初始化启动过程分析

1、今天我们讨论一下PXA255芯片的bootloader的初始化过程，也就是start_xscale.S的汇编文件中包含的内容。E1开发板的硬件配置是这样的，400M Turbo模式运行的PXA255处理器，32M Flash和64M SDRAM。start_xscale.S包含的主要内容是系统上电后的初始化过程，依次为：屏蔽硬件中断、初始化GPIO引脚、初始化Flash和SDRAM、拷贝bootloader代码到SDRAM中、拷贝内核代码到SDRAM中、最后跳转到bootloader的main程序中去执行。关于PXA255芯片的详细信息请参阅PXA255 Developers Manual。&

2、#160;1 屏蔽硬件中断ldr     r12, =INTERRUPT_CONTROL_BASE        ldr     r0, =0x00000000        str     r0, r12, #ICMR        str  &#

3、160;  r0, r12, #ICLR这一部分的代码很简单，即使将中断屏蔽寄存器ICMR置0，屏蔽所有硬件中断。 2 初始化GPIO引脚gpio_init:ldr     r12, =GPIO_BASE    ldr     r0, =GAFR0L_VALUE    str     r0, r12, #GAFR0_L    ldr   

4、  r0, =GAFR0U_VALUE    str     r0, r12, #GAFR0_U     ldr     r0, =GAFR1L_VALUE    str     r0, r12, #GAFR1_L    ldr     r0, =GAFR1U_VALUE  &#

5、160; str     r0, r12, #GAFR1_U     ldr     r0, =GAFR2L_VALUE    str     r0, r12, #GAFR2_L    ldr     r0, =GAFR2U_VALUE    str     r0, r

6、12, #GAFR2_U     ldr     r0, =GPSR0_VALUE    str     r0, r12, #GPSR0    ldr     r0, =GPSR1_VALUE    str     r0, r12, #GPSR1    ldr 

7、0;   r0, =GPSR2_VALUE    str     r0, r12, #GPSR2     ldr     r0, =GPCR0_VALUE    str     r0, r12, #GPCR0    ldr     r0, =GPCR1_VALUE  &

8、#160; str     r0, r12, #GPCR1    ldr     r0, =GPCR2_VALUE    str     r0, r12, #GPCR2     ldr     r0, =GPDR0_VALUE    str     r0, r12, #

9、GPDR0    ldr     r0, =GPDR1_VALUE    str     r0, r12, #GPDR1    ldr     r0, =GPDR2_VALUE    str     r0, r12, #GPDR2 / Clear the peripheral control register

10、 bits, so that we can use gpio as configured above   ldr     r1, =PSSR   ldr     r2, =(PSSR_RDH | PSSR_PH)   str     r2, r1           mov     pc,

11、 lr 这里我们着重讨论关于GPIO的功能寄存器的设置，也就是GAFR寄存器，有几个问题要注意：1 静态存储器空间nCS0的片选信号没有与GPIO脚复用，这是因为由于芯片当复位时自动跳转到地址0运行，因此对这一块地址需要专用的片选信号。其它静态存储器空间（nCS1:5）的片选信号都与GPIO脚复用，即也可用做一般功能的GPIO，当系统有外部设备需要访问时（如FLASH、具有FIFO的专用芯片等），可以将该块地址的片选用对应GPIO引脚来代替。2 GPIO18被设置为RDY信号输入，如果芯片外接VLIO设备的话，需要用到该信号。 该段代码最后通过向PSSR寄存器的RDH和PH

12、位写1来清零该位，这时候GPIO才可以按照上面的配置进行工作。 3初始化存储器3.1 下面我们开始讨论Flash和SDRAM的初始化，在配置这二者之前，首先要做一些系统时钟方面的处理。init_sdram:mov    r10, lr     ldr     r12, =CLOCK_MANAGER_BASE     ldr     r0, =CKEN_VALUE   

13、 str     r0, r12, #CKEN    ldr     r0, =OSCC_VALUE /The 32.768k oscillator clocks the RTC and PM.    str     r0, r12, #OSCC上面的代码首先配置CKEN寄存器，屏蔽除了FFUART之外所有设备的时钟信号，FFUART之所以被使能是因为现在需要串口工作。接着代码配置OSCC寄存器，选择32.

