TQ2440移植u-boot2016.11全过程记录-【7】NAND FLASH方式启动U-BOOT

TQ2440移植u-boot2016.11-NAND FLASH方式启动U-BOOT

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S3C2440 U-BOOT启动方式说明：

$~~~~~~~~$NOR FLASH启动： S3C2440会直接在NOR上运行程序，在NOR上中的代码需要初始化芯片时钟、初始化SDRAM。

$~~~~~~~~$NAND FLASH启动： S3C2440上电后其内部的NAND FLASH控制器会自动把NAND FLASH中的前4K的代码拷贝到S3C2440芯片自带的RAM中，然后开始运行程序，因为片上RAM只有4K的容量，所以这部分的代码就负责初始化芯片时钟、初始化SDRAM、初始化NAND，然后将u-boot的代码拷贝到SDRAM中并跳转运行。

$~~~~~~~~$目前主流的启动方式为NAND FLAHS或者SD卡启动，NOR FLASH用的越来越少了，上二章节已经实现了NOR FLASH的启动，本章节实现NAND FLASH的启动。

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$~~~~~~~~$u-boot在编译时候开启了-pie选项，该选项的作用是编译出来的程序是位置无关的，什么意思呢，就像是动态库库一样，代码每次启动可以自由加载到内存的任意合适位置执行。如果我们开启了该功能，那么NAND前4K的代码中有一些变量等代码就可能不在这4K中，而是在一些特殊的段或者位置处，这样的话S3C2440上电自动拷贝NAND前4K的内容并运行就会出错，解决该办法的方式有两种：

1. 修改u-boot执行的主流程，取消掉uboot重定位，在4K代码中实现复制代码到内存的操作。
2. 设置为SPL启动，SPL启动简单的说就是编译u-boot的时候会生成u-boot.bin和u-boot-spl.bin文件，通过宏CONFIG_SPL_BUILD控制是编译u-boot.bin还是u-boot-spl.bin，spl代码只是对时钟的初始化、SDRAM初始化、NAND初始化并将u-boot从NAND中拷贝到内存并跳转运行的操作，所以这段代码肯定是小于4K的。

本例程使用SPL方式进行引导uboot。

（一）修改配置头文件：

gedit include/configs/tq2440.h

1、由于SPL的代码已经初始化了内存，所以SPL将uboot拷贝到内存并运行后，不需要再次初始化内存了，将宏CONFIG_SKIP_LOWLEVEL_INIT的编译条件由CONFIG_SPL_BUILD控制，改为如下代码：

/* 该宏是在文件arch/arm/cpu/arm920t/start.S中跳过SDRAM初始化代码 */
#ifndef CONFIG_SPL_BUILD
#define CONFIG_SKIP_LOWLEVEL_INIT
#endif

2、修改链接地址也由宏CONFIG_SPL_BUILD控制，如果是SPL那么链接到0地址处，如果是uboot那么链接到内存0x30008000地址处，将宏CONFIG_SYS_TEXT_BASE改为：

#ifdef CONFIG_SPL_BUILD
#define CONFIG_SYS_TEXT_BASE	0
#else
#define CONFIG_SYS_TEXT_BASE	0x30008000
#endif

（二）添加SPL编译项

gedit arch/arm/Kconfig

找到config TARGET_TQ2440的配置项，在该配置项结尾加入一行：select SUPPORT_SPL，效果：

（三）添加拷贝u-boot到内存的代码

新建一个init.c文件：

gedit board/samsung/tq2440/init.c

粘贴进如下代码：

/*
 * init.c
 *
 *  Created on: 2020/03/28
 *      Author: AnKun
 */

#define NFCONF (*(volatile unsigned int *)0x4E000000)
#define NFCONT (*(volatile unsigned int *)0x4E000004)
#define NFCMD  (*(volatile unsigned char *)0x4E000008)
#define NFADDR (*(volatile unsigned char *)0x4E00000C)
#define NFDATA (*(volatile unsigned char *)0x4E000010)
#define NFSTAT (*(volatile unsigned char *)0x4E000020)

#define GPBCON (*(volatile unsigned int *)0x56000010)
#define GPBDAT (*(volatile unsigned int *)0x56000014)
#define GPBUP  (*(volatile unsigned int *)0x56000018)

