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TQ210裸机编程(5)——S5PV210启动流程和系统时钟配置

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freewing 发表于 2014-6-8 00:59:24 | 显示全部楼层 |阅读模式
之前都是把程序直接下载到DDR内存,然后直接跳转到内存去运行,之所以可以运行是因为开发板自带的u-boot已经初始化好了DDR内存、时钟等。由于u-boot已经初始化好了时钟,因此这次实验就不能像之前那样操作了,而需要把程序直接烧写到SD卡,然后从SD卡启动。




S5PV210启动流程:

查看S5PV210芯片手册和《S5PV210_iROM_ApplicationNote_Preliminary_20091126》

可以通过配置OM引脚选择如下任意一个设备启动
• General NAND Flash memory
•OneNAND memory
• SD/ MMC memory (such as MoviNAND and iNAND)
•eMMC memory
•eSSD memory
• UART and USB devices





在系统复位时,CPU从固化在片内ROM里的代码开始执行,然而系统复位可能不是在启动时,也可能在被唤醒时,因此IROM Code必须根据复位状态做出适当的处理。






• iROM代码放在片内64KB ROM中。它初始化基本的系统功能,比如时钟,栈,堆。


• iROM代码从从指定的启动设备(NAND/SD/NOR等)加载第1阶段boot loader(BL1)到片内96KB的SRAM。启动设备通过OM引脚选择。


• 第1阶段的boot loader(BL1)加载第2阶段的boot loader(BL2)到片内SRAM


• 第2阶段boot loader(BL2)初始化系统时钟,UART和DRAM控制器。初始化DRAM后,它从启动设备加载操作系统镜像到DRAM。


• 当启动完成后,第2阶段boot loader(BL2)跳转到操作系统去执行。




程序开始于iROM,然后到SRAM,最终程序在DRAM中执行。

iROM(BL0)启动序列如下:

1.  关闭看门狗
2.  初始化指令icache.
3.  初始化栈和堆
4.  初始化块设备拷贝函数
5.  设置时钟分频, 锁定时间, 锁相环(PLL)和时钟源.
6.  检测OM引脚选择从哪个设备启动,然后从启动设备加载BL1(最大16KB)到iRAM


7.  对BL1的校验和进行验证,如果验证失败,iROM将尝试从第2个设备启动
8.  如果是安全模式启动,则对BL1进行完整性验证

9. 跳转到BL1的起始地址(0xD0020010)

iRAM(BL1)启动序列如下:

1. 从启动设备加载BL2(最大80KB)到iRAM

2. 初始化系统时钟,UART,DRAM

3. 从启动设备加载OS到DRAM

4. 跳转到DRAM中的OS执行(0x2000000 或 0x40000000)




iROM在加载BL1时会校验BL1的头信息,规定如下

0x0:BL1的大小(最大16KB - 16B)

0x4 : 0 规定

0x8 : BL1的校验和

0x16 : 0 规定

所以我们在生成led.bin后,还需要添加16B的头信息。

校验和计算方法见《S5PV210_iROM_ApplicationNote_Preliminary_20091126》





[cpp] view plaincopy
01.for(count=0;count< dataLength;count+=1)   
02.{   
03.    buffer = (*(volatile u8*)(uBlAddr+count));   
04.    checkSum = checkSum + buffer;   
05.}   

- count             unsigned int 类型的变量.
- dataLength    unsigned int类型的变量。它包含BL1的大小.
- buffe              unsigned short 类型的变量。 它用来从BL1中读取一个字节.
- checksum      unsigned int 类型的变量。它包含BL1的和.



