ok6410裸機開發啓動程序模板

 本文轉自：http://www.verydemo.com/demo_c167_i72493.html

一、 裸機程序的構成

     1. 基本的裸機程序由啓動代碼和C函數文件構成。而啓動代碼包括：硬件設備初始化、調用C函數。

本次分析中代碼文件有：

start.S              啓動代碼，都是彙編寫的

commom.h   一些通用的函數，比如設置某寄存器的某位爲1或0

irq.c               中斷初始化，中斷處理等

regs.h            6410的寄存器地址，需要哪些寄存器可以在本文件中聲明和定義

sdram.c          有關sdram的一些操作，如sdram初始化等

time.c             系統時鐘的有關設置，如PLLclock等

led.c                這個就是主函數了，主程序就在這裏編寫，本次只是演示，控制開發板的led燈循環點亮，也就是流水燈

led.lds             該文件爲鏈接腳本，描述了各個輸入文件的各個section如何映射到輸出文件的各section中，並控制輸出文件中section和符號的內存佈局。

Makefile         這個文件就不用說了吧。。。

     

1.1 學習啓動代碼有助於我們以後開發uboot，uboot的啓動代碼跟裸機的差不多。

        下面把start.S代碼貼出來，其中代碼中也有註釋。

@************************************** @ File: start.S @ Function: cpu initial and jump to c program @ author: lixiaoming @ time: 2012/7/27 21:40 @************************************** .extern main .text .global _start _start: b reset @ when reset, cpu jump to 0 address b halt @ldr pc, _undefined_instruction b halt @ldr pc, _software_interrupt b halt @ldr pc, _prefetch_abort b halt @ldr pc, _data_abort b halt @ldr pc, _not_used ldr pc, _irq b halt @ldr pc, _fiq _irq: .word vector_irq vector_irq: ldr sp, = 0x54000000 @ save location sub lr, lr, #4 stmdb sp!, {r0-r12, lr} bl do_irq @ deal with exception @ backing out ldmia sp!, {r0-r12, pc}^ reset: ldr r0, = 0x70000000 @ Peripheral port base address orr r0, r0, #0x13 mcr p15,0,r0,c15,c2,4 @ 256M ldr r0, = 0x7e004000 @ watchdog registeraddress mov r1, #0x0 str r1, [r0] @ write 0, disable watchdog ldr sp, =1024*8 @ set stack, notice: can't larger than 8K bl clock_init @ system clock initial bl sdram_init @ sdram initial  adr r0, _start @ get _start's current address: 0 ldr r1, = _start @ _start's link address ldr r2, = bss_start @ bss section's begining link address cmp r0, r1 beq clean_bss

 

copy_loop: ldr r3, [r0], #4 str r3, [r1], #4 cmp r1, r2 bne copy_loop

 clean_bss: ldr r0, = bss_start ldr r1, = bss_end mov r3, #0 cmp r0, r1 ldreq pc, = on_ddr clean_loop: str r3, [r0], #4 cmp r0, r1 bne clean_loop ldr pc, = on_ddr on_ddr: bl irq_init @ initial IRQ

@mrs r0, cpsr bic r0, r0, #0x9f orr r0, r0, #0x10 msr cpsr, r0 @ enter user mode ldr sp, = 0x57000000 @bl main @ call c program's main function

ldr pc, = main halt: b halt

 

啓動代碼的一般流程如下：

        . 硬件相關設置：把外設基地址告訴CPU（ARM11特用）

          （分析：ldr r0, = 0x70000000 其中0x70000000是外設的基地址，從6410的datasheet的第二章存儲器映射一章可以找到

                         orr r0, r0, #0x13 指r0中的值是256，代表256M，這是ARM11規定的，具體在ARM11datasheet中）

 

        . 關看門狗

      （分析：ldr r0, = 0x7e004000 加載地址0x7e004000上的數據放入r0中

                     mov r1, #0x0

                     str r1, [r0] 將r1中的數據存儲到r0指向的存儲單元中——把看門狗寄存器寫0）

 

        .設置堆棧（後面要調用c函數，調用函數就要先設置棧，片內8K內存）

        .初始化時鐘

        .初始化SDRAM

        .重定位

        .清BSS段

        .調用C函數

 