#define tq2440_nand_select()    do{NFCONT &= ~(1 << 1);}while(0);
#define tq2440_nand_deselect()  do{NFCONT |= 1 << 1;}while(0);

static int is_boot_from_nor_flash(void)
{
	int tmp = 0;
	volatile int* p = (volatile int *)0;

	tmp = *p;
	*p = 0xAAAAAAAA;

	if (*p == 0xAAAAAAAA)   /* boot from nand */
	{
		*p = tmp;
		return 0;
	}
	else                    /* boot from nor */
	{
		return 1;
	}
}

void tq2440_nand_init(void)
{
#define TACLS   0
#define TWRPH0  1
#define TWRPH1  0

	NFCONF = (TACLS << 12) | (TWRPH0 << 8) | (TWRPH1 << 4);
	NFCONT = (1 << 4) | (1 << 1) | (1 << 0);
}

void tq2440_nand_delay(void)
{
	int delay = 0;
	for (delay = 0; delay < 10; delay++);
}

void tq2440_nand_write_cmd(unsigned char cmd)
{
	NFCMD = cmd;
	tq2440_nand_delay();
}

void tq2440_nand_write_addr(unsigned int addr)
{
	unsigned int col  = addr % 2048;
	unsigned int page = addr / 2048;

	NFADDR = col & 0xFF;
	tq2440_nand_delay();

	NFADDR = (col >> 8) & 0xFF;
	tq2440_nand_delay();

	NFADDR = page & 0xFF;
	tq2440_nand_delay();

	NFADDR = (page >> 8) & 0xFF;
	tq2440_nand_delay();

	NFADDR = (page >> 16) & 0xFF;
	tq2440_nand_delay();
}

void tq2440_nand_wait_ready(void)
{
	while (!(NFSTAT & 0x1)) {};
}

void tq2440_nand_read(unsigned int addr, void* buf, unsigned int len)
{
	int i = 0;
	int col = addr % 2048;
	unsigned char* p = (unsigned char *)buf;
	tq2440_nand_select();

	while (i < len)
	{
		tq2440_nand_write_cmd(0x00);
		tq2440_nand_write_addr(addr);
		tq2440_nand_write_cmd(0x30);
		tq2440_nand_wait_ready();
		for (; (col < 2048) && (i < len); col++)
		{
			*p++ = (NFDATA & 0xFF);
			i++;
			addr++;
		}
		col = 0;
	}
	tq2440_nand_deselect();
}

int mymemcmp(const void* addr1, const void* addr2, unsigned int len)
{
	char* p1 = (char *)addr1;
	char* p2 = (char *)addr2;

	while (len--)
	{
		if (*p1 != *p2)
			return 1;
		p1++;
		p2++;
	}
	return 0;
}

#define TQ2440_UBOOT_COPYTO  0x30008000    /* 拷贝到内存中的地址,此值与CONFIG_SYS_TEXT_BASE一致 */
#define TQ2440_UBOOT_OFFSET  0x20000       /* u-boot在NAND中的偏移地址(NAND中的前128K存放的是u-boot-spl.bin) */
#define TQ2440_UBOOT_SIZE    0xE0000       /* u-boot的大小896K，多拷贝点没关系 */

void copy_uboot_to_sdram(void)
{
	void (*jump)(void) = (void *)TQ2440_UBOOT_COPYTO;

	GPBDAT &= ~(1 << 5);

	if (is_boot_from_nor_flash())
	{
		int len = TQ2440_UBOOT_SIZE;
		char* s = (char *)TQ2440_UBOOT_OFFSET;
		char* d = (char *)TQ2440_UBOOT_COPYTO;
		GPBDAT &= ~(1 << 6);
		while (len--)    *d++ = *s++;
		GPBDAT &= ~(1 << 7);
		GPBDAT &= ~(1 << 8);
	}
	else
	{
		tq2440_nand_init();
		GPBDAT &= ~(1 << 6);
		tq2440_nand_read(TQ2440_UBOOT_OFFSET, (void *)TQ2440_UBOOT_COPYTO, TQ2440_UBOOT_SIZE);
		GPBDAT &= ~(1 << 7);
		GPBDAT &= ~(1 << 8);
	}

	jump();
}

void tq2440_led_init(void)
{
	GPBCON = 0x002956A9;
	GPBUP  = 0x000007FF;
	GPBDAT = 0x000001E0;  /* led off */
}

void clsbss(void)
{
	extern int __bss_start;
	extern int __bss_end;
	int* p = &__bss_start;
	while (p < &__bss_end)    *p++ = 0;
}

void tq2440_board_init_f(void)
{
	clsbss();
	tq2440_led_init();
	copy_uboot_to_sdram();
}