注意:《S5PV210_iROM_ApplicationNote_Preliminary_20091126》中有这样一段描述



SD/MMC拷贝函数,我的判断是:在iROM从SD卡加载BL1时,使用的就是这个函数,注意里面的关键参数

param u16 blockSize : Number of blocks to copy.
拷贝多少块,也就是说在iROM从SD卡加载BL1时是按块的整数倍拷贝的,而不是按字节拷贝。再接着看



从这可以看出一个块的大小是512字节,而且第0块保留不用,我们需要将led.bin 从第1块开始烧写。

所以BL1的头信息的BL1的大小(包括头信息16B的大小)应该是512的整数倍。我刚开始没有注意到这点,在制作头信息时按led.bin的实际大小(多少字节)来填充第0字节,导致iROM校验失败,没法启动。




时钟配置:

S5PV210由3个时钟域构成,分别是主系统(MSYS),显示系统(DSYS),外围系统(PSYS)。

1.MSYS域包括Cortex A8核、DRAM内存控制器、3D、iROM、iRAM、INTC等。

2.DSYS域包括显示相关模块,包括FIMC、FIMD、JPEG等。

3.PSYS域用于安全、I/O外围、低功耗的声音播放等。


如下图所示



S5PV210包含4个锁相环(APLL、MPLL、EPLL、VPLL)

手册上建议使用24MHz的晶振为4个PLL提供输入时钟。

在S5PV210中的典型应用:

&#8226; Cortex A8 and MSYS clock domain uses APLL (that is, ARMCLK, HCLK_MSYS, and PCLK_MSYS).
&#8226; DSYS and PSYS clock domain (that is, HCLK_DSYS, HCLK_PSYS, PCLK_DSYS, and PCLK_PSYS) and
other peripheral clocks (that is, audio IPs, SPI, and so on) use MPLL and EPLL.
&#8226; Video clocks uses VPLL.


手册推荐的时钟

&#8226;freq(ARMCLK) = 1000 MHz
&#8226;freq(HCLK_MSYS) = 200 MHz
&#8226;freq(HCLK_IMEM) = 100 MHz
&#8226;freq(PCLK_MSYS) = 100 MHz
&#8226;freq(HCLK_DSYS) = 166 MHz
&#8226;freq(PCLK_DSYS) = 83 MHz
&#8226;freq(HCLK_PSYS) = 133 MHz
&#8226;freq(PCLK_PSYS) = 66 MHz
&#8226; freq(SCLK_ONENAND)   = 133 MHz, 166 MHz

PLL:

&#8722; APLL 用来驱动 MSYS 域 和 DSYS 域. 它能产生高达 1 GHz的频率
&#8722; MPLL用来驱动 MSYS 域和 DSYS 域.它能产生高达 2 GHz的频率
&#8722; EPLL 主要用来产生 声音相关的时钟.
&#8722; VPLL主要用来产生视频系统操作的时钟, 54 MHz.  
&#8722; 典型的, APLL 驱动MSYS域,MPLL 驱动DSYS 域.


时钟配置步骤如下:

Turn on a PLL
(A,M,E,V)PLL_CON[31] = 1; // Power on a PLL (Refer to (A, M, E, V) PLL_CON SFR)


wait_lock_time;   // Wait until the PLL is locked


(A, M, E, V)PLL_SEL = 1; // Select the PLL output clock instead of input reference clock, after PLL  
   output clock is stabilized. (Refer to 0, 4, 8, 12th bit of CLK_SRC0 SFR)


Once you turned on any PLL, do not turn off that.  


Change PLL’s PMS values
Set PMS values;   // Set PDIV, MDIV, and SDIV values
(Refer to (A, M, E, V) PLL_CON SFR)


Change the system clock divider values
CLK_DIV0 [31:0] = target value0;

Change the divider values for special clocks
CLK_DIV1 [31:0] = target value1;
CLK_DIV2 [31:0] = target value2;



代码如下:

start.S





[cpp] view plaincopy
01..global _start              /* 声明一个全局的标号 */  
02._start:  
03.    bl clock_init           /* 时钟初始化 */  
04.    bl main                 /* 跳转到C函数去执行 */  
05.halt:  
06.    b halt  


问:为什么start.S中没有像S3C2440那样首先关闭看门狗、为调用C函数设置栈这些操作?

