[project X] tiny210(s5pv210)上电启动流程（BL0-BL2）（转）

版权声明：本文为博主原创文章，遵循 CC 4.0 BY-SA 版权协议，转载请附上原文出处链接和本声明。
本文链接：https://blog.csdn.net/ooonebook/article/details/52916202

建议参考文档：

S5PV210-iROM-ApplicationNote-Preliminary-20091126
S5PV210_UM_REV1.1

项目介绍参考
[project X] tiny210 操作说明

===================================================================
零、说明

本文主要以友善之臂的tiny210板子作说明，使用的是s5pv210核心。
主要集中于以下几个问题：
* 支持哪些存储介质？
* 上电之后的启动流程？分成了几个阶段？具体负责什么功能？
* 各个阶段使用的存储介质是什么？原因？
* 各个阶段的运行地址是什么？
* 镜像存放可能存放在几种存储介质中，如何判断要从哪种存储介质中获取镜像？（也就是启动模式）

本文只介绍non secure boot的情况。也就是说不是在secure环境下，无需做签名处理。
一、和启动相关的硬件介绍
1、可运行存储介质

要先理解一点，运行介质都会在CPU的地址空间上，占用地址空间的一部分。CPU可以根据寻址地址从运行介质从读取一条指令或者一条数据，而并不是说直接在运行介质上执行。

IROM
    ROM（Read Only Memory），唯读记忆体。ROM数据不能随意更新，但是在任何时候都可以读取。主要用于存放一些固定的不需要修改的代码或者数据。掉电之后，数据还可以保存。
    IROM则是指集成于芯片内部的ROM.
    SRAM
    SRAM（Static Random Access Memory），即静态随机存取存储器。它是一种具有静止存取功能的内存，不需要刷新电路即能保存它内部存储的数据。
        优点，速度快，不必配合内存刷新电路，可提高整体的工作效率。初始化简单。
        缺点，集成度低，掉电不能保存数据，功耗较大，相同的容量体积较大，而且价格较高，少量用于关键性系统以提高效率。
    SDRAM
    由General SDRAM and Controller进行控制。
    SDRAM（Synchronous Dynamic Random Access Memory），同步动态随机存储器，同步是指内存工作需要同步时钟，内部的命令的发送与数据的传输都以它为基准；动态是指存储阵列需要不断的刷新来保证数据不丢失；随机是指数据不是线性依次存储，而是自由指定地址进行数据读写。相对于SRAM来说，体积较小且价格偏移。

三者差异简单归纳如下表：
可运行存储介质     掉电数据保存情况     数据修改     访问速度     动态刷新电路     价格
ROM     掉电数据保存     不易修改     最慢     不需要     最便宜
SRAM     掉电数据丢失     可以修改     最快     不需要     最贵
SDRAM     掉电数据丢失     可以修改     快     需要     便宜

补充说明
综上，因为BL0是上电启动代码，固定不变的，所以将其固化在IROM中运行。
因为SRAM是集成在平台内部，BL0阶段之后可以直接使用，但是size比较小。
而SDRAM需要根据外围DDR进行初始化，BL0之后还无法使用，需要在BL1中进行初始化之后才能使用。
故BL1放在SRAM中运行，BL2放在SDRAM中运行。
后续会继续说明。
2、存储介质

SD/MMC/eMMC
    nand flash / nor flash / OneNand flash
    eSSD

3、tiny210运行介质和存储介质说明

首先看一下对应s5pv210平台和存储相关的硬件支持

64KB的IROM
    94KB的内部SRAM
    通用SDRAM控制器，用于控制SDRAM
    需要外部实现SDRAM.
    4/8位高速SD/MMC控制器，用于控制4-bit SD / 4-bit MMC / 4 or 8-bit eMMC
    需要外部实现SD/MMC/eMMC
    Nand Flash控制器，用于控制nand flash
    需要外部实现nand flash
    OneNand控制器，用于控制OneNand flash。
    需要外部实现OneNand flash
    eSSD控制器，用于控制eSSD
    需要外部实现eSSD
    UART/USB控制器

在s5pv210的基础上，对应tiny210板子上有如下外围硬件：
* 512MB的DDR支持
* 1GB的nand flash支持（K9K8G08U0B）
* SD card接口支持，可以直接支持SD card

综上，tiny210板子上有如下存储介质：

64KB的IROM
    94KB的内部SRAM
    512MB的DDR
    512MB的nand flash支持
    SD card（自己插了一个4GB的SD卡）

二、s5pv210 上电启动的几个阶段

注意：以下介绍的启动流程和官方给的启动流程《S5PV210-iROM-ApplicationNote-Preliminary》有所差异，是实际上我在项目中使用的启动流程，也是比较通用的启动流程。
和官方文档中比较大的差异在于，BL2在下面介绍是放在SDRAM中运行，而官方文档《S5PV210-iROM-ApplicationNote-Preliminary》中则是放在IRAM中运行，因为编出来的uboot过大，超过了限制，所以官方文档是不可行的。
1、BL0

