OK6410开发板学习之一步一步实现精简BootLoader（BL1部分）一

guxiangguo

众所周知，ok6410开发板是一块基于s3c6410芯片的开发板，板载资源丰富。s3c6410是三星电子生产的基于arm11内核的芯片。本文旨在总结一下bootloader操作步骤，用于以后复习、查找。通过分析bootloader行业老大哥uboot代码，总结出要实现OK6410开发板的启动引导，只要实现如下的操作即可：

1. 设置异常向量表；

2. 设置处理器模式为svc模式；

3. 外设基地址初始化；

4. 关闭看门狗；

5. 关闭所有中断；

6. 关闭MMU和cache；

7. 初始化系统时钟；

8. 内存初始化；

9. 复制内存；

10.栈初始化；

11.清除bss段；

12.跳入c函数（点亮led）。

下面一步一步的介绍如何实现它们。

1. 设置异常向量表：

想要设置arm的异常向量表，首先得知道其有那些异常，查看arm架构参考手册Programmers’ Model 章节的A2.6 Exceptions我们知道其共有7中异常，如下图：

设置异常向量表，按我个人的理解其实就是将异常发生时要处理的地址指向PC即可，所以通过如下代码来实现：

.text.global _start_start:        b reset        ldr pc, _undifined_instruction                 @ 将pc指针指向地址_undefined_instruction处,即当该异常发生时处理器跳到标号undifined_instruction处执行        ldr pc, _software_interrupt        ldr pc, _prefetch_abort        ldr pc, _data_abort        ldr pc, _not_used        ldr pc, _irq        ldr pc, _fiq                                                                _undifined_instruction:  .word undifined_instruction      @ .word 伪指令，用于取地址，该段表示_undefined_instruction是一个指向标号                                                        @ undifined_instruction处的32位地址_software_interrupt:        .word software_interrupt_prefetch_abort:        .word prefetch_abort_data_abort:        .word data_abort_not_used:        .word not_used_irq:        .word irq_fiq:        .word resetundifined_instruction:nopsoftware_interrupt:nopprefetch_abort:nopdata_abort:nopnot_used:nopirq:nopfiq:nop

开头的.text告诉编译器下面的内容是代码段，.global _start告诉编译器_start是全局的。细心的人可能会发现，明明只有7种异常，为什么会有8个异常向量表，多出来的not_used是啥？从字面理解，它是一个未使用的异常，细心阅读arm架构参考手册就会发现有下面这么一段话

地址0x00000014处向量是一个未使用的，预留的向量表，从异常处理模式图也能发现0x00000010和0x00000018之间不是连续的，如下图：

为了异常的连续性，或者说是异常发生能够正确找到异常向量表，我们需要补全这个乡里表。

分析代码可知，首先跳转到reset处执行代码，那么在reset处都干啥呢了，我们可以找到reset处看一下，代码如下：

reset:        bl set_svc              @ 设置cpu为svc模式        bl set_peri_port        @ 外设基地址初始化        bl disable_watchdog     @ 关闭看门狗        bl disable_interrupt    @ 关闭所有中断        bl disable_mmu          @ 关闭mmu和cache        bl init_clock           @ 时钟初始化        bl mem_init             @ 内存初始化        bl copy_to_ram          @ 拷贝bl到内存        bl init_stack           @ 栈初始化        bl clean_bss            @ 初始化bss段        ldr pc, =main           @ 进入c语言编程环境，main函数

原来后面的操作都是从reset处一次执行的，下面一步一步的介绍接下来的操作。

2.设置处理器模式为svc模式：bl set_svc

通过查看arm架构参考手册“A2.2 Processor modes ”章节可以知道，arm共有7种工作模式，如下：

要想cpu工作在svc模式下，首先我们来了解一下arm的程序状态寄存器CPSR，它可以用来改变工作模式等操作，CPSR格式如下：

它的低5位就是模式选择，通过查看模式为设置，可知只要将cpsr的第五位设置成0b10011就可以了，如下：

理论上，到此就可以了，但是，我们发现cpsr的I、F位是关于中断的，这里顺便也将其配置了，关闭IRQ和FIQ如下图：

代码如下：

        @ set the cpu to SVC32 modeset_svc:        mrs        r0,cpsr             @ 将程序状态寄存器取出保存在通用寄存器r0中        bic        r0,r0,#0x1f         @ 将从状态寄存器取出的值（r0）低5位清零后存入r0中        orr        r0,r0,#0xd3         @ 将r0中的值的第0 1 4 6 7位置1后存入r0中，关闭中断与快速中断，进入svc模式        msr        cpsr,r0             @ 将r0的中的值写入程序状态寄存器        mov pc, lr                  @ 返回调用的地方下一个地址处继续执行

2.外设基地址初始化：bl set_peri_port

这一步必须要做，而且必须在这一步做，否则cpu无法正常使用外设。要想初始化s3c6410的外设基地址，首先得知道外设基地址是从0x7000000开始的，同时还得了解一下arm11的协处理器p15的内容，参考arm11内核手册，找到系统协处理器章节，找到关于Peripheral Port Memory Remap Register的协处理器命令，如下：