1.2 commom.h共用的頭文件

       裏面編寫了一些方便的函數，都是對寄存器的某位或多位進行操作的函數，縮短我們寫代碼的時間，下面貼出來，原理沒什麼可講的，自己分析就知道了。

#ifndef __COMMON_H #define __COMMON_H #define vi *( volatile unsigned int * ) #define set_zero( addr, bit ) ( (vi addr) &= ( ~ ( 1 << (bit) ) ) ) #define set_one( addr, bit ) ( (vi addr) |= ( 1 << ( bit ) ) ) #define set_bit( addr, bit, val ) ( (vi addr) = (( vi addr)&=(~(1<<(bit))) ) | ( (val)<<(bit) ) ) #define set_2bit( addr, bit, val ) ( (vi addr) = (( vi addr)&(~(3<<(bit))) ) | ( (val)<<(bit) ) ) #define set_nbit( addr, bit, len, val ) \ ( (vi addr) = ((( vi addr)&(~(( ((1<<(len))-1) )<<(bit)))) | ( (val)<<(bit) ) )) #define get_bit( addr, bit ) ( (( vi addr ) & ( 1 << (bit) )) > 0 ) #define get_val( addr, val ) ( (val) = vi addr ) #define read_val( addr ) ( vi ( addr ) ) #define set_val( addr, val ) ( (vi addr) = (val) ) #define or_val( addr, val ) ( (vi addr) |= (val) ) /////////////////////////////// typedef unsigned char u8; typedef unsigned short u16; typedef unsigned int u32; // function declare int delay( int ); #endif 

 

1.3 irq.c

       這是一箇中斷初始化和中斷處理函數文件。

下面對ARM異常進行介紹：

        中斷也是異常的一種，ARM處理器用7中工作模式：

（1）用戶模式（user）              usr     正常的執行模式

（2）快速中斷模式（FIQ）          fiq      高優先級中斷產生進入的模式（高速數據傳輸等情況使用）

（3）外部中斷模式（IRQ）          irq      低優先級中斷產生進入的模式（一般的外部中斷）

（4）特權模式（Superviser）      svc     復位或軟中斷，供操作系統使用的保護模式

（5）數據訪問中止模式（Abort）  abt      存取數據異常，用於虛擬存儲或存儲保護

（6）未定義指令模式（undefine）und      當執行未定義指令時進入的模式

（7）系統模式（system）          sys      運行特權級操作系統任務

中斷過程：

（1）系統上電，CPU處於svc模式

（2）如果發生中斷，那麼CPU進入ＩＲＱ模式；R13、R14切換到自己的R13、R14；跳到相應的中斷向量地址

 

如何進行中斷編程？

（1）中斷初始化

a. 設置中斷源（也就是配置引腳模式）

b. 設置中斷控制器（參照6410datasheet中斷控制器一章）

c. 打開總中斷開關（設置CPSR）

 

 

 

1.4 regs.h

      這是一個6410中聲明和定義寄存器的，需要哪個寄存器就在該文件當中定義，在後面的文件當中直接調用即可。

 

1.5 sdram.c

      下面我們來看一下6410核心板DDR的原理圖

       從圖中我們可以看到，該核心板有兩個DDR級聯而得，每個有16位，兩個一共32位。一個DDR有15根地址線，尋址空間爲2^15=32K，參照K4X1G163PC的datasheet可以算出總的容量爲：

       64M*16*2 = 2G  則每塊爲1G，算下來地址線不夠，因此地址肯定是多次發出來。

       BA0和BA1說明可以訪問4塊，而它提供13條行地址和10條列地址。而6410提供DDR控制器，只需要控制DDR控制器即可。那怎樣初始化DDR？

        （1）地址線設置

        （2）告訴位寬

        （3）設置時序

設置DDR控制器

初始化DDR芯片

下面參照代碼，看看初始化DDR的順序

 

