U-Boot在基于S3C4480開發(fā)板上的移植

1 引言
    Bootloader代碼是器件復(fù)位后進(jìn)入操作系統(tǒng)前執(zhí)行的一段代碼，通過該代碼初始化處理器各寄存器和片上外設(shè)，建立存儲器映射圖以及初始化堆棧，從而為操作系統(tǒng)提供基本的運(yùn)行環(huán)境。由于Bootloader與CPU和開發(fā)板配置有關(guān)，不可能有通用的Bootloader，因此需要根據(jù)具體情況進(jìn)行移植。嵌入式系統(tǒng)U-boot是當(dāng)前流行、功能強(qiáng)大的Bootloader。U-Boot用于多種嵌入式CPU的Bootloader程序，U-Boot支持ARM、PowerPC等多種架構(gòu)的處理器，也支持Linux、NetBSD和Vx—Works等操作系統(tǒng)。這里采用U—Boot的版本為U-boot-1．1．6。

2 U-Boot目錄結(jié)構(gòu)
    U-Boot目錄結(jié)構(gòu)如下：board是一些與現(xiàn)有開發(fā)板有關(guān)的文件，比如makefile和u-boot．1ds等都與具體開發(fā)板的硬件和地址分配有關(guān)；common是與體系結(jié)構(gòu)無關(guān)的文件，可實(shí)現(xiàn)各種命令的C文件；cpu是CPU相關(guān)文件，其子目錄都是以U-boot支持的CPU命名，比如子目錄arm920t，mips，s3e44bO和nios等，每個(gè)特定的子目錄都包括cpu．c，interrupt．C和start.s；doc是說明文檔；drivers是通用設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序，比如：各種網(wǎng)卡、支持CFI的Flash和USB總線等；fs是支持文件系統(tǒng)的文件，U—Boot可支持cramfs，fat，fdos,jffs2等文件；net是與網(wǎng)絡(luò)有關(guān)的代碼，比如：BOOTP協(xié)議、TFTP協(xié)議和NFS文件系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)；lib_arm是與ARM體系結(jié)構(gòu)相關(guān)的代碼；tools是創(chuàng)建S-Record的格式文件和U-Boot images的工具。

3 U—Boot啟動(dòng)過程
    U-Boot的啟動(dòng)主要分為stagel和stage2兩個(gè)階段Ⅲ。stagel采用匯編語言編寫，通常與CPU的體系結(jié)構(gòu)有關(guān)，如設(shè)備初始化代碼等，該階段可在start．s中實(shí)現(xiàn)。U—Boot中stagel階段的啟動(dòng)過程如圖l所示。

    stage2采用C語言程序，用于加載操作系統(tǒng)內(nèi)核，該階段由board．c中的start_armboot()函數(shù)實(shí)現(xiàn)。stage2階段一般包括：初始化Flash；檢測系統(tǒng)內(nèi)存映射：初始化相關(guān)網(wǎng)絡(luò)設(shè)備：初始化RTL8019AS網(wǎng)絡(luò)器件；進(jìn)入命令循環(huán)，接收用戶從串口接收命令，然后進(jìn)行相應(yīng)的處理。
    圖2給出U—Boot的stagel和stage2在Flash和SDRAM中的分配。圖2a中，U-Boot的可執(zhí)行映像放在Ox00000000~Ox000 20000區(qū)域，參數(shù)和環(huán)境變量配置在Ox0002000～0x00030000區(qū)域，0x00030000一Ox00200000區(qū)域用于存放操作系統(tǒng)和應(yīng)用程序文件，由于不涉及操作系統(tǒng)的移植，所以操作系統(tǒng)文件的配置不做詳細(xì)描述。圖2b中，0x0C700000是U-Boot將自身的stage2的代碼復(fù)制到SDRAM的起始地址。這個(gè)地址在board／up44b0／congif．mk文件中定義：TEXT_BASE=0x0C70 0000。0xC780000~oxc800000區(qū)域用于U—Boot的升級，升級調(diào)試步驟：首先啟動(dòng)基于F1ash的U-Boot，按任意鍵進(jìn)入script模式，運(yùn)行fftp命令(tffp C780000 u-bootbin)，把新編譯的U-Boot．bin加載至以0xC780000為首地址的空間。假設(shè)需要加載的新文件長度為104 704(0x19900)字節(jié)，則需要拷貝的長度為0x19900／4+2=0x6642。采用erase命令擦除Flash中U-Boot的存放區(qū)域erase OxO 0x1FFFF。最后采用cp命令，把SDRAM中的新U-Boot寫入Flash：cp Ox000 0xc780000 0x6642。