运行在IROM上！！！

加载说明
    上电后启动的第一个阶段。其代码固化在s5pv210的IROM中，也就是出厂后已经完成，无法进行修改。上电后CPU会直接从IROM上的BL0的代码上开始执行。

主要工作有：
        初始化系统时钟、特殊设备的控制器、启动设备、看门狗、堆栈、SRAM等等
        验证BL1镜像
        从存储介质上（比如SD\eMMC\nand flash）或者通过USB加载BL1镜像到对应内部SRAM上
        跳转到BL1镜像所在的地址上

2、BL1

运行在内部SRAM上！！！

加载说明
    上电后启动的第二个阶段。BL0阶段会将其镜像或者代码从存储介质上（比如SD\eMMC\nand flash）上加载到内部SRAM上.
    主要工作有：
        初始化部分时钟（和SDRAM相关）
        初始化DDR（外部SDRAM）
        从存储介质上（比如SD\eMMC\nand flash）将BL2镜像加载到SDRAM上
        验证BL2镜像的合法性
        跳转到BL2镜像所在的地址上

3、BL2

运行在外部SDRAM上！！！

加载说明
    上电后启动的第三个阶段，BL1阶段会将其镜像或者代码从存储介质上（比如SD\eMMC\nand flash）上加载到外部SDRAM上.
    主要功能
    BL2就是指传统意义上的bootloader，也就是我们这里的uboot的主体，负责flash操作、uboot命令操作等等，并且最终目标是加载OS和启动OS，如linux。关于uboot的实现，会在后面具体分析，这里不详细说明。

上电到BL2的流程图如下（略过BL2的流程部分）
上电，直接执行BL0BL0(IROM)BL0(IROM)：初始化系列操作BL0(IROM)：加载BL1镜像到SRAM上BL0(IROM)：跳转到BL1的地址上BL1(SRAM)BL1(SRAM)：初始化SDRAMBL1(SRAM)：加载BL2镜像到SDRAM上BL1(SRAM)：跳转到BL2的地址上BL2(SDRAM)jump into OS
三、各个阶段在地址空间上的运行位置
1、s5pv210地址空间

参考《S5PV210_UM_REV1.1》 2.1 MEMORY ADDRESS MAP
s5pv210整体地址空间映射表如下：
起始地址     结束地址     长度     映射区域描述
0x0000_0000     0x1FFF_FFFF     512MB     Boot area（取决于启动模式）
0x2000_0000     0x3FFF_FFFF     512MB     DRAM 0
0x4000_0000     0x7FFF_FFFF     1024MB     DRAM 1
0x8000_0000     0x87FF_FFFF     128MB     SROM Bank 0
0x8800_0000     0x8FFF_FFFF     128MB     SROM Bank 1
0x9000_0000     0x97FF_FFFF     128MB     SROM Bank 2
0x9800_0000     0x9FFF_FFFF     128MB     SROM Bank 3
0xA000_0000     0xA7FF_FFFF     128MB     SROM Bank 4
0xA800_0000     0xAFFF_FFFF     128MB     SROM Bank 5
0xB000_0000     0xBFFF_FFFF     256MB     OneNAND/NAND Controller and SFR
0xC000_0000     0xCFFF_FFFF     256MB     MP3_SRAM output buffer
0xD000_0000     0xD000_FFFF     64KB     IROM
0xD001_0000     0xD001_FFFF     64KB     Reserved
0xD002_0000     0xD003_7FFF     96KB     IRAM
0xD800_0000     0xDFFF_FFFF     128MB     DMZ ROM
0xE000_0000     0xFFFF_FFFF     512MB     SFR region

重点关注如下几个地址空间：
起始地址     结束地址     长度     映射区域描述
0x0000_0000     0x1FFF_FFFF     512MB     Boot area（取决于启动模式）
0x2000_0000     0x3FFF_FFFF     512MB     DRAM 0
0x4000_0000     0x7FFF_FFFF     1024MB     DRAM 1
0xD000_0000     0xD000_FFFF     64KB     IROM
0xD002_0000     0xD003_7FFF     96KB     IRAM
2、BL0的运行地址

通过文档《S5PV210-iROM-ApplicationNote-Preliminary》位于如下区域
起始地址     结束地址     长度     映射区域描述
0x0000_0000     0x0000_FFFF     64KB     Internal ROM

s5pv210上电之后，CPU会直接从0x0地址取指令，也就是直接执行BL0。
3、BL1的运行地址

上述已经说明BL1在IRAM中运行，IRAM空间如下：
起始地址     结束地址     长度     映射区域描述
0xD002_0000     0xD003_7FFF     96KB     IRAM

但是并不是说整个IRAM都是给BL1使用的。
BL1使用的部分如下：
起始地址     结束地址     长度     映射区域描述
0xD002_0000     0xD003_5400     -     BL1代码空间

