NAND Flash启动的问题.docx
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NANDFlash启动的问题
从NandFlash启动U-BOOT的基本原理
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前4K的问题
如果S3C2410被配置成从NandFlash启动（配置由硬件工程师在电路板设置）,S3C2410的NandFlash控制器有一个特殊的功能,在S3C2410上电后,NandFlash控制器会自动的把NandFlash上的前4K数据搬移到4K内部SRAM中,并把0x00000000设置内部SRAM的起始地址,CPU从内部SRAM的0x00000000位置开始启动。
这个过程不需要程序干涉。
程序员需要完成的工作,是把最核心的启动程序放在NandFlash的前4K中。
启动程序的安排
由于NandFlash控制器从NandFlash中搬移到内部SRAM的代码是有限的,所以在启动代码的前4K里,我们必须完成S3C2410的核心配置以及把启动代码（U-BOOT）剩余部分搬到SDRAM中运行。
u-boot源码不支持从nandflash启动，可是s3c2410支持从nandflash启动，开发板（sbc-2410x）加电后s3c2410将nandflash的前4k（保存有u-boot的部分功能--拷贝功能--把nandflash中的内容拷贝到SDRAM）拷贝到sram（s3c2410芯片内的sram）。
这就需要修改u-boot源码，增加u-boot的功能:
使u-boot在得到执行权后能够将其自身拷贝到开发板上SDRAM中，以便处理器能够执行u-boot。
*NORFLASH地址线和数据线分开，来了地址和控制信号，数据就出来。
*NANDFlash地址线和数据线在一起，需要用程序来控制，才能出数据。
通俗的说，就是光给地址不行，要先命令，再给地址，才能读到NAND的数据。
而且都是在一个总线完成的。
NandFlash的命令、地址、数据都通过I/O口发送，管脚复用，这样做做的好处是，可以明显减少NANDFLASH的管脚数目，将来如果设计者想将NANDFLASH更换为更高密度、更大容量的，也不必改动电路板。
NANDFLASH不能够执行程序，本人总结其原因如下：
1.NANDFLASH本身是连接到了控制器上而不是系统总线上。
CPU启动后是要取指令执行的，如果是SROM、NORFLASH等之类的，CPU发个地址就可以取得指令并执行，NANDFLASH不行，因为NANDFLASH是管脚复用，它有自己的一套时序，这样CPU无法取得可以执行的代码，也就不能初始化系统了。
2.NANDFLASH是顺序存取设备，不能够被随机访问，程序就不能够分支或跳转，这样你如何去设计程序。
U-BOOT支持ARM、PowerPC等多种架构的处理器，也支持Linux、NetBSD和VxWorks等多种操作系统，主要用来开发嵌入式系统初始化代码bootloader。
bootloader是芯片复位后进入操作系统之前执行的一段代码，完成由硬件启动到操作系统启动的过渡，为运行操作系统提供基本的运行环境，如初始化CPU、堆栈、初始化存储器系统等，其功能类似于PC机的BIOS.
NAND闪存工作原理
S3C2410开发板的NAND闪存由NAND闪存控制器（集成在S3C2410CPU中）和NAND闪存芯片（K9F1208U0A）两大部分组成。
当要访问NAND闪存芯片中的数据时,必须通过NAND闪存控制器发送命令才能完成。
所以,NAND闪存相当于S3C2410的一个外设,而不位于它的内存地址区。
NAND闪存（K9F1208U0A）的数据存储结构分层为：
1设备（Device）=4096块（Block）;1块=32页/行（Page/row）;1页=528B=数据块（512B）+OOB块（16B）
在每一页中，最后16个字节（又称OOB）在NAND闪存命令执行完毕后设置状态，剩余512个字节又分为前半部分和后半部分。
可以通过NAND闪存命令00h/01h/50h分别对前半部、后半部、OOB进行定位，通过NAND闪存内置的指针指向各自的首地址。
NAND闪存的操作特点为：
擦除操作的最小单位是块；NAND闪存芯片每一位只能从1变为0，而不能从0变为1，所以在对其进行写入操作之前一定要将相应块擦除；OOB部分的第6字节为坏快标志，即如果不是坏块该值为FF，否则为坏块；除OOB第6字节外，通常用OOB的前3个字节存放NAND闪存的硬件ECC（校验寄存器）码；
从NAND闪存启动U-BOOT的设计思路
如果S3C2410被配置成从NAND闪存启动,上电后，S3C2410的NAND闪存控制器会自动把NAND闪存中的前4K数据搬移到内部RAM中,并把0x00000000设置为内部RAM的起始地址,CPU从内部RAM的0x00000000位置开始启动。