答:因为在iROM里的代码已经帮我们做好了这些,包括基本的时钟初始化。

iROM初始化的时钟配置如下:




clock.c





[cpp] view plaincopy
01.#define APLLCON0        *((volatile unsigned int *)0xE0100100)  
02.#define MPLLCON         *((volatile unsigned int *)0xE0100108)  
03.#define EPLLCON0        *((volatile unsigned int *)0xE0100110)  
04.#define VPLLCON         *((volatile unsigned int *)0xE0100120)  
05.#define CLK_SRC0        *((volatile unsigned int *)0xE0100200)  
06.#define CLK_DIV0        *((volatile unsigned int *)0xE0100300)  
07.#define CLK_DIV1        *((volatile unsigned int *)0xE0100304)  
08.#define CLK_DIV2        *((volatile unsigned int *)0xE0100308)  
09.#define CLK_DIV3        *((volatile unsigned int *)0xE010030C)  
10.  
11.void clock_init()  
12.{  
13.    /* 1、设置PLL_LOCK寄存器(这里使用默认值) */  
14.    /* 2、设置PLL_CON寄存器(使用芯片手册推荐的值) */  
15.    APLLCON0    = (1 << 0) | (3 << 8) | (125 << 16) | (1 << 31);    /* FOUTAPLL = 1000MHz */  
16.    MPLLCON     = (1 << 0) | (12 << 8) | (667 << 16) | (1 << 31);   /* FOUTMPLL = 667MHz */  
17.    EPLLCON0    = (1 << 0) | (12 << 8) | (667 << 16) | (1 << 31);   /* FOUTEPLL = 96MHz */  
18.    VPLLCON     = (3 << 0) | (6 << 8) | (108 << 16) | (1 << 31);    /* FOUTVPLL = 54MHz */  
19.      
20.    /* 3、选择PLL为时钟输出 */  
21.    /* MOUT_MSYS = SCLKAPLL = 1000MHz
22.    ** MOUT_DSYS = SCLKMPLL = 667MHz
23.    ** MOUT_PSYS = SCLKMPLL = 667MHz
24.    */  
25.    CLK_SRC0 = (1 << 0) | (1 << 4) | (1 << 8) | (1 << 12);  
26.      
27.    /* 4、设置系统时钟分频值 */  
28.    /* freq(ARMCLK) = MOUT_MSYS / (APLL_RATIO + 1) = 1000MHz / (0 + 1) = 1000MHz
29.    ** freq(HCLK_MSYS) = ARMCLK / (HCLK_MSYS_RATIO + 1) = 1000MHz / (4 + 1) = 200MHz
30.    ** freq(PCLK_MSYS) = HCLK_MSYS / (PCLK_MSYS_RATIO + 1) = 200MHz / (1 + 1) = 100MHz
31.    ** freq(HCLK_DSYS) = MOUT_DSYS / (HCLK_DSYS_RATIO + 1) = 667 / (3 + 1) = 166MHz
32.    ** freq(PCLK_DSYS) = HCLK_DSYS / (PCLK_DSYS_RATIO + 1) = 166 / (1 + 1) = 83MHz
33.    ** freq(HCLK_PSYS) = MOUT_PSYS / (HCLK_PSYS_RATIO + 1) = 667 / (4 + 1) = 133MHz
34.    ** freq(PCLK_PSYS) = HCLK_PSYS / (PCLK_PSYS_RATIO + 1) = 133 / (1 + 1) = 66MHz
35.    */  
36.    CLK_DIV0 = (0 << 0) | (4 << 8) | (1 << 12) | (3 << 16) | (1 << 20) | (4 << 24) | (1 << 28);  
37.}  