（四）修改汇编启动文件crt0.S：

gedit arch/arm/lib/crt0.S

找到：

	mov	r0, #0
	bl	board_init_f

替换为：

#ifndef CONFIG_SPL_BUILD
	mov	r0, #0
	bl	board_init_f
#else
	bl tq2440_board_init_f
#endif

（五）将init.c添加进编译项：

gedit board/samsung/tq2440/Makefile

添加一行：

obj-$(CONFIG_SPL_BUILD) += init.o

（六）编译
1、首先make一下编译出u-boot.bin
2、然后打开SPL的编译项：

• make menuconfig ---> SPL / TPL ---> 选中
  
  保存退出后，make一下，在spl目录下就编译出了u-boot-spl.bin文件。

将u-boot-spl.bin烧写到NAND中的0地址处，将u-boot.bin烧写到NAND的128K地址处，TQ2440开发板拨到NAND启动，重新上电即可成功启动。

注意：NAND启动无法识别NOR FLASH，此处问题先保留，回头解决。

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【附加】：分别烧写u-boot-spl.bin和u-boot.bin很麻烦，所以我写了个小程序将这两个文件合并为一个文件。新建文件ubootmeger.c文件，粘贴进如下代码：

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <stdint.h>
#include <string.h>

uint8_t buffer[0x200000];

#define UBOOT_SPL_SIZE (128*1024)

int main(int argc, char* argv[])
{
	int nread  = 0;
	int nwrite = 0;
	FILE* fp1;
	FILE* fp2;
	FILE* fp3;

	if(argc < 3)
	{
		printf("\r\nUsage:\r\n\tubootmerge [u-boot-spl.bin] [u-boot.bin] [output filename]\r\n");
		printf("e.g.\r\n\tubootmerge u-boot-spl.bin u-boot.bin tq2440-uboot-2016.11.bin\r\n");
		return 0;
	}

	fp1 = fopen(argv[1], "rb");
	fp2 = fopen(argv[2], "rb");
	fp3 = fopen(argv[3], "wb+");
	if(!fp1 || !fp2 || !fp1)
	{
		fprintf(stderr, "Can not open file, please again!\r\n");
		goto __exit;
	}

	memset(buffer, 0xFF, sizeof(buffer));

	nread = fread(buffer, 1, UBOOT_SPL_SIZE, fp1);
	if(nread < 0)
	{
		fprintf(stderr, "Can not read file %s, please again!\r\n", argv[1]);
		goto __exit;
	}
	nwrite += UBOOT_SPL_SIZE;

	nread = fread(buffer + nwrite, 1, 0x100000, fp2);
	if(nread < 0)
	{
		fprintf(stderr, "Can not read file %s, please again!\r\n", argv[2]);
		goto __exit;
	}

	nwrite += nread;
	if(fwrite(buffer, 1, nwrite, fp3) != nwrite)
	{
		fprintf(stderr, "Can not write file %s, please again!\r\n", argv[3]);
		goto __exit;
	}

	printf("---==> done !\r\n");
	goto __exit;

__exit:
	fclose(fp1);
	fclose(fp2);
	fclose(fp3);
	return 0;
}

使用gcc编译一下即可：

gcc -o ubootmeger ubootmeger.c

使用方法：ubootmeger接收三个参数，第一个参数为spl文件名，第二个参数为uboot的文件名，第三个参数为合并新uboot的文件名，例：
./ubootmeger u-boot-spl.bin u-boot.bin tq2440-u-boot-v201611.bin

文件tq2440-u-boot-v201611.bin即为最终版的u-boot，将该u-boot烧写进nor或者nand中0地址处即可。

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ends…