4 U-Boot移植
    嵌入式系統(tǒng)的Bootloader與硬件系統(tǒng)密切相關(guān)，目標(biāo)系統(tǒng)的主要配置如下：①CPU配置為ARM S3C44BOX；②存儲器配置為2 MB NOR Flash AM29LVl60B和8 MB SDRAMHY57V641620，前者的地址范圍為0x00000000～0x00200000，后者的地址范圍為0x0c000000～OxOe800000；③網(wǎng)卡器件為RTL8019，其基地址為0xoa000600；④晶體振蕩器為6 MHz；⑤CPU主頻為60 MHz。
    為了縮短移植周期，可在U—Boot所支持的開發(fā)板中選擇一種和目標(biāo)板接近的開發(fā)板，并在其基礎(chǔ)上修改。這里選擇Board目錄下Dave／B2。
4．1 Board目錄下文件修改
    在Board目錄下創(chuàng)建up44b0及目錄，將Dave目錄下的文件復(fù)制到UP目錄下，并將b2．e改名為up44b0．e，而其他文件名不變。修改up44b0．e文件中的板級初始化函數(shù)，將其中關(guān)于LAN91C96網(wǎng)卡復(fù)位的代碼改為RTL8019AS網(wǎng)卡復(fù)位的代碼，根據(jù)板上具體資源信息修改CPU端口的初始化值。修改lowlevel_init．s文件中BWSCON寄存器的配置值和SDRAM的刷新頻率。修改makeifle文件，將其中的B2．O改為up44b0．O。
4．2 CPU目錄下文件修改
    由于CPU目錄下已存在s3c44b0目錄，所以不用再創(chuàng)建。直接修改其目錄下的文件，即修改start．s文件中PLLCON寄存器的值，以確定CPU主頻。根據(jù)$3C4480提供的式(1)和式(2)計(jì)算倍頻系數(shù)M、P、S和PLLCON的值。

   
式中：Fpllo為CPU主頻，F(xiàn)pllo=6O MHz；Fin為晶振頻率，F(xiàn)in=MHz。
    根據(jù)CPU主頻修改serial．C文件中UART波特率除數(shù)寄存器(UBRDIVn)的值。
4．3 Include目錄下文件的修改
    在include／configs目錄下添加up44b0．h，并將B2．h的內(nèi)容復(fù)制到up44b0．h中。修改up44b0．h文件內(nèi)容，其中主要修改CPU的工作頻率；定義RTL8019網(wǎng)卡代替LAN91C96，定義RTL8019網(wǎng)卡的基地址；修改Flash和SDRAM的起始地址及大??；將內(nèi)核參數(shù)的存放設(shè)備改為NOR Flash。
    為了提高下載速度，利用U-Boot提供的功能驅(qū)動(dòng)網(wǎng)卡RTL8019AS。RTL80C19AS映射在BANK 5，BANK 5起始地址為OxOa000000。RTL8019AS位寬的選擇：RTL8019AS可工作在8位或16位模式，由IOCSl6B引腳和DCR寄存器的第0位確定，拉高開發(fā)板上IOCSl6B引腳，且DCRDCR寄存器的第0位為1，所以RTL8019AS工作在16位模式下。RTL8019AS的基地址：RTL8019AS基地址由配置寄存器1中的前4位IS03~IS00決定，這里IS03~IS00的值為0000，基地址為300 H，但基地址300 H是針對器件內(nèi)部而言的，CPU的A1接到網(wǎng)卡器件的A0，所以從CPU看來網(wǎng)卡的地址左移一位成600 H，再加上Bank地址就是OxOa000600，這點(diǎn)與器件16位寬度有關(guān)。RTL8019AS寄存器尋址：寄存器尋址方式在drivergrtl8019．h文件中定義，由于RTL8019AS丁作在16位模式，寄存器的地址都需左移一位。
4．4 U-Boot根目錄下的修改
   

5 U-Boot的編譯與運(yùn)行
    系統(tǒng)配置完畢進(jìn)入U(xiǎn)—Boot主目錄，重新編譯U-Boot代碼，運(yùn)行命令：#make up44b0_config；#make。編譯成功，生成所需的U-Boot．bin二進(jìn)制文件。利用Flash燒寫工具通過JTAG接13將生成的U．Boot．bin文件燒寫到F1ash中，開發(fā)板復(fù)位，打開超級終端，如果能看到正確的啟動(dòng)信息，表明移植成功。按下任意鍵，進(jìn)人U—Boot命令行調(diào)試。

6 結(jié)語
    為了充分利用U-Boot的強(qiáng)大功能，易于下載和更新程序，采用網(wǎng)卡器件RTL8019AS，詳細(xì)給出了RTL8019AS位寬的選擇、基地址的確定以及寄存器尋址方式的修改。利用U-Boot操作Flash的能力。先將新的U-Boot文件通過tftp命令下載到升級區(qū)，調(diào)試成功后再通過erase和cp命令將新文件拷貝到Flash中，從而簡化了U-Boot的升級更新過程。通過分析U-Boot的運(yùn)行機(jī)理，研究了U-Boot在基于S3C4480開發(fā)板上的移植方法．成功地將U-Boot移植到開發(fā)板上。Bootloader是嵌入式開發(fā)的重要環(huán)節(jié)，可在此基礎(chǔ)上進(jìn)行更深入的移植開發(fā)。