#include "common.h" #define MEMCCMD 0x7e001004 #define P1REFRESH 0x7e001010 #define P1CASLAT 0x7e001014 #define MEM_SYS_CFG 0x7e00f120 #define P1MEMCFG 0x7e00100c #define P1T_DQSS 0x7e001018 #define P1T_MRD 0x7e00101c #define P1T_RAS 0x7e001020 #define P1T_RC 0x7e001024 #define P1T_RCD 0x7e001028 #define P1T_RFC 0x7e00102c #define P1T_RP 0x7e001030 #define P1T_RRD 0x7e001034 #define P1T_WR 0x7e001038 #define P1T_WTR 0x7e00103c #define P1T_XP 0x7e001040 #define P1T_XSR 0x7e001044 #define P1T_ESR 0x7e001048 #define P1MEMCFG2 0X7e00104c #define P1_chip_0_cfg 0x7e001200 #define P1MEMSTAT 0x7e001000 #define P1MEMCCMD 0x7e001004 #define P1DIRECTCMD 0x7e001008 #define HCLK 133000000 #define nstoclk(ns) (ns/( 1000000000/HCLK)+1) void sdram_init( void ) { // tell dramc to configureset_val(MEMCCMD, 0x4 ); // set refresh period set_val( P1REFRESH, nstoclk(7800) ); // set timing paraset_val( P1CASLAT, ( 3 << 1 ) ); set_val( P1T_DQSS, 0x1 ); // 0.75 - 1.25 set_val( P1T_MRD, 0x2 ); set_val( P1T_RAS, nstoclk(45) ); set_val( P1T_RC, nstoclk(68) ); u32 trcd = nstoclk( 23 ); set_val( P1T_RCD, trcd | (( trcd - 3 ) << 3 ) ); u32 trfc = nstoclk( 80 ); set_val( P1T_RFC, trfc | ( ( trfc-3 ) << 5 ) ); u32 trp = nstoclk( 23 ); set_val( P1T_RP, trp | ( ( trp - 3 ) << 3 ) ); set_val( P1T_RRD, nstoclk(15) ); set_val( P1T_WR, nstoclk(15) ); set_val( P1T_WTR, 0x7 ); set_val( P1T_XP, 0x2 ); set_val( P1T_XSR, nstoclk(120) ); set_val( P1T_ESR, nstoclk(120) ); // set mem cfg set_nbit( P1MEMCFG, 0, 3, 0x2 );   set_nbit( P1MEMCFG, 3, 3, 0x2 ); set_zero( P1MEMCFG, 6 );  set_nbit( P1MEMCFG, 15, 3, 0x2 );  set_nbit( P1MEMCFG2, 0, 4, 0x5 ); set_2bit( P1MEMCFG2, 6, 0x1 );  set_nbit( P1MEMCFG2, 8, 3, 0x3 );  set_2bit( P1MEMCFG2, 11, 0x1 ); set_one( P1_chip_0_cfg, 16 );  // memory init set_val( P1DIRECTCMD, 0xc0000 ); // NOP set_val( P1DIRECTCMD, 0x000 ); // precharge set_val( P1DIRECTCMD, 0x40000 );// auto refresh set_val( P1DIRECTCMD, 0x40000 );// auto refresh set_val( P1DIRECTCMD, 0xa0000 ); // EMRS set_val( P1DIRECTCMD, 0x80032 ); // MRS set_val( MEM_SYS_CFG, 0x0 ); // set dramc to "go" status set_val( P1MEMCCMD, 0x000 ); // wait ready while( !(( read_val( P1MEMSTAT ) & 0x3 ) == 0x1)); }

 

1.6 time.c

       對系統時鐘進行初始化設置，而對於6410的晶振是12M，需要通過一系列的變頻，分頻來產生500~600M的時鐘。對時鐘t進行設置需要參照6410的datasheet中的系統控制器一章的時鐘體系。

   初始化設置系統時鐘，無非就是對相應的寄存器進行設置，設置分頻等，下面說幾個知識點：

  圖中ARMCLK是ARM11的CPU時鐘，一般設置爲532MHz

         HCLK爲133MHz，一般爲NandFlash和DDR提供時鐘，PCLK爲67MHz

         SCLK爲某些特殊設備提供時鐘

當系統上電，晶振開始起振，不可能一下子從12M就變爲532M，需要一段緩衝的時間，這段時間稱爲LOCKTIME，如下圖所示：

#define APLL_LOCK (*((volatile unsigned long *)0x7E00F000)) #define MPLL_LOCK (*((volatileunsigned long *)0x7E00F004)) #define EPLL_LOCK (*((volatile unsigned long *)0x7E00F008)) #define OTHERS (*((volatile unsigned long *)0x7e00f900)) #define CLK_DIV0 (*((volatile unsigned long*)0x7E00F020)) #define ARM_RATIO 0  #define HCLKX2_RATIO 4  #define HCLK_RATIO 0 #define PCLK_RATIO 1  #define MPLL_RATIO 0  #define APLL_CON (*((volatile unsigned long *)0x7E00F00C)) #define APLL_CON_VAL ((1<<31) | (266 << 16) | (3 << 8) | (1)) #define MPLL_CON (*((volatile unsigned long *)0x7E00F010)) #define MPLL_CON_VAL ((1<<31) | (266 << 16) | (3 << 8) | (1)) #define CLK_SRC (*((volatile unsigned long*)0x7E00F01C)) void clock_init(void) { APLL_LOCK = 0xffff; MPLL_LOCK = 0xffff; EPLL_LOCK = 0xffff;  OTHERS &= ~(0xc0); while((OTHERS & 0xf00) != 0); CLK_DIV0 = (ARM_RATIO) | (MPLL_RATIO << 4) | (HCLK_RATIO << 8) | (HCLKX2_RATIO << 9) | (PCLK_RATIO << 12); APLL_CON = APLL_CON_VAL;  MPLL_CON = MPLL_CON_VAL;  CLK_SRC = 0x03; }

