(在u-boot中添加对我们开发板上Nand Flash的支持)。
目前u-boot中还没有对2440上Nand Flash的支持,也就是说要想u-boot从Nand Flash上启动得自己去实现了。
首先,在include/configs/my2440.h头文件中定义Nand要用到的宏和寄存器,如下:
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其次,修改cpu/arm920t/start.S这个文件,使u-boot从Nand Flash启动,在上一节中提过,u-boot默认是从Nor Flash启动的。修改部分如下:
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再次,在board/samsung/my2440/目录下新建一个nand_read.c文件,在该文件中来实现上面汇编中要调用的nand_read_ll函数,代码如下:
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NAND_CLEAR_RB;
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注意:上面这段代码中对Nand进行寻址的部分,这跟具体的Nand Flash的寻址方式有关。根据我们开发板上的Nand Flash(K9F1208U0C)数据手册得知,片内寻址是采用26位地址形式。从第0位开始分四次通过I/O0-I/O7进行传送,并进行片内寻址。具体含义和结构图如下(相关概念参考Nand数据手册):
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然后,在board/samsung/my2440/Makefile中添加nand_read.c的编译选项,使他编译到u-boot中,如下:
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还有一个重要的地方要修改,在cpu/arm920t/u-boot.lds中,这个u-boot启动连接脚本文件决定了u-boot运行的入口地址,以及各个段的存储位置,这也是链接定位的作用。添加下面两行代码的主要目的是防止编译器把我们自己添加的用于nandboot的子函数放到4K之后,否则是无法启动的。如下:
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最后编译u-boot,生成u-boot.bin文件。然后先将mini2440开发板调到Nor启动档,利用supervivi的a命令将u-boot.bin下载到开发板的Nand Flash中,再把开发板调到Nand启动档,打开电源就从Nand Flash启动了,启动结果图如下:
从上面的运行图看,显然现在的Nand还不能做任何事情,而且也没有显示有关Nand的任何信息,所以只能说明上面的这些步骤只是完成了Nand移植的Stage1部分。下面我们来添加我们开发板上的Nand Flash(K9F1208U0C)的Stage2部分的有关操作支持。
6)现在进入u-boot的第二阶段(添加Nand Flash(K9F1208U0C)的有关操作支持)。
在上一节中我们说过,通常在嵌入式bootloader中,有两种方式来引导启动内核:从Nor Flash启动和从Nand Flash启动,但不管是从Nor启动或者从Nand启动,进入第二阶段以后,两者的执行流程是相同的。
当u-boot的start.S运行到“_start_armboot: .word start_armboot”时,就会调用lib_arm/board.c中的start_armboot函数,至此u-boot正式进入第二阶段。此时注意:以前较早的u-boot版本进入第二阶段后,对Nand Flash的支持有新旧两套代码,新代码在drivers/nand目录下,旧代码在drivers/nand_legacy目录下,CFG_NAND_LEGACY宏决定了使用哪套代码,如果定义了该宏就使用旧代码,否则使用新代码。但是现在的u-boot-2009.08版本对Nand的初始化、读写实现是基于最近的Linux内核的MTD架构,删除了以前传统的执行方法,使移植没有以前那样复杂了,实现Nand的操作和基本命令都直接在drivers/mtd/nand目录下(在doc/README.nand中讲得很清楚)。下面我们结合代码来分析一下u-boot在第二阶段的执行流程:
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因为2440和2410对nand控制器的操作有很大的不同,所以s3c2410_nand.c下对nand操作的函数就是我们做移植需要实现的部分了,他与具体的Nand Flash硬件密切相关。为了区别与2410,这里我们就重新建立一个s3c2440_nand.c文件,在这里面来实现对nand的操作,代码如下:
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#include <common.h> #if 0 #include <nand.h>
#define __REGb(x) (*(volatile unsigned char *)(x))
#define NF_BASE 0x4e000000 //Nand配置寄存器基地址
#define S3C2440_NFCONT_nCE (1<<1)
ulong IO_ADDR_W = NF_BASE;
static void s3c2440_hwcontrol(struct mtd_info *mtd, int cmd, unsigned int ctrl) DEBUGN("hwcontrol(): 0x%02x 0x%02x\n", cmd, ctrl); if (ctrl & NAND_CTRL_CHANGE) { if (!(ctrl & NAND_CLE)) //要写的是地址 if (ctrl & NAND_NCE) if (cmd != NAND_CMD_NONE)
static int s3c2440_dev_ready(struct mtd_info *mtd)
int board_nand_init(struct nand_chip *nand)
DEBUGN("board_nand_init()\n");