14、768K的晶振作为RTC和Power_Manager的同步信号。 3.2#if 1    ldr r0, =CCCR_VALUE    str r0, r12, #CCCR    mov r1, #3    mcr p14, 0, r1, c6, c0, 0 /Enter Frequency Change Sequence, turbo mode is set at the same time /set O

15、S count value to 0ldr r1, =OSCR         ldr r0, =0    str r0, r1     ldr r0, =0x300      /wait for 0x300 OS countswait_for_clock:    ldr r2, r1    cmp

16、 r0, r2    bne wait_for_clock#endif代码接着配置CCCR寄存器，也就是设置我们常说的L,M,N值，分别设置为27，2，2，这样配置完毕后的各频率值为：内存频率 = 3.6864 x 27 = 100MHz运行模式频率 = 内存频率 x 2 = 200MHzTurbo模式频率 = 运行模式频率 x 2 =400MHz接下来通过设置协处理器14的寄存器6CCLKCFG，将处理器模式设置为Turob模式，然后进入频率改变时序，最后等待0x300个OS记数直到频率设置成功。 3.3/Step 1 in Int

17、el's code    ldr     r12, =MEM_CTL_BASE     ldr     r0, =MSC0_VALUE    str     r0, r12, #MSC0     ldr     r0, =MSC1_VALUE    str

18、60;    r0, r12, #MSC1    ldr     r0, r12, #MSC1     ldr     r0, =MSC2_VALUE    str     r0, r12, #MSC2    ldr     r0, r12, #MSC2  &

19、#160;  ldr     r0, =MECR_VALUE    str     r0, r12, #MECR     ldr     r0, =MCMEM0_VALUE    str     r0, r12, #MCMEM0     ldr    

20、; r0, =MCMEM1_VALUE    str     r0, r12, #MCMEM1     ldr     r0, =MCATT0_VALUE    str     r0, r12, #MCATT0     ldr     r0, =MCATT1_VALUE  

21、60; str     r0, r12, #MCATT1     ldr     r0, =MCIO0_VALUE    str     r0, r12, #MCIO0     ldr     r0, =MCIO1_VALUEstr     r0, r12, #MCIO1接下来代码配置Fl

22、ash和16位PC Card接口参数，其中的MSC0:2寄存器包含Flash的配置参数，剩下的寄存器配置16位PC Card。其中对Flash的配置设计到几个关键的参数，分别是： 通过查看CPU外接的Flash类型的具体资料，配置以上参数。 3.4 下面的代码主要配置SDRAM的参数，也是bootloader中比较复杂的地方。ldr     r0, =MDREFR_VALUEldr     r3, r12, #MDREFR    ldr  

23、60;  r1, =0xFFF    and     r0, r0, r1    / Make the DRI we read from MDREFR what MDREFR_VALUE says it is.   / We also Free KXFREE the free running bits.    bic     r3, r3, r1    bic

24、0;   r3, r3, #0x03800000    orr     r3, r3, r0         /Write it backstr     r3, r12, #MDREFR首先从MDREFR寄存器中得到当前值，在此基础上设置DRI（SDRAM刷新间隔）值，关于DRI值的计算在PXA255 Develops Manual中是这样的：(Refresh time / rows)

25、x Memory clock frequency / 32.目前公认的标准是，存储体中电容的数据有效保存期上限是64ms，也就是说每一行刷新的循环周期是64ms。这样刷新速度就是：64ms/行数量。由于行地址有13位（在MDCNFG寄存器的DRAC01:0中设置，需要与硬件一致），所以每行的的刷新时间为64ms/21364ms/8192 = 7.8125s,那么7.8125s x 100MHz / 32 = 0x018,这样就得到了系统的DRI值。然后代码将MDREFR:KxFree位清零。 ldr r0, =MDREFR_VALUE    l

