关键词 S3C44B0 Blob Bootloader 移植
Bootloader对于嵌入式设备来说至关重要,它涉及到许多硬件相关的知识。对于自制的嵌入式开发板,它又是不可跳过的步骤,所以很多人对于它感到很头痛。本文将以一款优秀的Bootloader Blob为例,详细讲解它的运行原理以及在S3C44B0通用处理器上的移植过程,为在嵌入式设备上的后续软件开发打下基础 。
1 Blob简介
Blob是Boot Loader Object的缩写,是一款功能强大的Bootloader。它遵循GPL,源代码完全开放。Blob既可以用来简单的调试,也可以启动Linux kernel。Blob最初是Jan-Derk Bakker和Erik Mouw为一块名为LART(Linux Advanced Radio Terminal)的板子写的,该板使用的处理器是StrongARM SA-1100。现在Blob已经被移植到了很多CPU上,包括S3C44B0。
MBA44B0是一款基于S3C44B0的开发板。本文将以运行在MBA44B0开发板上的Blob的源代码为基础,再针对自己的开发板进行Blob的移植。
开发板的主要配置为：
◇ 三星ARM7处理器S3C44B0;
◇ 2MB的Flash,地址范围0x0000 0000~0x0020 0000;
◇ 8MB的SDRAM,地址范围0x0c00 0000~0x0c80 0000;
◇ 1个串口,2个LED灯;
◇ JTAG接口;
◇ 晶振为6MHz,系统主频为60MHz。
2 Blob的运行过程分析
图1为Blob程序启动流程。
图1 Blob启动文件关系
Blob编译后的代码定义最大为64KB,并且这64KB又分成两个阶段来执行。第一阶段的代码在start.s中定义,大小为1KB,它包括从系统上电后在0x00000000地址开始执行的部分。这部分代码运行在Flash中,它包括对S3C44B0的一些寄存器的初始化和将Blob第二阶段代码从Flash拷贝到SDRAM中。除去第一阶段的1KB代码,剩下的部分都是第二阶段的代码。第二阶段的起始文件为trampoline.s,被复制到SDRAM后,就从第一阶段跳转到这个文件开始执行剩余部分代码。第二阶段最大为63KB,单词trampoline词义为“蹦床”,所以在这个程序中进行一些BSS段设置,堆栈的初始化等工作后,最后跳转到main.c进入C函数。
我们的移植主要需要对上述的几个文件进行修改。在进行移植以前,首先需要对存储器的地址空间分配了解清楚。关于存储器空间的定义在/include/ blob arch/mba44b0.h中。
图2为在Flash中的存储器空间分布,图3为启动后在SDRAM中的存储器空间分布。
图2 Flash布局
图3 SDRAM布局
如图2所示,2MB的Flash空间分别分配给了Blob、kernel、ramdisk。系统上电后,先执行第一阶段代码,进行相应的初始化后,将Blob第二阶段代码复制到RAM地址blob_abs_ base,然后跳转到第二阶段开始执行。
在第二阶段中,从汇编跳转到C的Main()函数,继续进行如下工作：
◇ 外围的硬件初始化(串口,USB等);
◇ 从Flash中将kernel加载到SDRAM的kernel区域;
◇ 从Flash中的ramdisk加载到SDRAM的ramdisk区域;
◇ 根据用户选择,进入命令行模式或启动kernel。
在我们使用的开发板上,kernel选用uClinux。由于Flash的存储空间有限,所以存放在Flash中的uClinux内核是经过压缩的。Blob将压缩的uClinux内核加载到SDRAM地址0x0c300000。如果选择启动uClinux,那么压缩的uClinux内核将自解压.Text段到0x0c00800(见uClinux/arch/armnommu/Makefile),然后再跳转到该处,开始运行uClinux。具体的uClinux移植在此就不详细讨论了。
在SDRAM的存储器空间分配图中,可以看到有blob_base和blob_abs_base两部分。blob_abs_base大家已经知道了,是Blob将自身的第二阶段代码复制到SDRAM所在的区域,而blob_base则是从Blob进行自升级或调试的区域。举例说明,假如Blob已经能正常运行了,但是对于Flash的擦写还不能支持得很好,就可以使用已经运行的Blob通过串口将新编译好的Blob下载到SDRAM中该区域进行运行调试。调试通过后,可以通过Blob烧写进Flash,覆盖原来的Blob进行升级。这样就不必因为对Blob做了一点小的改动就重新烧写Flash,从而减少了烧写Flash的次数。
3 Blob的移植
对Blob的运行有了一定了解后,就可以进行Blob的具体移植了。首先要修改的是start.s文件,具体工作如下：
◆ 屏蔽掉看门狗WTCON;
◆ 配置寄存器SYSCFG暂时关闭缓存,等Blob运行稳定后再开启提高性能;
◆ 初始化I/O寄存器;
◆ 屏蔽中断;
◆ 配置PLLCON寄存器,决定系统的主频;
◆ 调用lEDAsm.s,在串口未初始化时led状态对于程序是否正常运行很重要;