clk_power->CLKCON |= (1 << 4);
twrph0 = 4; twrph1 = 2; tacls = 0;
cfg = (tacls<<12)|(twrph0<<8)|(twrph1<<4);
cfg = (1<<6)|(1<<4)|(0<<1)|(1<<0);
/* initialize nand_chip data structure */
/* read_buf and write_buf are default */ /* hwcontrol always must be implemented */
nand->dev_ready = s3c2440_dev_ready;
return 0; |
其次,在开发板配置文件include/configs/my2440.h文件中定义支持Nand操作的相关宏,如下:
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/* Command line configuration. */ #ifdef CONFIG_CMDLINE_EDITING
/* NAND flash settings */ |
然后,在drivers/mtd/nand/Makefile文件中添加s3c2440_nand.c的编译项,如下:
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最后,重新编译u-boot并使用supervivi的a命令下载到Nand Flash中,把开发板调到Nand档从Nand启动,启动结果图如下:
从上图可以看出,现在u-boot已经对我们开发板上64M的Nand Flash完全支持了。Nand相关的基本命令也都可以正常使用了。
补充内容:
从以上的启动信息看,有一个警告信息“*** Warning - bad CRC or NAND, using default environment”,我们知道,这是因为我们还没有将u-boot的环境变量保存nand中的缘故,那现在我们就用u-boot的saveenv命令来保存环境变量,如下:
从上图可以看到保存环境变量并没有成功,而且从信息看他将把环境变量保存到Flash中,显然这不正确,我们是要保存到Nand中。原来,u-boot在默认的情况下把环境变量都是保存到Nor Flash中的,所以我们要修改代码,让他保存到Nand中,如下:
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重新编译u-boot,下载到nand中,启动开发板再来保存环境变量,如下:
可以看到,现在
成功保存到Nand中了,为了验证,我们重新启动开发板,那条警告信息现在没有了,如下:
7)u-boot对CS8900或者DM9000X网卡的支持。
u-boot-2009.08版本已经对CS8900和DM9000X网卡有比较完善的代码支持(代码在drivers/net/目录下),而且在S3C24XX系列中默认对CS8900网卡进行配置使用。只是在个别地方要根据开发板的具体网卡片选进行设置,就可以对S3C24XX系列中CS8900网卡的支持使用。代码如下:
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首先,我们看看drivers/net/目录下有关DM9000的代码,发现dm9000x.h中对CONFIG_DRIVER_DM9000宏的依赖,dm9000x.c中对CONFIG_DM9000_BASE宏、DM9000_IO宏、DM9000_DATA等宏的依赖,所以我们修改代码如下:
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/* * Hardware drivers */ 屏蔽掉u-boot默认对CS8900网卡的支持
//添加u-boot对DM9000X网卡的支持 #define CONFIG_DRIVER_DM9000 1 //#define CONFIG_DM9000_USE_16BIT 1 注意:
//给u-boot加上ping命令,用来测试网络通不通 #define CONFIG_CMD_PING
//恢复被注释掉的网卡MAC地址和修改你合适的开发板IP地址 #define CONFIG_ETHADDR 08:00:3e:26:0a:5b //开发板MAC地址 #define CONFIG_SERVERIP 192.168.1.103 //Linux主机IP地址 |
添加板载DM9000网卡初始化代码,如下:
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#include <net.h>
#ifdef CONFIG_DRIVER_DM9000 |
修改MD9000网卡驱动代码,如下:
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然后重新编译u-boot,下载到Nand中从Nand启动,查看启动信息和环境变量并使用ping命令测试网卡,操作如下:
可以看到,启动信息里面显示了Net:dm9000,printenv查看的环境变量也和include/configs/my2440.h中设置的一致。但是现在有个问题就是ping不能通过。 经过一段时间在网上搜索,原来有很多人都碰到了这种情况。出现问题的地方可能是DM9000网卡驱动中关闭网卡的地方,如是就试着修改代码如下:
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8)实现u-boot引导Linux内核启动。 在前面几节中,我们讲了u-boot对Nor Flash和Nand Flash的启动支持,那现在我们就再来探讨一下u-boot怎样来引导Linux内核的启动。 ①、机器码的确定 通常,在u-boot和kernel中都会有一个机器码(即:MACH_TYPE),只有这两个机器码一致时才能引导内核,否则就会出现如下mach的错误信息: 首先,确定u-boot中的MACH_TYPE。在u-boot的include/asm-arm/mach-types.h文件中针对不同的CPU定义了非常多的MACH_TYPE,可以找到下面这个定义:
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