 

下面對時鐘設置步驟進行說明：

（1）設置LockTime,包括APLL_LOCK,MPLL_LOCK,EPLL_LOCK,一般設置爲默認值即可，也可以不用設置，因爲它復位後就是默認值。

（2）設置爲異步模式，當CPU時鐘和內存時鐘不相等的時候，需要設置爲異步模式，主要是設置寄存器OTHERS，然後在查詢相對應位是否爲0，一直等待設置完畢。

（3）然後沿着上圖的時鐘體系設置PLL寄存器的值

 

1.7 led.c

     主函數文件就不說了，關鍵在於你想實現什麼功能了

 

1.8  led.lds

     該裸機程序的鏈接腳本，首先先把該文件中的內容貼出來：

SECTIONS { . = 0x50000000; //當前地址 . = ALIGN(4); .text : { //段名稱，放置所有文件的代碼段 start.o (.text) time.o (.text) irq.o (.text) led.o (.text) } . = ALIGN(4); //4位對齊 .rodata : { * (.rodata) } . = ALIGN(4); .data : { * (.data) } . = ALIGN(4); bss_start = .; //bss段開始處 .bss : { //放置所用bss段 * (.bss) } bss_end = .; //bss段結束處 }

下面說一下，之前我們寫的簡單程序，沒有用到DDR，只是將程序在6410的8K片內內存中運行，但是如果程序很大，那就不能指望在片內內存中運行我們的程序了。下面就要用到SDRAM，就要涉及到鏈接地址。

      簡單的說，一個程序分爲下面幾個部分：

      （1）代碼段（text）：就是我們所寫的代碼，指令

      （2）數據段（data）：有初始值的全局變量或靜態變量

      （3）Bss段(Bss)：未初始化或初始值爲0的全局變量或靜態變量

     分析反彙編文件我們得出：訪問全局變量使用的是鏈接地址來訪問的。在系統上電後，系統會自動的把NandFlash中的前8K程序拷貝到片內8K內存當中去，而一個程序要執行，應該位於鏈接地址。當程序的鏈接地址不等於當前地址時，就需要重定位，將程序拷貝到相應的鏈接地址中去執行。

     位置無關碼：相對跳轉指令，不訪問全局變量。下面看一下重定位代碼：

 adr r0, _start @ get _start's current address: 0 ldr r1, = _start @ _start's link address ldr r2, = bss_start @ bss section's begining link address cmp r0, r1 @ compare isnot equal beq clean_bss

copy_loop: ldr r3, [r0], #4 str r3, [r1], #4 cmp r1, r2 bne copy_loop

 clean_bss: ldr r0, = bss_start ldr r1, = bss_end mov r3, #0 cmp r0, r1 ldreq pc, = on_ddr clean_loop: str r3, [r0], #4 cmp r0, r1 bne clean_loop ldr pc, = on_ddr

在分析過程中，我們可以參照反彙編文件來分析！

 

1.9 Makefile

      由於是在Linux下開發，瞭解Makefile也是很有必要的，下面是本模板的Makefile代碼：

CC = arm-linux-gcc LD = arm-linux-ld AR = arm-linux-ar OBJCOPY = arm-linux-objcopy OBJDUMP = arm-linux-objdump CFLAGS = -Wall -Os -fno-builtin-printf export CC LD AR OBJCOPY OBJDUMP CFLAGS objs := start.o time.o sdram.o irq.o led.o led.bin : $(objs) $(LD) -Tled.lds -o led_elf $^ $(OBJCOPY) -O binary -S led_elf $@ $(OBJDUMP) -D -m arm led_elf > led.dis %.o : %.c $(CC) $(CFLAGS) -c -o $@ $< %.o : %.S $(CC) $(CFLAGS) -c -o $@ $< clean: rm -f *.dis *.bin *_elf *.o