因此要把最核心的启动程序放在NAND闪存的前4K中。
由于NAND闪存控制器从NAND闪存中搬移到内部RAM的代码是有限的,所以,在启动代码的前4K里,必须完成S3C2410的核心配置，并把启动代码的剩余部分搬到RAM中运行。
在U-BOOT中,前4K完成的主要工作就是U-BOOT启动的第一个阶段（stage1）。
根据U-BOOT的执行流程图，可知要实现从NAND闪存中启动U-BOOT，首先需要初始化NAND闪存,并从NAND闪存中把U-BOOT搬移到RAM中，最后需要让U-BOOT支持NAND闪存的命令操作。
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对u-boot启动代码start.s（汇编部分）的注解。
需要注意的是代码的搬运过程。
对于从nandflash启动的s3c2410，上电后会自动从nandflash搬移4k代码（肯定包含start.s部分）到0地址的缓存（bootstone）中，然后从0地址开始读取指令并运行。
那么这4k的代码必须实现必要的初始化和u-boot代码的搬移（到sdram中），最后u-boot将在sdram中运行。
u-boot默认是从norflash或sdram中启动运行的。
原版的start.s对于代码搬移的实现如下：
1，首先读取_start的地址值（相对pc的值，特别注意adr伪指令）和_TEXT_BASE地址处TEXT_BASE的值（在连接脚本中定义的常数），以判别程序从哪里运行，是否需要搬移。
relocate:
/*relocateU-BoottoRAM*/
adrr0,_start/*r0<-currentpositionofcode*/
ldrr1,_TEXT_BASE/*testifwerunfromflashorRAM*/
cmpr0,r1
beqstack_setup
2，如果需要，搬移所有整个代码段到sdram（TEXT_BASE地址处）。
下面用于计算代码段长度和代码段终止地址。
ldrr2,_armboot_start
ldrr3,_bss_start
subr2,r3,r2/*r2<-sizeofarmboot*/
addr2,r0,r2/*r2<-sourceendaddress*/
3，如果是从nandflash启动，上述实际上只有效搬移了4k的代码到sdram，因为u-boot代码段大部分还在nandflash中。
所以需要添加从nandflash拷贝到sdram的代码。
这里由copy_myself函数实现，再次搬移了128k，并且覆盖了前次搬移的4k。
blcopy_myself
4，搬移完成后，程序必须跳到sdram中去运行。
注意下面的ldr伪指令，得到on_the_ram的绝对地址（连接完成后就是个常数值，位于sdram中），然后赋值给pc。
@jumptoram
ldrr1,=on_the_ram
addpc,r1,#0
5，跳到start_armboot（），运行第一跳c指令。
这里的ldr是普通指令，_start_armboot标号处存储了start_armboot（）函数的绝对地址（连接完就是个常数）。
到此start.s的工作完成。
on_the_ram:
#endif
/*endadd*/
ldrpc,_start_armboot
_start_armboot:
.wordstart_armboot
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#cdu-boot-1.1.6
在board/bks2410加入NANDFlash读函数，建立nand_read.c，加入如下内容（copyfromvivi）：
#viboard/sbc2410x/nand_read.c
-----------------------------------------------
#include
#define__REGb（x）（*（volatileunsignedchar*）（x））
#define__REGi（x）（*（volatileunsignedint*）（x））
#defineNF_BASE0x4e000000
#defineNFCONF__REGi（NF_BASE+0x0）
#defineNFCMD__REGb（NF_BASE+0x4）
#defineNFADDR__REGb（NF_BASE+0x8）
#defineNFDATA__REGb（NF_BASE+0xc）
#defineNFSTAT__REGb（NF_BASE+0x10）
#defineBUSY1
inlinevoidwait_idle（void）{
inti;
while（!