26、dr r1, =0xF6000 / Mask of SDCLK's settings minus EXPIN    and r0, r0, r1    bic r3, r3, r1    orr r3, r3, r0     str r3, r12, #MDREFR    ldr r3, r12, #MDREFR由于板子上没有使用同步SRAM,因此不需要配置SXCNFG

27、寄存器。这段代码设置MDREFR寄存器的KxRUN和KxDB2位，禁用SDCLK0,SDCLK2,只使能SDCLK1，这是因为参照PXA255 Developers Manual文档说明，SDCLK0被分配给SRAM，SDCKL1和SDCLK2分别被SDRAM区域的Bank0,1和Bank2,3使用，由于我们的PXA255板子上面使用异步Flash，同时SDRAM区域只有Bank0上贴了64M，所以只需要使能SDCLK1信号。接着代码将SDCLK1的频率设置为1/2内存频率。 bic     r3, r3, #0x00400000str

28、0;    r3, r12, #MDREFR禁止自刷新模式(Self-Refresh)。这里我们讨论一下SDRAM的刷新。刷新操作分为两种：自动刷新（Auto Refresh，简称AR）与自刷新（Self Refresh，简称SR）。不论是何种刷新方式，都不需要外部提供行地址信息，因为这是一个内部的自动操作。SR则主要用于休眠模式低功耗状态下的数据保存，这方面最著名的应用就是STR（Suspend to RAM，休眠挂起于内存）。在发出AR命令时，将CKE置于无效状态，就进入了SR模式，此时不再依靠系统时钟工作，而是根据内部的时钟进行刷新操作。在SR期间除了CKE

29、之外的所有外部信号都是无效的（无需外部提供刷新指令），只有重新使CKE有效才能退出自刷新模式并进入正常操作状态。 ldr  r0, =MDREFR_VALUE    ldr  r1, =0x03809000    and  r0, r0, r1    orr  r3, r3, r0    str    r3, r12, #MDREFR  

30、  nopnop将SDCKE0禁用，将SDCKE1使能，原因与上面讨论的SDCLKx设置一样。 ldr     r0, =MDCNFG_VALUE     /disable all sdram banks    bic     r0, r0, #0x00000003    bic     r0, r0, #0x00030000  

31、0;  /program banks 0/1 for 32 bit bus width    bic     r0, r0, #0x00000004    / test with 16 bit bus width/ orr r0, r0, #0x00000004     /write MDCNFG, without enabling SDRAM banks    str   &

32、#160; r0, r12, #MDCNFG     /Step 5 in Intel's code    ldr     r0, =OSCRmov r1, #0    str r1, r0     /pause for approx 200 usecs    ldr     r4, =0x300sdram_dly:&#

33、160;   ldr     r1, r0    cmp     r4, r1bgt     sdram_dly上面的代码配置MDCNFG内容，首先将SDRAM的4个分区(Bank)屏蔽，数据宽度为32位。另外配置了外接SDRAM芯片的与CAS潜伏期有关的参数，这些参数包括：CL：在选定列地址(CAS有效)后，就已经确定了具体的存储单元，剩下的事情就是数据通过数据I/O通道（DQ）输出到内存总线上了。但是在CAS发出之后，仍要

34、经过一定的时间才能有数据输出，从CAS与读取命令发出到第一笔数据输出的这段时间，被定义为CL（CAS Latency，CAS潜伏期）。由于CL只在读取时出现，所以CL又被称为读取潜伏期（RL，Read Latency）。tRP: 在发出预充电命令之后，要经过一段时间才能允许发送RAS行有效命令打开新的工作行，这个间隔被称为tRP（Precharge command Period，预充电有效周期）。tRCD: 在发送列读写命令时必须要与行有效命令有一个间隔，这个间隔被定义为tRCD，即RAS to CAS Delay（RAS至CAS延迟），也可以理解为行选通周期。tRAS: （Active to

