ARM 2440——Nand flash启动模式详解（LED程序为例）


研究arm也有2个月了，现在才感觉理解了arm在Nand flash模式下的启动过程，现在来这里记录下来以表达我无比喜悦的心情。闲话少说，趁着还没有忘记学习过程中的感受，直接进入正题。

大家都知道，arm在Nand flash启动模式下启动时系统会将Nand flash中的前4KB代码拷贝到SRAM（也就是Steppingstone中），由SRAM配置中断向量表和完成Nand flash访问的必要初始化，然后将Nand flash中的全部程序代码拷贝到SDRAM中，最后由SRAM跳转到SDRAM，然后程序就正常执行了，这一过程看上去很简单，但是真正理解这一过程还是不简单的，尽管这样，还是想告诉大家仔细理解还是比较容易理解这个过程的。如果您是ADS用户，你省去了很多麻烦，但我不确定你省去的这些麻烦是否值得，这里介绍的是一种麻烦的方式，linux下的led程序。

代码Head.s

  1. .extern main  
  2. .text  
  3. .global _start  
  4. _start:  
  5.     b reset  
  6.   
  7. reset:  
  8.     ldr sp,=4096  
  9.     bl disable_watch_dog  
  10.     bl clock_init  
  11.     bl memsetup  
  12.     bl copy_steppingstone_to_sdram  
  13.     ldr pc,=on_sdram  
  14.   
  15. on_sdram:  
  16.     msr cpsr_c,#0xdf  
  17.     ldr sp,=0x34000000  
  18.     ldr lr,=halt_loop  
  19.     ldr pc,=Main  
  20.   
  21. halt_loop:  
  22.     b halt_loop  

我认为，最需要理解的就是这段代码了。先简单的解释下这段代码。

（1）由于arm执行reset之后pc会被清零，也就是reset中断的中断入口地址，因此，第一条指令就是b reset，跳转到reset中断处理函数。

（2）由于这里硬件配置都是C语言来完成的，而且我们的初始代码比较小，完全不会超出4KB，因此可以在SRAM使用堆栈，故将SP设置为4096，以提供C运行环境

（3）接下来的3个bl分别完成了关闭看门够定时器，配置时钟信号和存储器配置的工作，第四个bl是将SRAM的4KB空间内的代码拷贝到了SDRAM中。

（4）接下来的ldr句将pc赋值为on_sdram的地址，实现了从SRAM到SDRAM的跳转（下面会讲为什么）

（5）on_sdram中切换到了了系统模式然后分配了系统模式堆栈，将链接寄存器设置为halt_loop然后就跳转到了SDRAM中的Main

上面的解释只是大体上说明了代码的意思，但是初学者总会有个疑问就是为什么ldr pc,=on_sdram就实现了从SRAM到SDRAM的跳转呢？我被这个问题困扰了很长时间，到今天才想明白了这个问题，问题的关键就是相对跳转和绝对跳转的问题。为了说明这个问题我先解释一下bl指令跟ldr指令在执行过程中的区别。

B指令是相对跳转指令，B 指令是最简单的跳转指令。一旦遇到一个 B 指令，ARM 处理器将立即跳转到给定的目标地址，从那里继续执行。注意存储在跳转指令中的实际值是相对当前PC 值的一个偏移量，而不是一个绝对地址，它的值由汇编器来计算（参考寻址方式中的相对寻址）。它是 24 位有符号数，左移两位后有符号扩展为 32 位，表示的有效偏移为 26 位(前后32MB 的地址空间)，同样的，BL、BX都是相对跳转。

LDR伪指令是将第二操作直接赋值给第一操作数，当执行ldr pc,=Main时是将Main的绝对地址赋值给了PC。

好了，知道这两个指令的区别之后我们来看代码是如何实现的从SRAM到SDRAM的跳转，首先需要指出，2440的开发板有SRAM和SDRAM，SRAM是从地址0x00000000开始的4KB内存空间，SDRAM是从0x30000000开始的64M空间。

无论用ADS编译还是用arm-linux-gcc编译都会将代码链接到0x30000000以后（也就是SDRAM中），ADS用户可以通过查看ADS的工程配置，其中有项配置是RO起始地址是0x30000000，linux用户在链接时需要用-T指定代码的其实地址为0x30000000。

根据编译原理，在链接阶段程序中函数的地址就已经确定了，也就是说函数的实际地址都在0x30000000之后，而程序的入口函数也就是这里的_start的地址就是0x300000000，其他函数都会大于这个数。 【帮客之家 http://www.bkjia.com 】

