s3c6410_uboot中的代码重定位（nand->sdram）

本文仅探讨s3c6410从nand flash启动u-boot时的代码重定位过程

参考：

1）《USER'S MANUAL-S3C6410X》第二章 MEMORY MAP 第八章 NAND FLASH CONTROLLER

2）u-boot源码：

u-boot-x.x.x/board/samsumg/smdk6410/lowlevel_init.S

u-boot-x.x.x/cpu/s3c64xx/start.S

u-boot-x.x.x/cpu/s3c64xx/nand_cp.c

代码重定位过程简述

由于在nand flash中无法运行代码，所以当开发板从nand flash启动时，我们需要将存储在外设nand flash中的u-boot代码搬运到sdram中运行，如何完成这个搬运工作呢？这需要借助一个跳板，即“stepping stone”，它是s3c6410的一块内置sram，开发板上电时，nand flash控制器自动将nand flash的前8K的内容拷贝到sram中并执行，这一小段启动代码除了初始化硬件外，最重要的一个工作就是将nand flash中的所有u-boot代码拷贝（即重定位）到sdram的指定地址上去，然后跳转到sdram中执行。

重定位代码解析：

1）nand接口初始化

u-boot启动时，首先执行相应硬件平台的start.S，start.S中调用lowlevel_init对时钟，uart，nand，mmu等底层硬件作初始化。

start.S:

...
bl    lowlevel_init    /* go setup pll,mux,memory */
...

lowlevel_init.S:

...
/*
 * Nand Interface Init for SMDK6400 */
nand_asm_init:
    ldr    r0, =ELFIN_NAND_BASE
    ldr    r1, [r0, #NFCONF_OFFSET]
    orr    r1, r1, #0x70
    orr    r1, r1, #0x7700
    str     r1, [r0, #NFCONF_OFFSET]

    ldr    r1, [r0, #NFCONT_OFFSET]
    orr    r1, r1, #0x03
    str     r1, [r0, #NFCONT_OFFSET]

    mov    pc, lr
...

2）代码重定位

从nand flash启动时，重定位代码如下：

start.S:

/* when we already run in ram, we don't need to relocate U-Boot.
     * and actually, memory controller must be configured before U-Boot
     * is running in ram.
     */
    ldr    r0, =0xff000fff
    bic    r1, pc, r0        /* r0 <- current base addr of code */
    ldr    r2, _TEXT_BASE        /* r1 <- original base addr in ram */
    bic    r2, r2, r0        /* r0 <- current base addr of code */
    cmp     r1, r2                  /* compare r0, r1                  */
    beq     after_copy        /* r0 == r1 then skip flash copy   */

#ifdef CONFIG_BOOT_NAND
    mov    r0, #0x1000
    bl    copy_from_nand
#endif

r1存放当前代码运行的起始地址，r2存放u-boot即将在sdram中运行的地址，如果两个地址相等，说明此时u-boot已经在sdram中运行了，无需再执行从nand拷贝数据到sdram的动作；否则，此时u-boot还在它的临时住所sram中执行，此地不可久留，需要执行copy_from_nand将u-boot代码完完整整地拷贝到sdram中去，然后跳转到sdram中去执行剩下的代码。

/*
 * copy U-Boot to SDRAM and jump to ram (from NAND or OneNAND)
 * r0: size to be compared
 * Load 1'st 2blocks to RAM because U-boot's size is larger than 1block(128k) size
 */
    .globl copy_from_nand
copy_from_nand:
    mov    r10, lr        /* save return address */

    mov    r9, r0
    /* get ready to call C functions */
    ldr    sp, _TEXT_PHY_BASE    /* setup temp stack pointer */
    sub    sp, sp, #12
    mov    fp, #0            /* no previous frame, so fp=0 */
    mov    r9, #0x1000
    bl    copy_uboot_to_ram