35、 Precharge Command，行有效至预充电命令间隔周期）。tRC: 包括行单元开启和行单元刷新在内的整个过程所需要的时间，(Row Cycle Time，SDRAM行周期时间) 。以上各参数单位为内存时钟周期数。 /turn everything off    mov     r0, #0x78    mcr     p15, 0, r0, c1, c0, 0    /Access me

36、mory that has not been enabled for CBR refresh cycles (8)Ldr    r0, =SDRAM_BASE    str     r0, r0    str     r0, r0    str     r0, r0    str    

37、r0, r0    str     r0, r0    str     r0, r0    str     r0, r0    str     r0, r0这段代码首先将通过协处理器15，将片内数据缓冲禁用，同时禁用burst模式读写数据。禁用缓冲主要是为了使下面数据的写操作可以按顺序依次执行。接着代码进行8次数据的写

38、操作，这导致8次芯片的CBR刷新，即上面提到的AR刷新。接着，用户可以自己的需要再将数据缓冲使能，这里我们没有进行该使能操作。 ldr     r0, r12, #MDCNFG     /enable bank 0 (what about bank 1?)    orr     r0, r0, #0x00000001    str     r0, r12, #MDCN

39、FG     /write MDMRS again    ldr     r0, =MDMRS_VALUEstr     r0, r12, #MDMRS接着代码使能SDRAM的Bank0，然后配置MDMRS寄存器。在SDRAM芯片内部还有一个逻辑控制单元，并且有一个模式寄存器为其提供控制参数。因此，每次开机时SDRAM都要先对这个控制逻辑核心进行初始化，也就是配置MDMRS寄存器。寄存器的信息由地址线来提供。在设置到模式寄存器之后，芯片就开始了进

40、入正常的工作状态， ldr     r0, r12, #MDREFR    ldr    r11, =0xFFEFFFFFand     r0, r0, r11str     r0, r12, #MDREFRmov     pc, r10清空APD位。 至此，完成CPU的存储器接口的配置工作。 4 bootloader从Flash到SDRAM的拷贝

41、copy_to_ram:mov r8, lr ldr    r0, =0    ldr    r1, =_ld_text_start    ldr    r2, =_ld_text_and_data_size copy_loop:ldr    r3, r0    str    r3, r1    a

42、dd    r0, r0, #4    add    r1, r1, #4    subs    r2, r2, #4    bne    copy_loop     mov     pc, r8上面的代码完成将Bootloader程序从Flash到SDRAM的拷贝工作，之所以要进行该拷贝，是因为SDRAM的运行速度要

43、远远高于Flash，因此加快了bootloader的运行速度。这里要注意的是ld_text_start和ld_text_and_data_size两个变量的含义，要理解这两个变量，我们首先要看看ld-xscale文件的内容和作用。内核可执行文件由许多链接在一起的对象文件组成。对象文件有许多节，如文本、数据、init数据、bss等等。这些对象文件都是由一个称为链接器脚本的文件链接并装入的。这个链接器脚本的功能是将输入对象文件的各节映射到输出文件中；换句话说，它将所有输入对象文件都链接到单一的可执行文件中，将该可执行文件的各节装入到指定地址处。ld-xscale就是bootloader的链接器脚本

44、，它负责链接bootloader可执行程序的各个节并将它们装入内存中特定偏移量处。好了，了解了ld-xscale文件的作用之后，我们来看看其中和上面的代码有关的内容。.text 0xA4000000 - 0x80000:          _ld_text_start = .;      *(.text)      *(.got)      *(.got.pld)      *(.rodata)      _ld_text_end = .;   。_ld_text_and_data_size = SIZEOF(.text) + SIZEOF(.data);这里代表的是bootloader可执行文件的代码段(text)的链接信息，很明显，_ld_text_and_data_size代表的是bootlo