跳到page 3-130章节处，查看其详细内容。该寄存器格式如下：

[31:12]:表示基地址，这里我们需要将其设成0x70000000，

[11:5]:不要考虑，保留默认值即可，

[4:0]：外设基地址的大小，s3c6410外设需要256M大小的内存。

查看Peripheral Port Memory Remap Register bit functions ，如下图：

通过上图可知只要往p15的c15中写入0x70000013即可。代码如下：

  @ 初始化外设地址，必须做这一步，要不外设无法使用。set_peri_port:        ldr r0, =0x70000000     @ 将基地址0x70000000存入寄存器r0中        orr r0, r0, #0x13       @ 将寄存器r0的值设为0x70000013        mcr p15,0,r0,c15,c2,4          @ 将寄存器r0的值传送到协处理器p15的c15寄存器中，参看arm11内核手册：c15, Peripheral Port Memory Remap Register        mov pc, lr              @ 返回调用处继续往下执行

3.关闭看门狗：bl disable_watchdog

要想关闭看门狗，需要找到看门狗控制寄存器地址，通过查看s3c6410手册Watch Dog章节可以找到，如下：

看门狗控制寄存器位操作说明如下：

红框中的就是和关闭看门狗有关的位，只要将这几个位设置为0，即将看门狗控制寄存器设为0。代码如下：

  @ Disable Watchdog 参看s3c6410手册：Watch Dog章节#define pWTCON 0x7e004000  @ addr of watchdog timer control register (WTCON)disable_watchdog:        ldr r0, =pWTCON         @ 将看门狗控制寄存器地址写入寄存器r0中        mov r1, #0x0            @ 将0x0保存在寄存器r1中        str r1, [r0]            @ 将0x0传送到看门狗控制寄存器中        mov pc, lr              @ 返回调用处继续往下执行

4.关闭所有中断：bl disable_interrupt

可能有人会问，在前面设置cpu为svc工作模式时不是已经关闭了IRQ和FIQ吗，这里还需做啥操作呢？之前的只是关闭了中断，但是并没有清除中断使能位，这里就是进行这样的操作，清除所有中断的使能位。s3c6410共有两个中断控制器VIC0、VIC1。所以需要分别找到这两个INTERRUPT ENABLE CLEAR 寄存器，并且对其进行配置，如下图：

通过上图，可知只要将其设置为0 即可，代码如下：

        @ Disable all interrupts (VIC0 and VIC1)，参考s3c6410手册：Vectored Interrupt Controller章节disable_interrupt:        mvn r1,#0x0        ldr r0,=0x71200014      @ VIC0INTENCLEAR地址        str r1,[r0]             @ 将VIC0INTENCLEAR设为0        ldr r0,=0x71300014      @ VIC1INTENCLEAR地址        str r1,[r0]             @ 将VIC1INTENCLEAR设为0                mov pc, lr              @ 返回调用处继续往下执行

5.关闭mmu和cache

MMU是MemoryManagement Unit的缩写，中文名是内存管理单元，它是中央处理器（CPU）中用来管理虚拟存储器、物理存储器的控制线路，同时也负责虚拟地址映射为物理地址，以及提供硬件机制的内存访问授权，多用户多进程操作系统。

Cache：高速缓冲存储器，是位于CPU和主存储器DRAM(DynamicRandomAccessMemory)之间，规模较小，但速度很高的存储器，通常由SRAM(StaticRandomAccessMemory静态存储器)组成。它是位于CPU与内存间的一种容量较小但速度很高的存储器。CPU的速度远高于内存，当CPU直接从内存中存取数据时要等待一定时间周期，而Cache则可以保存CPU刚用过或循环使用的一部分数据，如果CPU需要再次使用该部分数据时可从Cache中直接调用，这样就避免了重复存取数据，减少了CPU的等待时间，因而提高了系统的效率。3sc6410含有两个cache，分别是数据cache和指令cache。

这么好的东西为什么要关闭呢？对呀，为什么呀？那是因为相对于s3c6410的启动引导文件，并不需要使用到他们，开启了使用不当反而会导致异常产生。那么如何来关闭他们呢？这又的操作协处理器p15了。查看arm架构参考手册协处理器相应章节，找到cache相关协处理器命令，如下：

协处理器的命令都是死命令，想干啥找到了直接用就可以，是不是很爽呢？这里只是让cache失效了，但是cache具体使能位和mmu使能位还没有设置，找到协处理器的控制寄存器（c1），其中有这么一句话，如下红框中：

协处理器p15的控制寄存器c1格式如下：

详细说明如下：

因此我们只要设置[2:0]位位0即可，顺便关闭字节对齐检查功能，代码如下：

        @ 关闭MMU和cache        disable_mmu:        mcr p15,0,r0,c7,c7,0    @ 使I/D cache全部失效 参考arm11内核手册：c7, Cache operations        mrc p15,0,r0,c1,c0,0    @ 取出协处理器p15的控制寄存器（c1）内容，存放在r0中 参考arm11内核手册：c1, Control Register        bic r0, r0, #0x00000007 @ 将r0的[2:0]设为0后存入r0        mcr p15,0,r0,c1,c0,0    @ 将r0的值传送到协处理器p15的控制寄存器(c1)中，完成mmu和cache配置        mov pc, lr              @ 返回调用处继续往下执行

未完，待续。。。