Armboot在EV40评估板上的移植 - 软件编程/OS - 电子工程师俱乐

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<strong>1 Armboot简介</strong>

Armboot是一个bootloader,是为基于ARM或者 StrongARM CPU的嵌入式系统所设计的。它支持多种类型的Flash；允许映像文件经由bootp、dhcp、tftp从网络传输；支持从串口线下载S- record或者binary文件；允许内存的显示及修改；支持jffs2文件系统等。Armboot源码公开，可以在 http://www.sourceforg.net/projects/armboot下载。

<strong>2 EV40评估板简介</strong>

Micetek祥佑数码科技有限公司配合其Hitool for ARM开发工具推出了基于AT91X40系列微控制器的ARM EV40（简称EV40）评估板。可用来开发、调试和评估以Atmel ARM为硬件基础的嵌入式系统。EV40评估板包括一个AT91X40系列的微控制器AT91M40800以及一些外围器件。

主要的外围部分包括：2个串口、1个复位按钮、3个应用按键、3个LED指示灯、1个7段LED显示器、512KB以太网接口、USB接口、PC104接口、 EBI扩展接口、I/O扩展接口、时钟源选择、触摸板接口和LCD接口。

<strong>3 Armboot在EV40上的移植</strong>

本文的主要目的是使读者尽快地能在EV40上运行Armboot，因此，去掉（或修改）了一些完整版本所具有的代码（比如中断处理），从而加快开发。同时，这里使用Hitool for ARM开发工具，完成代码的修改、编译及调试。

3.1 初始化

Armboot 的运行，开始于cpu/$cpu/start.s，完成一系列的初始化后（中间调用board/$board/memsetup.s）,调用common /board.c中的函数start_armboot作为C语言程序的入口。如果使用Hitool，并正确地配置startup config（使用初始文件micev40_em.inc）。使用Hitool自动生成的start_up.s代替start.s，把B_main替换为
ldr pc,_start_armboot
startarmboot:.word start_armboot

如果没有micev40_em.inc,则自行创建，内容如下：
long ffe00000 0x01002529 long ffe00014 0x02502021
long ffe00004 0x022028al long ffe00018 0x60000000
long ffe00008 0x03002529 long ffe0001c 0x70000000
long ffe0000c 0x40000000 long ffe00020 0x00000001
long ffe00010 0x02402021 long ffe00024 0x00000006

这部分的作用相当于borad$board.s。用来初始化 EBI的各个寄存器。
接下来是串口的初始化。这部分比较重要，作用是实现主机与目标板的通信，从而在超级终端（console）上提供用户接口。

在start_armboot函数中，cpu_init(&bd)、board_init（&bd）可以屏蔽掉；serial_init(&bd)用来初始化串口。初始化过程的一个示例如下（使用USART0）。

①计算时钟分频数 CD，公式为：
异步模式
CD=选择的时钟/16×波特率（结果四舍五入）
同步模式
CD= 选择的时候/波特率（CD必须为偶数）
CD将作US_BRGR（波特率发生寄存器）的值。

②设置PS_PCER（省电模块的外围时钟使能寄存器），它的各位和中断源对应。首先使能外围的时钟：
#define PS_PCER_US0 0x04
PS_PCER=PS_PCER_US0;

③设置PIO_PDR（PIO禁止寄存器）。此寄存器用于禁止PIO控制器控制单个引脚，而用作外围引脚。并行I/O口线中一些为复用口线，可以由PIO控制器控制或作为其它外围引脚。如P13（SCK0，SUART0时钟信号）、P14（TXD0，USART0数据发送端）、 P15（RXD0，USART0数据接收端）。
#define PIO_PDR_RXD0 0x8000
#define PIO_PDR_TXD0 0x4000
#define PIO_PDR_TXD0 0x2000
如果使用 MCK（主时钟），
PIO_PDR=PIO_PDR_RXD0|PIO_PDR_TXD0;
如果使用SCK（外部时钟），
PIO_PDR=PIO_PDR_RXD0|PIO_PDR_TXD0|PIO_PDR_SCK0。