◆ 调用MEMSetup-s3c44b0.s中的mEMSetup进行初始化存储器空间,初始化SDRAM刷新速率等;
◆ 将第二阶段复制到SDRAM,并且跳转到第二阶段。
在ledasm.s中,提供了led的汇编的语言驱动程序。在Blob还有个led.c文件,它和ledasm.s原理一样,只不过是在C语言中调用的。修改led是为了方便初期阶段的调试。在这里根据自己的开发板进行修改。
在memsetup-s3c44b0.s中,修改MEMORY_CONFIG中设置存储器相关的配置,并设定SDRAM刷新速度,相关源码如下所示：
MEMORY_CONFIG:
.long 0x11101002 /*进行存储器的配置,
SDRAM刷新速度配置等*/
… /*这里需要根据不同情况进行修改*/
.long 0x20
.globl memsetup /*定义全局标号,以便能被start.s调用*/
memsetup:
ldr r0, =MEMORY_CONFIG /*进行配置*/
ldmia r0, {r1-r13}
ldr r0, =0x01c80000
stmia r0, {r1-r13}
mov pc, lr /*程序返回*/
Trampoline.s不需要进行修改。
进入Main()后,串口传输速度在结构体blob_status中设定：
blob_status.downloaDSPeed = baud_115200;
blob_status.terminalSpeed = baud_115200;
串口的初始化相关代码定义在函数s3c44b0_serial_ init()中,该函数在serial-s3c44b0.c中。对于S3C44B0的串口,一般只需要初始化下面四个寄存器串口就可以正常工作。如果不能工作,可能是系统时钟设置不同,只需要按照下列公式计算出divisor：
divisor=(int)(MCLK/(baud ×16))-1
替换下面的divisor即可。其中MCLK为系统主频,baud为波特率。
/*serial-s3c44b0.c中s3c44b0_serial_init()函数初始化串口0部分*/
REG(UFCON0) = 0x0; /*关闭fifo*/
REG(ULCON0) = 0x03; /*设置数据位8,无奇偶校验,1位
停止位*/
REG(UCON0) = 0x05; /*脉冲中断,中断请求或查询模式*/
REG(UBRDIV0) = divisor;/*设置波特率*/
至此,初级移植工作已经完成,运行./configure 杦ith-board=mba-44b0-with-linux-prefix=/path/to/linux-SRC进行相关配置。在此还可以加一些开关选项进行配置,具体请参阅Blob自带文档。如果没有错误,就可以make进行编译了。如果编译正确,可在blob/src/blob下得到bin格式的Blob,将其烧写到Flash即可运行。关于Blob第一部分和第二部分的链接脚本,可以在start-ld-script和rest-ld-script.in中看到相关的链接地址,编译器是根据这些地址链接程序的。在blob/src/blob/Makefile中可以看到,两个阶段分别以blob-start和blob-rest来编译,最后通过dd命令将它们组成一个完整的Blob二进制文件。
(1) 命令行的修改
在笔者使用的Blob版本中,BackSPACe不能起作用,这对于调试非常的不方便。查阅源码,可以发现在src/blob/lib/command.c中,GetCommand函数中定义着人机交互部分。将else if(c ==’\b’这一行修改为else if(c ==0x7f),即可支持Backspace功能。
(2) Blob的运行
如果在前面的工作中没有什么问题的话,将blob/src/blob/blob文件烧写进Flash后,上电就可以从串口看到欢迎信息。加载linux内核和文件系统的后,等待几秒,如果没有操作,将启动操作系统,否则出现提示符：
Blob>
表示进入Blob。在该模式下提供了许多命令,可以方便地进行硬件调试、系统升级和系统引导。
Blob常用的命令有：blob、boot、xdownload、flashreload、dump、reblob、status等。
不同的Flash操作有所不同。笔者发现通过Blob烧写Flash的软件有些问题,为了调试方便,决定编写自己的Flash驱动程序。
(3) Flash驱动程序的编写
Flash作为非易失性的存储器,在开发板上的作用是能保存数据且掉电不丢失。和EEPROM最大的不同在于,对Flash编程不需要对特定的引脚加高电压,只是对特定地址写入一组特定的数据即可进行编程,这样就直接在开发板上通过软件进行擦写,不必使用特定的编程器。但是它的缺点也是很明显的：操作过于复杂,SST39VF160是SST公司的一款16M位的Flash,16位数据线宽度,共2MB容量,分为512个扇区,每个扇区有4KB,或32个块(bLOCk),每个块64KB。对Flash编程之前,必须对相应的扇区、块或者整个芯片进行擦除后,才能进行编程。
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