led.c





[cpp] view plaincopy
01.#define GPC0CON     *((volatile unsigned int *)0xE0200060)  
02.#define GPC0DAT     *((volatile unsigned int *)0xE0200064)  
03.  
04.void delay(volatile unsigned int t)  
05.{  
06.    volatile unsigned int t2 = 0xFFFF;  
07.    while (t--)  
08.        for (; t2; t2--);  
09.}  
10.  
11.int main()  
12.{  
13.    int toggle = 0;  
14.    GPC0CON &= ~(0xFF << 12);  
15.    GPC0CON |= 0x11 << 12;    // 配置GPC0_3和GPC0_4为输出  
16.      
17.    while (1)  
18.    {  
19.        GPC0DAT &= ~(0x3 << 3);       // 熄灭LED1和LED2  
20.         
21.        if (toggle)  
22.            GPC0DAT |= 1 << 3;        // 点亮LED1  
23.        else  
24.            GPC0DAT |= 1 << 4;        // 点亮LED2  
25.         
26.        toggle = !toggle;  
27.        delay(0x50000);  
28.    }  
29.      
30.    return 0;  
31.}  




Makefile





[cpp] view plaincopy
01.led.bin: start.o clock.o led.o  
02.    arm-linux-ld -Ttext 0xD0020010 -o led.elf $^  
03.    arm-linux-objcopy -O binary led.elf $@  
04.    arm-linux-objdump -D led.elf > led.dis  
05.      
06.%.o : %.c  
07.    arm-linux-gcc -c $< -o $@  
08.%.o : %.S  
09.    arm-linux-gcc -c $< -o $@  
10.      
11.clean:  
12.    rm *.o *.elf *.bin *.dis  




执行make后生成led.bin

addheader.c用于构造带有头信息的bin文件



[cpp] view plaincopy
01./*
02.** 在BL0阶段,iROM内固化的代码读取nandflash或SD卡前面最大16K的内容(即BL1)到iRAM,
03.** 并比对前16字节中的校验和是否正确,正确则继续,错误则尝试启动下一个设备。
04.** BL1的头信息规定如下
05.** 0x0:BL1的大小(最大16K,包括BL1头信息的大小)
06.** 0x4: 0(规定)
07.** 0x8:校验和
08.** 0xC:0(规定)
09.*/  
10.#include <stdio.h>  
11.#include <string.h>  
12.#include <stdlib.h>  
13.  
14.#define IMG_SIZE                (16*1024)  
15.#define HEADER_SIZE             16  
16.#define BLKSIZE                 512  
17.  
18.int main (int argc, char *argv[])  
19.{  
20.    FILE            *fp;  
21.    unsigned        char *Buf;  
22.    int             BufLen;  
23.    int             nbytes, fileLen;  
24.    unsigned int    checksum, count;  
25.    int             i;  
26.  
27.    if (argc != 3)  
28.    {  
29.        printf("Usage: %s <source file> <destination file>\n", argv[0]);  
30.        return -1;  
31.    }  
32.  
33.    /* 分配16K的buffer */  
34.    BufLen = IMG_SIZE;  
35.    Buf = malloc(BufLen);  
36.    if (!Buf)  
37.    {  
38.        perror("Alloc buffer failed!");  
39.        return -1;  
40.    }  
41.    memset(Buf, 0x00, BufLen);  
42.  
43.    /* 读源bin到buffer */  
44.    fp = fopen(argv[1], "rb");  
45.    if( fp == NULL)  
46.    {  
47.        perror("source file open error");  
48.        free(Buf);  
49.        return -1;  
50.    }  
51.    /* 获取源bin长度 */  
52.    fseek(fp, 0L, SEEK_END);  
53.    fileLen = ftell(fp);  
54.    fseek(fp, 0L, SEEK_SET);  
55.  
56.    /* 源bin长度不得超过16K-16byte */  
57.    fileLen = (fileLen < (IMG_SIZE - HEADER_SIZE)) ? fileLen : (IMG_SIZE - HEADER_SIZE);  
58.  
59.    /* 读源bin到buffer[16] */  
60.    nbytes = fread(Buf + HEADER_SIZE, 1, fileLen, fp);  
61.    if (nbytes != fileLen)  
62.    {  
63.        perror("source file read error\n");  
64.        free(Buf);  
65.        fclose(fp);  
66.        return -1;  
67.    }  
68.    fclose(fp);  
69.      
70.    /* 计算校验和 */  
71.    for(i = 0, checksum = 0; i < fileLen; i++)  
72.        checksum += Buf[HEADER_SIZE + i];  
73.  
74.    /* 计算BL1的大小:
75.    ** BL1的大小包括BL1的头信息
76.    ** 另外iROM从SD卡拷贝是按块拷贝的,因此这里需要调整大小为512字节的整数倍
77.    */  
78.    fileLen += HEADER_SIZE;  
79.    count = fileLen / BLKSIZE * BLKSIZE;  
80.    if (count < fileLen)  
81.        count += BLKSIZE;  
82.    memcpy(Buf, &count, 4);     // 保存BL1的大小到Buf[0-3]  
83.  
84.    // 将校验和保存在buffer[8~15]  
85.    memcpy(Buf + 8, &checksum, 4);  
86.  
87.    fp = fopen(argv[2], "wb");  
88.    if (fp == NULL)  
89.    {  
90.        perror("destination file open error");  
91.        free(Buf);  
92.        return -1;  
93.    }  
94.    // 将count + HEADER_SIZE字节的buffer拷贝到目的bin中  
95.    nbytes  = fwrite(Buf, 1, count, fp);  
96.    if (nbytes != count)  
97.    {  
98.        perror("destination file write error");  
99.        free(Buf);  
100.        fclose(fp);  
101.        return -1;  
102.    }  
103.  
104.    free(Buf);  
105.    fclose(fp);  
106.  
107.    return 0;  
108.}  