④复位接收器和发送器。这是通过设置US_CR（USART控制寄存器）。
#define US_RSTRX 0x0004
#define US_RSTRX 0x0008
#define US_RXDIS 0x0020
#define US_TXDIS 0x0080
US_CR=US_RSTRX|US_RSTTX|US_RXDIS|US_TXDIS

⑤ 清除发送和接收计数寄存器。
US_TCR=0
US_RCR=0

⑥设置波特率产生寄存器 US_BRGR。
US_BRGR=CD

⑦设置USART模式寄存器US_MR。
#define US_CHMODE_NORMAL 0x0000 /*普通模式*/
#define US_NBSTOP_1 0x0000 /*停止位1*/
#define US_PAR_NO 0x800 /*无奇偶校验*/
#define US_CHRL_8 0xC0 /*数据位8*/
#define US_CLKS_MCK 0x00 /*主时钟*/
#define US_ASYNC_MODE(US_CHMODE_NORMAL
+US_NBSTOP_1+US_PAR_NO+US_CHRL_8+US_CLKS_MCK)
US_MR=US_ASYNC_MODE

⑧设置发送时间确保寄存器US_TTGR。
US_TTGR=0

⑨使能接收器和发送器。
#define US_TXEN 0x0040
#define US_RXEN 0x0010
US_CR=US_RXEN|US_TXEN

⑩屏蔽所有USART中断。
US_IDR=0xFFFFFFFF

⑾最好在这里插入一个延时循环，保证初始化工作的顺利工作。
For(i=0;i<=10;i++);

为了让读者更清楚理解以上个寄存器的来源，这里以USART0各寄存器的定义为例：
//USART的各个寄存器
typedef volatile unsigned int at91_reg；
typedef struct
{
at91_reg US_CR /*控制寄存器*/
at91_reg US_MR /*模式寄存器*/
at91_reg US_IER /*中断使能寄存器*/
at91_reg US_IDR /*中断禁止寄存器*/
at91_reg US_IMR /*中断屏蔽寄存器*/
at91_reg US_CSR /*通道状态寄存器*/
at91_reg US_RHR /*接收保持寄存器*/
at91_reg US_THR /*发送保持寄存器*/
at91_reg US_BRGR /*波特率产生寄存器*/
at91_reg US_TTOR /*接收超时寄存器*/
at91_reg US_TTGR /*发送器时间确保寄存器*
at91_reg Reserved
at91_reg US_RPR /*接收指针寄存器*/
at91_reg US_RCR /*接收计数寄存器*/
at91_reg US_TPR /*发送指针寄存器*/
at91_reg US_TCR; /*发送计数寄存器*/
}StructUSART；
#define USART0_BASE ((StructUSART*)0xFFFD0000)

3.2 通过串口接收数据

#define US_RXRDY 0x1
While((US_CSR & US_RXRDY)==0){}
/*等待 US_RHR（接收保持寄存器）收到字符*/character=US_RHR
/*收到字符后，把它赋给某一变量供以后使用*/
以上内容用于cpu$cpu.c中的serial_getc()函数。

3.3 通过串口发送数据

#define US_TXRDY 0x2
while((US_CSR & US_TXRDY)==0){}
/*等待 US_THR（发送保持寄存器）送出字符*/
US_THR=character
/*当US_THR为空后，往里写下一个要发送字符*
以上内容用于cpu$cpu.c中的serial_putc()函数。

3.4 计数器的使用

在 cpu$cpu.c中，有个udelay(unsigned long usec)函数，作用是延时usec ms。通过使用定时器/计数器TC（Timer/Counter）模块完成该功能。同串口使用制似，也需要初始化一系列的寄存器，然后执行某种触发，使计数器复位，时钟启动；当计数器值到这TC_RC时，会发生RC比较，导致TC_SR（状态寄存器）的CPCS位（0x10）置位。由此可见，适当设置 TC_RC寄存器的值，可以产生不同长短的延时；通过判断CPCS位，可作为延时结束的标志。