3:    tst     r0, #0x0
    bne    copy_failed

    ldr    r0, =0x0c000000
    ldr    r1, _TEXT_PHY_BASE
1:    ldr    r3, [r0], #4
    ldr    r4, [r1], #4
    teq    r3, r4
    bne    compare_failed    /* not matched */
    subs    r9, r9, #4
    bne    1b

4:    mov    lr, r10        /* all is OK */
    mov    pc, lr

copy_failed:
    nop            /* copy from nand failed */
    b    copy_failed

compare_failed:
    nop            /* compare failed */
    b    compare_failed

真正执行拷贝动作的是copy_uboot_to_ram函数，它定义在u-boot-x.x.x/cpu/s3c64xx/nand_cp.c中，

int copy_uboot_to_ram (void)
{
    int large_block = 0;
    int i;
    vu_char id;
    
        NAND_ENABLE_CE();
        NFCMD_REG = NAND_CMD_READID;
        NFADDR_REG =  0x00;

    /* wait for a while */
        for (i=0; i<200; i++);
    id = NFDATA8_REG;
    id = NFDATA8_REG;

    if (id > 0x80)
        large_block = 1;

    /* read NAND Block.
     * 128KB ->240KB because of U-Boot size increase. by scsuh
     * So, read 0x3c000 bytes not 0x20000(128KB).
     */
    return nandll_read_blocks(CFG_PHY_UBOOT_BASE, 0x3c000, large_block);
}

nand flash支持两种页大小，512B和2KB，large_block = 0时，页大小为512字节，large_block = 1时，页大小为2K字节。nandll_read_blocks拷贝nand flash从第0页开始的0x3c00（240K）大小的数据到sdram的CFG_PHY_UBOOT_BASE地址处。

/*
 * Read data from NAND.
 */
static int nandll_read_blocks (ulong dst_addr, ulong size, int large_block)
{
        uchar *buf = (uchar *)dst_addr;
        int i;
    uint page_shift = 9;

    if (large_block)
        page_shift = 11;

        /* Read pages */
        for (i = 0; i < (0x3c000>>page_shift); i++, buf+=(1<<page_shift)) {
                nandll_read_page(buf, i, large_block);
        }

        return 0;
}

首先根据large_block判断nand flash一个页的大小，从而计算需要拷贝的页的数量，即需要拷贝(0x3c000>>page_shift)个页，nandll_read_page每次只拷贝一个页的数据。

/*
 * address format
 *              17 16         9 8            0
 * --------------------------------------------
 * | block(12bit) | page(5bit) | offset(9bit) |
 * --------------------------------------------
 */

static int nandll_read_page (uchar *buf, ulong addr, int large_block)
{
        int i;
    int page_size = 512;

    if (large_block)
        page_size = 2048;

        NAND_ENABLE_CE();

        NFCMD_REG = NAND_CMD_READ0;

        /* Write Address */
        NFADDR_REG = 0;

    if (large_block)
            NFADDR_REG = 0;

    NFADDR_REG = (addr) & 0xff;
    NFADDR_REG = (addr >> 8) & 0xff;
    NFADDR_REG = (addr >> 16) & 0xff;

    if (large_block)
        NFCMD_REG = NAND_CMD_READSTART;

        NF_TRANSRnB();

    /* for compatibility(2460). u32 cannot be used. by scsuh */
    for(i=0; i < page_size; i++) {
                *buf++ = NFDATA8_REG;
        }

        NAND_DISABLE_CE();
        return 0;
}

从nand flash中读取数据的流程为片选（NAND_ENABLE_CE）->发读命令（NFCMD_REG）->发地址（NFADDR_REG）->发读命令（NFCMD_REG）->等待数据可读（NF_TRANSRnB）->读数据（NFDATA8_REG）。由于每次从NFDATA8_REG中只可读取1个字节的数据，所以拷贝一页需要读取512或2048次。

 

当执行完copy_uboot_to_ram返回到start.S时，nand flash中的代码重定位便完成了，此后程序跳转到sdram中执行，stepping stone的职责就此结束。