ARM 2440——Nand flash啟動模式詳解（LED程序為例）

研究arm也有2個月了，現在才感覺理解了arm在Nand flash模式下的啟動過程，現在來這裡記錄下來以表達我無比喜悅的心情。閒話少說，趁著還沒有忘記學習過程中的感受，直接進入正題。

大家都知道，arm在Nand flash啟動模式下啟動時系統會將Nand flash中的前4KB代碼拷貝到SRAM（也就是Steppingstone中），由SRAM配置中斷向量表和完成Nand flash訪問的必要初始化，然後將Nand flash中的全部程序代碼拷貝到SDRAM中，最後由SRAM跳轉到SDRAM，然後程序就正常執行了，這一過程看上去很簡單，但是真正理解這一過程還是不簡單的，盡管這樣，還是想告訴大家仔細理解還是比較容易理解這個過程的。如果您是ADS用戶，你省去了很多麻煩，但我不確定你省去的這些麻煩是否值得，這裡介紹的是一種麻煩的方式，linux下的led程序。

代碼Head.s

1. .extern main
2. .text
3. .global _start
4. _start:
5. b reset
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
15. on_sdram:
16. msr cpsr_c,#0xdf
17. ldr sp,=0x34000000
18. ldr lr,=halt_loop
19. ldr pc,=Main
21. halt_loop:
22. b halt_loop

我認為，最需要理解的就是這段代碼了。先簡單的解釋下這段代碼。

（1）由於arm執行reset之後pc會被清零，也就是reset中斷的中斷入口地址，因此，第一條指令就是b reset，跳轉到reset中斷處理函數。

（2）由於這裡硬件配置都是C語言來完成的，而且我們的初始代碼比較小，完全不會超出4KB，因此可以在SRAM使用堆棧，故將SP設置為4096，以提供C運行環境

（3）接下來的3個bl分別完成了關閉看門夠定時器，配置時鐘信號和存儲器配置的工作，第四個bl是將SRAM的4KB空間內的代碼拷貝到了SDRAM中。

（4）接下來的ldr句將pc賦值為on_sdram的地址，實現了從SRAM到SDRAM的跳轉（下面會講為什麼）

（5）on_sdram中切換到了了系統模式然後分配了系統模式堆棧，將鏈接寄存器設置為halt_loop然後就跳轉到了SDRAM中的Main

上面的解釋只是大體上說明了代碼的意思，但是初學者總會有個疑問就是為什麼ldr pc,=on_sdram就實現了從SRAM到SDRAM的跳轉呢？我被這個問題困擾了很長時間，到今天才想明白了這個問題，問題的關鍵就是相對跳轉和絕對跳轉的問題。為了說明這個問題我先解釋一下bl指令跟ldr指令在執行過程中的區別。

B指令是相對跳轉指令，B 指令是最簡單的跳轉指令。一旦遇到一個 B 指令，ARM 處理器將立即跳轉到給定的目標地址，從那裡繼續執行。注意存儲在跳轉指令中的實際值是相對當前PC 值的一個偏移量，而不是一個絕對地址，它的值由匯編器來計算（參考尋址方式中的相對尋址）。它是 24 位有符號數，左移兩位後有符號擴展為 32 位，表示的有效偏移為 26 位(前後32MB 的地址空間)，同樣的，BL、BX都是相對跳轉。

LDR偽指令是將第二操作直接賦值給第一操作數，當執行ldr pc,=Main時是將Main的絕對地址賦值給了PC。

好了，知道這兩個指令的區別之後我們來看代碼是如何實現的從SRAM到SDRAM的跳轉，首先需要指出，2440的開發板有SRAM和SDRAM，SRAM是從地址0x00000000開始的4KB內存空間，SDRAM是從0x30000000開始的64M空間。

無論用ADS編譯還是用arm-linux-gcc編譯都會將代碼鏈接到0x30000000以後（也就是SDRAM中），ADS用戶可以通過查看ADS的工程配置，其中有項配置是RO起始地址是0x30000000，linux用戶在鏈接時需要用-T指定代碼的其實地址為0x30000000。

根據編譯原理，在鏈接階段程序中函數的地址就已經確定了，也就是說函數的實際地址都在0x30000000之後，而程序的入口函數也就是這裡的_start的地址就是0x300000000，其他函數都會大於這個數。 【Linux公社 http://www.linuxidc.com 】

但是由於arm上電後系統會將Nand flash的前4KB代碼拷貝到SRAM中，也就是_start函數開始的4KB指令將被拷貝到SRAM中執行，根據上例，在0x00000000處執行的指令就是“b reset”，由於b是相對跳轉，是在當前pc值的基礎上加減某個數而跳轉到將要執行的代碼處，因此，pc加減該數之後將到達reset函數的位置，故reset函數不能寫到4KB之外的空間中，否則arm的啟動將會失敗，同樣的，接下來的幾個bl都是執行的相對跳轉，所以都相對當前pc進行的跳轉，由於Nand flash總共只有64M的空間，所以相對跳轉是不可能會跳轉到SDRAM的，因為跳轉到SDRAM至少要發生0x30000000的跳轉，而這個相對位移遠遠大於64M。

而ldr pc,=Main是將Main函數的實際地址賦值給pc，而Main的實際地址是在0x30000000之後，這樣，就從SRAM跳轉到了SDRAM。

由於這個過程設計到了硬件格局和編譯原理，所以對一般人來講，理解起來確實比較困難，而且受本人水平限制，很多地方只能說是只可意會不可言傳，如果誤導了大家請大家諒解。當然如果看到這裡還不能理解arm的啟動過程可以聯系QQ630905224來討論這個問題。下面是相關的其他代碼，我附在這裡，2440addr.h沒有貼出，由於我也是使用arm自帶示例程序中的代碼，而且代碼有四千多行，多數地址是沒有用到的，如果有人需要就聯系我的QQ吧。其他的代碼如下

代碼Init.s

1. #include "2440addr.h"
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);
9. void disable_watch_dog(void)
10. {
11. rWTCON = 0;
12. }
14. void clock_init(void)
15. {
16. rCLKDIVN = 0x03;
18. /*
19. *如果HDIVN非0，CPU的總線模式應該從
20. *“fast bus mode”變為“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. );
29. rMPLLCON = (92<<12)|(1<<4)|(2);
30. //rMPLLCON = ((0x5c<<12)|(0x01<<4)|(0x02));
31. }
33. void memsetup(void)
34. {
35. volatile unsigned long *p = (volatile unsigned long *)0x48000000;
37. /* 這個函數之所以這樣賦值，而不是像前面的實驗(比如mmu實驗)那樣將配置值
38. * 寫在數組中，是因為要生成”位置無關的代碼”，使得這個函數可以在被復制到
39. * SDRAM之前就可以在steppingstone中運行
40. */
41. /* 存儲控制器13個寄存器的值 */
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
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. }
62. void copy_steppingstone_to_sdram(void)
63. {
64. unsigned int *pdwSrc = (unsigned int *)0;
65. unsigned int *pdwDest = (unsigned int *)0x30000000;
67. while (pdwSrc < (unsigned int *)4096)
68. {
69. *pdwDest = *pdwSrc;
70. pdwDest++;
71. pdwSrc++;
72. }
73. }