3.5 设置自动引导命令

Armboot 在开始会有几秒的延时，让你选择是否自动引导。如果不自动引导，则可通过console，敲入命令，手工引导。

自动引导采用的命令来源于环境变量。环境变量是由一些以“0”结束的形如“name=value”的字符串所组成的序列，整个序列以两个“0”结束。环境变量存储于结构 env_t的data数组中。有3处可以存放环境变量，一是SDRAM，在env_init(&bd)（中完成初始化；二是Flash。这里定义放在第三个扇区，即
#define CFG_ENV_ADDR(PHYS_FLASH_1+0x20000)/*环境变量扇区地址*/
env_t*env=(env_t*)CFG_ENV_ADDR。
三是default_environment。 Default_environment是一个定义好的全局数组，作用相当于env_t中的data。

使用 getenv(bd_t*bd，uchar *name)从环境变量中条目（形如“name=value”;value可以为空""）查找匹配name的条目；成功返回value对应的地址，失败返回0。

通过源码我们可以看出，这里采用的环境变量是default_environment，而且，name=bootcmd；因此，如果采用自动boot，则会自动执行bootp，bootm。由于笔者并不打算让Armboot自动执行任何命令，所以，将 CONFIG_BOOTCOMMAND置空。

<strong>4 Flash编程</strong>

到此为止，Armboot基本上可以说能够在板子上运行了。一些和板子无关的命令已经可以运行，比如查看内存md；下载binary文件loadb（使用kermit模式/协议）等等。也有些命令依然还不能运行，它们根据具体的目标板有不同的代码。比如loads、erase等。

这里我们以Flash编程为例，实现erase命令。 Loads中也需要调用和Flash有关的函数。以下的编程是针对Fujitsu MBM29LV160TE的。不同的Flash，命令序列和命令地址都可能不同。

4.1 Flash擦除

Flash 的擦除是按照扇区来擦除的，扇区的大小由具体的Flash规定。

EV40使用的Flash是Fujitsu MBM29LV160TE。它规定，一个存储体上有35个扇区s0～s34；s0～s30大小为64KB（0x10000），s31大小为 32KB，s32～s33大小为8KB，s34大小为16KB。

具体实现6个命令序列：
typedef volatile unsigned short flash_word；
#define CFG_FLASH_BASE 0x100000
flash_word *flash_address=CFG_FLASH_BASE,*s_address；
s_address= 擦除扇区的起始地址；
*（flash_address+0x555）=0xAA；/*命令1*/
* （flash_address+0x2AA）=0x55;/*命令2*/
*（flash_address+0x555）=0x80; /*命令3*/
*（flash_address+0x555）=0xAA;/*命令4*/
* （flash_address+0x2AA）=0x55;/*命令5*/
*s_address=0x30; /*命令6*/
// 扇区的擦除需要时间，擦除成功的标志是*s_address==0xFFFF
while((*s_address!=0xFFFF)&&(i++<1000000));
//*若超过
if(i>=1000000){
return ERR_TIMOUT;
}

4.2 Flash写入

写入以字（2字节）为单位，地址要字对齐。具体实现为4个命令序列：
s_sddress= 写入处的起始地址（偶地址）；
*（flash_address+0x555）=0xAA； /*命令1*/
* （flash_address+0x2AA）=0x55; /*命令2*/
*（flash_address+0x555）=0xA0; /*命令3*/
*s_address=data; /*命令4；data为欲写入数据，要求是flash_word类型*/
// 扇区的写入需要时间，写入成功的标志是*s_address==data
while((*s_address!=data)&&(i++<100000));
//*若超时
if(i>=100000){
return ERR_TIMOUT;
}

<strong>结语</strong>

到此为止，移植可以告一段落了，如果有已经修改好的uClinux内核文件，可以试试使用Armboot（源码见网站 http://www.dpj.com.cn），让它来下载并引导内核。还有一点须提醒读者注意，Armboot官方网站使用arm-linux-gcc 编译。如果在写Flash时遇到问题（高字节和低字节内容相同），试试arm-elf-gcc suite。

<strong>参考文献</strong>

1. 马忠梅.徐英慧 AT91 系列ARM核微控制器结构与开发 2003
2. 杜春雷 ARM 体系结构与编程 2003
3. 马忠梅.马广云 ARM 嵌入式处理器结构与应用基础 2002
4. Fujitsu Semiconductor Data Sheet for MBM29LV160TE/BE

作 者：北京理工大学 赵勐 陈朔鹰 马忠梅
来 源：单片机与嵌入式系统应用2004（1）