执行如下命令生成addheader
# gcc addheader.c -o addheader

然后再用addheader制作带有头信息的bin文件

# ./addheader led.bin 210.bin

然后将SD卡插入SD读卡器,将鼠标移到虚拟机中,然后将SD卡读卡器插入电脑,这是ubuntu中将自动挂载SD卡

在ubuntu中执行df查看分区信息

root@zjh:/mnt/hgfs/E/cloud/embedded/my_code/tq210# df
Filesystem           1K-blocks      Used Available Use% Mounted on
/dev/sda1             39544232  10202800  27332652  28% /
none                    506996       260    506736   1% /dev
none                    512616       164    512452   1% /dev/shm
none                    512616       372    512244   1% /var/run
none                    512616         0    512616   0% /var/lock
.host:/              331099132 158170568 172928564  48% /mnt/hgfs
/dev/sdd                 46220     46220         0 100% /media/XIAOMI
/dev/sdb1              3864000         4   3863996   1% /media/720C-93BE

sdb1就是我们的SD卡的第1个分区

执行如下命令烧写210.bin到SD的第1个块

# dd bs=512 iflag=dsync oflag=dsync if=210.bin of=/dev/sdb seek=1

1+1 records in
1+1 records out
528 bytes (528 B) copied, 0.0110204 s, 47.9 kB/s



bs指定一次烧写多少字节

dsync表示为数据使用同步I/O

if指定输入文件

of指定输出设备

seek指定从第几块开始烧写

然后拔下SD卡,将其插入的TQ210开发板,然后拨动启动选择开关,选择从SD启动



然后上电可以看到LED交替闪烁,可以去掉start.S中的时钟初始化,再次编译程序,烧写,可以看出LED闪烁变慢了。





[cpp] view plaincopy
01..global _start              /* 声明一个全局的标号 */  
02._start:  
03.    //bl clock_init         /* 时钟初始化 */  
04.    bl main                 /* 跳转到C函数去执行 */  
05.halt:  
06.    b halt  





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