但是由于arm上电后系统会将Nand flash的前4KB代码拷贝到SRAM中，也就是_start函数开始的4KB指令将被拷贝到SRAM中执行，根据上例，在0x00000000处执行的指令就是“b reset”，由于b是相对跳转，是在当前pc值的基础上加减某个数而跳转到将要执行的代码处，因此，pc加减该数之后将到达reset函数的位置，故reset函数不能写到4KB之外的空间中，否则arm的启动将会失败，同样的，接下来的几个bl都是执行的相对跳转，所以都相对当前pc进行的跳转，由于Nand flash总共只有64M的空间，所以相对跳转是不可能会跳转到SDRAM的，因为跳转到SDRAM至少要发生0x30000000的跳转，而这个相对位移远远大于64M。

而ldr pc,=Main是将Main函数的实际地址赋值给pc，而Main的实际地址是在0x30000000之后，这样，就从SRAM跳转到了SDRAM。

由于这个过程设计到了硬件格局和编译原理，所以对一般人来讲，理解起来确实比较困难，而且受本人水平限制，很多地方只能说是只可意会不可言传，如果误导了大家请大家谅解。当然如果看到这里还不能理解arm的启动过程可以联系QQ630905224来讨论这个问题。下面是相关的其他代码，我附在这里，2440addr.h没有贴出，由于我也是使用arm自带示例程序中的代码，而且代码有四千多行，多数地址是没有用到的，如果有人需要就联系我的QQ吧。其他的代码如下

代码Init.s
  1. #include "2440addr.h"  
  2.   
  3. void disable_watch_dog(void);  
  4. void clock_init(void);  
  5. void memsetup(void);  
  6. void copy_steppingstone_to_sdram(void);  
  7. void inituart(void);  
  8.   
  9. void disable_watch_dog(void)  
  10. {  
  11.     rWTCON = 0;  
  12. }  
  13.   
  14. void clock_init(void)  
  15. {  
  16.     rCLKDIVN  = 0x03;  
  17.   
  18.     /*  
  19.      *如果HDIVN非0，CPU的总线模式应该从  
  20.      *“fast bus mode”变为“asynchronous   
  21.      *bus mode”  
  22.      */  
  23.     __asm__(  
  24.             "mrc    p15, 0, r1, c1, c0, 0\n"  
  25.             "orr    r1, r1, #0xc0000000\n"  
  26.             "mcr    p15, 0, r1, c1, c0, 0\n"  
  27.            );  
  28.   
  29.     rMPLLCON = (92<<12)|(1<<4)|(2);  
  30.     //rMPLLCON =  ((0x5c<<12)|(0x01<<4)|(0x02));  
  31. }  
  32.   
  33. void memsetup(void)  
  34. {  
  35.     volatile unsigned long *p = (volatile unsigned long *)0x48000000;  
  36.   
  37.     /* 这个函数之所以这样赋值，而不是像前面的实验(比如mmu实验)那样将配置值  
  38.      * 写在数组中，是因为要生成”位置无关的代码”，使得这个函数可以在被复制到  
  39.      * SDRAM之前就可以在steppingstone中运行  
  40.      */  
  41.     /* 存储控制器13个寄存器的值 */  
  42.     p[0] = 0x22011110;     //BWSCON  
  43.     p[1] = 0x00000700;     //BANKCON0  
  44.     p[2] = 0x00000700;     //BANKCON1  
  45.     p[3] = 0x00000700;     //BANKCON2  
  46.     p[4] = 0x00000700;     //BANKCON3    
  47.     p[5] = 0x00000700;     //BANKCON4  
  48.     p[6] = 0x00000700;     //BANKCON5  
  49.     p[7] = 0x00018005;     //BANKCON6  
  50.     p[8] = 0x00018005;     //BANKCON7  
  51.   
  52.     /* REFRESH,  
  53.      * HCLK=12MHz:  0x008C07A3,  
  54.      * HCLK=100MHz: 0x008C04F4  
  55.      */   
  56.     p[9]  = 0x008C04F4;  
  57.     p[10] = 0x000000B1;     //BANKSIZE  
  58.     p[11] = 0x00000030;     //MRSRB6  
  59.     p[12] = 0x00000030;     //MRSRB7  
  60. }  
  61.   
  62. void copy_steppingstone_to_sdram(void)  
  63. {  
  64.     unsigned int *pdwSrc  = (unsigned int *)0;  
  65.     unsigned int *pdwDest = (unsigned int *)0x30000000;  
  66.   
  67.     while (pdwSrc < (unsigned int *)4096)  
  68.     {  
  69.         *pdwDest = *pdwSrc;  
  70.         pdwDest++;  
  71.         pdwSrc++;  
  72.     }  
  73. }  
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