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Arm2440——Nand flash启动模式详解（LED程序为例）

作者： 时间：2016-11-28 来源：网络 收藏
断断续续的研究arm也有2个月了，现在才感觉理解了arm在Nandflash模式下的启动过程，现在来这里记录下来以表达我无比喜悦的心情。闲话少说，趁着还没有忘记学习过程中的感受，直接进入正题。

大家都知道，arm在Nand flash启动模式下启动时系统会将Nand flash中的前4KB代码拷贝到SRAM（也就是Steppingstone中），由SRAM配置中断向量表和完成Nand flash访问的必要初始化，然后将Nand flash中的全部程序代码拷贝到SDRAM中，最后由SRAM跳转到SDRAM，然后程序就正常执行了，这一过程看上去很简单，但是真正理解这一过程还是不简单的，尽管这样，还是想告诉大家仔细理解还是比较容易理解这个过程的。如果您是ADS用户，你省去了很多麻烦，但我不确定你省去的这些麻烦是否值得，这里介绍的是一种麻烦的方式，linux下的led程序。

本文引用地址：//m.amcfsurvey.com/article/201611/322798.htm

代码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

我认为，最需要理解的就是这段代码了。先简单的解释下这段代码。

（1）由于arm执行reset之后pc会被清零，也就是reset中断的中断入口地址，因此，第一条指令就是b reset，跳转到reset中断处理函数。

（2）由于这里硬件配置都是C语言来完成的，而且我们的初始代码比较小，完全不会超出4KB，因此可以在SRAM使用堆栈，故将SP设置为4096，以提供C运行环境

（3）接下来的3个bl分别完成了关闭看门够定时器，配置时钟信号和存储器配置的工作，第四个bl是将SRAM的4KB空间内的代码拷贝到了SDRAM中。

（4）接下来的ldr句将pc赋值为on_sdram的地址，实现了从SRAM到SDRAM的跳转（下面会讲为什么）

（5）on_sdram中切换到了了系统模式然后分配了系统模式堆栈，将链接寄存器设置为halt_loop然后就跳转到了SDRAM中的Main

上面的解释只是大体上说明了代码的意思，但是初学者总会有个疑问就是为什么ldr pc,=on_sdram就实现了从SRAM到SDRAM的跳转呢？我被这个问题困扰了很长时间，到今天才想明白了这个问题，问题的关键就是相对跳转和绝对跳转的问题。为了说明这个问题我先解释一下bl指令跟ldr指令在执行过程中的区别。

B指令是相对跳转指令，B 指令是最简单的跳转指令。一旦遇到一个 B 指令，ARM 处理器将立即跳转到给定的目标地址，从那里继续执行。注意存储在跳转指令中的实际值是相对当前PC 值的一个偏移量，而不是一个绝对地址，它的值由汇编器来计算（参考寻址方式中的相对寻址）。它是 24 位有符号数，左移两位后有符号扩展为 32 位，表示的有效偏移为 26 位(前后32MB 的地址空间)，同样的，BL、BX都是相对跳转。

LDR伪指令是将第二操作直接赋值给第一操作数，当执行ldr pc,=Main时是将Main的绝对地址赋值给了PC。

好了，知道这两个指令的区别之后我们来看代码是如何实现的从SRAM到SDRAM的跳转，首先需要指出，2440的开发板有SRAM和SDRAM，SRAM是从地址0x00000000开始的4KB内存空间，SDRAM是从0x30000000开始的64M空间。

无论用ADS编译还是用arm-linux-gcc编译都会将代码链接到0x30000000以后（也就是SDRAM中），ADS用户可以通过查看ADS的工程配置，其中有项配置是RO起始地址是0x30000000，linux用户在链接时需要用-T指定代码的其实地址为0x30000000。

根据编译原理，在链接阶段程序中函数的地址就已经确定了，也就是说函数的实际地址都在0x30000000之后，而程序的入口函数也就是这里的_start的地址就是0x300000000，其他函数都会大于这个数。

但是由于arm上电后系统会将Nand flash的前4KB代码拷贝到SRAM中，也就是_start函数开始的4KB指令将被拷贝到SRAM中执行，根据上例，在0x00000000处执行的指令就是“b reset”，由于b是相对跳转，是在当前pc值的基础上加减某个数而跳转到将要执行的代码处，因此，pc加减该数之后将到达reset函数的位置，故reset函数不能写到4KB之外的空间中，否则arm的启动将会失败，同样的，接下来的几个bl都是执行的相对跳转，所以都相对当前pc进行的跳转，由于Nand flash总共只有64M的空间，所以相对跳转是不可能会跳转到SDRAM的，因为跳转到SDRAM至少要发生0x30000000的跳转，而这个相对位移远远大于64M。

而ldr pc,=Main是将Main函数的实际地址赋值给pc，而Main的实际地址是在0x30000000之后，这样，就从SRAM跳转到了SDRAM。

由于这个过程设计到了硬件格局和编译原理，所以对一般人来讲，理解起来确实比较困难，而且受本人水平限制，很多地方只能说是只可意会不可言传，如果误导了大家请大家谅解。当然如果看到这里还不能理解arm的启动过程可以留言讨论这个问题。下面是相关的其他代码，我附在这里，2440addr.h没有贴出，由于我也是使用arm自带示例程序中的代码，而且代码有四千多行，多数地址是没有用到的。其他的代码如下

代码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的总线模式应该从
  20. *“fastbusmode”变为“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. /*这个函数之所以这样赋值，而不是像前面的实验(比如mmu实验)那样将配置值
  38. *写在数组中，是因为要生成”位置无关的代码”，使得这个函数可以在被复制到
  39. *SDRAM之前就可以在steppingstone中运行
  40. */
  41. /*存储控制器13个寄存器的值*/
  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：由于我们的代码比较小，远小于4KB，因此arm启动时自动拷贝到SRAM中的4KB代码包含我们的全部代码，因此copy操作我是将stepingstone中的4KB代码拷贝到了SDRAM中，在实际应用中代码多数是超过4KB，因此copy函数应该是将Nand flash中的全部代码拷贝到SDRAM，这样才能成功运行ARM。

代码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. }

链接文件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，为了简化代码，可以将这句可以注释掉，在我们这段代码中完全用不到该文件相关功能。否则需要自行修改makefile文件完成Option.h相关的编译和链接工作。

好了，又浪费了大家这么长的时间，这里就不多说了，有什么问题求高手指出来。

关键词：Arm2440Nandflash启动模

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