（NFSTAT&BUSY））
for（i=0;i<10;i++）;
}
#defineNAND_SECTOR_SIZE512
#defineNAND_BLOCK_MASK（NAND_SECTOR_SIZE-1）
/*lowlevelnandreadfunction*/
intnand_read_ll（unsignedchar*buf,
unsignedlongstart_addr,
intsize）
{
inti,j;
if（（start_addr&NAND_BLOCK_MASK）||（size&NAND_BLOCK_MASK））{
return-1;/*invalidalignment*/
}
/*chipEnable*/
NFCONF&=~0x800;
for（i=0;i<10;i++）;
for（i=start_addr;i<（start_addr+size）;）{
/*READ0*/
NFCMD=0;
/*WriteAddress*/
NFADDR=i&0xff;
NFADDR=（i>>9）&0xff;
NFADDR=（i>>17）&0xff;
NFADDR=（i>>25）&0xff;
wait_idle（）;
for（j=0;j*buf=（NFDATA&0xff）;
buf++;
}
}
/*chipDisable*/
NFCONF|=0x800;/*chipdisable*/
return0;
}
#viboard/sbc2410x/Makefile+28
-----------------------------------------------
COBJS:
=sbc2410x.oflash.o==>
COBJS:
=sbc2410x.oflash.onand_read.o
#vicpu/arm920t/start.S
-----------------------------------------------
从NandFlash中把数据拷贝到RAM,是由copy_myself程序段完成
（1）在"ldrpc,_start_armboot"之前加入（223行）：
#ifdefCONFIG_S3C2410_NAND_BOOT
blcopy_myself
@jumptoram
ldrr1,=on_the_ram
addpc,r1,#0
nop
nop
1:
b1b@infiniteloop
on_the_ram:
#endif
（2）在"_start_armboot:
.wordstart_armboot"之后加入：
#ifdefCONFIG_S3C2410_NAND_BOOT
copy_myself:
movr10,lr
@resetNAND
movr1,#NAND_CTL_BASE
ldrr2,=0xf830@initialvalue
strr2,[r1,#oNFCONF]
ldrr2,[r1,#oNFCONF]
bicr2,r2,#0x800@enablechip
strr2,[r1,#oNFCONF]
movr2,#0xff@RESETcommand
strbr2,[r1,#oNFCMD]
movr3,#0@wait
1:
addr3,r3,#0x1
cmpr3,#0xa
blt1b
2:
ldrr2,[r1,#oNFSTAT]@waitready
tstr2,#0x1
beq2b
ldrr2,[r1,#oNFCONF]
orrr2,r2,#0x800@disablechip
strr2,[r1,#oNFCONF]
@getreadtocallCfunctions（fornand_read（））
ldrsp,DW_STACK_START@setupstackpointer
movfp,#0@nopreviousframe,sofp=0
@copyvivitoRAM
ldrr0,=UBOOT_RAM_BASE
movr1,#0x0
movr2,#0x20000
blnand_read_ll
tstr0,#0x0
beqok_nand_read
#ifdefCONFIG_DEBUG_LL
bad_nand_read:
ldrr0,STR_FAIL
ldrr1,SerBase
blPrintWord
1:
b1b@infiniteloop
#endif
ok_nand_read:
#ifdefCONFIG_DEBUG_LL
ldrr0,STR_OK
ldrr1,SerBase
blPrintWord
#endif
@verify
movr0,#0
ldrr1,=UBOOT_RAM_BASE
movr2,#0x400@4bytes*1024=4K-bytes
go_next:
ldrr3,[r0],#4
ldrr4,[r1],#4
teqr3,r4
bnenotmatch
subsr2,r2,#4
beqdone_nand_read
bnego_next
notmatch:
#ifdefCONFIG_DEBUG_LL
subr0,r0,#4
ldrr1,SerBase
blPrintHexWord
ldrr0,STR_FAIL
ldrr1,SerBase
blPrintWord
#endif
1:
b1b
done_nand_read:
#ifdefCONFIG_DEBUG_LL
ldrr0,STR_OK
ldrr1,SerBase
blPrintWord
#endif
movpc,r10
@clearmemory
@r0:
startaddress
@r1:
length
mem_clear:
movr2,#0
movr3,r2
movr4,r2
movr5,r2
movr6,r2
movr7,r2
movr8,r2
movr9,r2
clear_loop:
stmiar0!
{r2-r9}
subsr1,r1,#（8*4）
bneclear_loop
movpc,lr
#endif@CONFIG_S3C2410_NAND_BOOT
（3）在文件的最后加入：
.align2
DW_STACK_START:
.wordSTACK_BASE+STACK_SIZE-4
#viinclude/configs/sbc2410x.h
-----------------------------------------------
（1）将CONFIG_SERVERIP设置为主机IP
这样以后在通过网络下载内核映像时，就不用就该IP地址了。
（这一项修改与nandflash没有关系）
#defineCONFIG_SERVERIP192.168.0.240
（2）在文件末尾添加如下内容
/*
*NandflashBoot
*/
#defineCONFIG_S3C2410_NAND_BOOT1
#defineSTACK_BASE0x33f00000
#defineSTACK_SIZE0x8000
#defineUBOOT_RAM_BASE0x33f80000
/*NANDFlashController*/
#defineNAND_CTL_BASE0x4E000000
#definebINT_CTL（Nb）__REG（INT_CTL_BASE+（Nb））
/*Offset*/
#defineoNFCONF0x00
#defineoNFCMD0x04
#defineoNFADDR0x08
#defineoNFDATA0x0c
#defineoNFSTAT0x10
#defineoNFECC0x14
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