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  
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"  
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.            );  
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.     /* 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  
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. }