BL1镜像最大为16KB。
这里有一个注意事项:
BL1是加载在0xD002_0000的位置上（不包括USB启动的方法），并不是说BL1就是从0xD002_0000开始运行的。0xD002_0000开始的16B是用于作为BL1的header。BL1代码的实际运行地址是0xD002_0010
这部分header是用来给BL0验证BL1的镜像的有效性使用的。16B的header格式如下：
地址     数据
0xD002_0000     BL1镜像包括header的长度
0xD002_0004     保留，设置为0
0xD002_0008     BL1镜像除去header的校验和
0xD002_000c     保留，设置为0

当从存储介质上加载BL1镜像的时候（非UART/USB模式），需要校验这个header和BL1的镜像是否匹配，后续启动模式中会继续说明。
4、BL2的运行地址

上述已经知道BL2在SDRAM的地址空间中运行,SDRAM空间如下：
起始地址     结束地址     长度     映射区域描述
0x2000_0000     0x3FFF_FFFF     512MB     DRAM 0
0x4000_0000     0x7FFF_FFFF     1024MB     DRAM 1

tiny210的ddr是512M并且使用的是DRAM0的地址空间，故BL2的运行空间是
起始地址     结束地址     长度     映射区域描述
0x2000_0000     0x3FFF_FFFF     512MB     DRAM 0

但是在实际使用中，我把uboot加载到了ddr上0x23E0_0000（具体参考CONFIG_SYS_TEXT_BASE的定义）的地址上。

===========================================
综上所述,各个阶段的运行地址如下：
阶段     运行地址
BL0     0x0000_0000（固定）
BL1     0xD002_0010（固定）
BL2     0x3000_0000（可在代码中进行修改）
四、启动模式（如何将对应BL1加载到对应RAM上面）

在上述中，我们知道BL0负责将BL1的镜像加载到对应的地址上。
那么，有一个问题，BL1的镜像可能存放在SD卡，eMMC，Nand flash等存储介质上，也有可能是直接通过USB上写入到对应RAM的地址上。那么，BL0如何判断要从哪里去加载BL1的镜像呢，这就取决于启动模式了。
1、s5pv210支持的启动模式

OneNand Boot模式
    在这种模式下，BL0会从OneNAND的page0开始加载，先加载16B的header到0xD002_0000，通过header中的size判断需要读取多少page，然后再加载剩余的page到0xD002_0010上。
    最后计算除header外的数据的校验和，和header中的校验和比较，一旦匹配，则跳转到0xD002_0010。
    因此，当我们选择这种方式的时候，需要给BL1的镜像加上16B的header，然后以OneNand page0位置开始存放整个镜像。

Nand Boot (with H/W 8/16-Bit ECC)
    在这种模式下，BL0会从NAND的page0开始加载，先加载16B的header到0xD002_0000，通过header中的size判断需要读取多少page，然后再加载剩余的page到0xD002_0010上。
    最后计算除header外的数据的校验和，和header中的校验和比较，一旦匹配，则跳转到0xD002_0010。
    因此，当我们选择这种方式的时候，需要给BL1的镜像加上16B的header，然后以Nand page0位置开始存放整个镜像。

SD / MMC Boot
    在这种模式下，BL0会跳过SD的block0，从SD的block1加载，先加载block1到0xD002_0000，通过header中的size判断需要读取多少block，然后再加载剩余的block。
    最后计算除header外的数据的校验和，和header中的校验和比较，一旦匹配，则跳转到0xD002_0010。
    因此，当我们选择这种方式的时候，需要给BL1的镜像加上16B的header，然后以block1位置开始存放整个镜像。

eSSD Boot
    在这种模式下，BL0会跳过eSSD的block0，从eSSD的block1加载，先加载block1到0xD002_0000，通过header中的size判断需要读取多少block，然后再加载剩余的block。
    最后计算除header外的数据的校验和，和header中的校验和比较，一旦匹配，则跳转到0xD002_0010。
    因此，当我们选择这种方式的时候，需要给BL1的镜像加上16B的header，然后以block1位置开始存放整个镜像。

eMMC Boot
    在这种模式下，BL0会从eMMC的block0加载，先加载block0到0xD002_0000，通过header中的size判断需要读取多少block，然后再加载剩余的block。
    最后计算除header外的数据的校验和，和header中的校验和比较，一旦匹配，则跳转到0xD002_0010。
    因此，当我们选择这种方式的时候，需要给BL1的镜像加上16B的header，然后以block0位置开始存放整个镜像。

UART Boot
    在这种模式下，BL0会检测串口数据，并且将其复制到0xD002_0000开始的位置。在PC侧通过DWN软件将镜像通过串口进行写入。
    因为这种模式下不需要验证header，一旦下载完成之后，会直接跳转到0xD002_0000进入BL1。

USB Boot
    在这种模式下，BL0会检测USB数据，并且将其复制到0xD002_0000开始的位置。在PC侧通过DWN软件将镜像通过USB进行写入。
    因为这种模式下不需要验证header，一旦下载完成之后，会直接跳转到0xD002_0000进入BL1。

几个模式的差异如下表格
模式     硬件支持     BL1镜像存放起始位置     BL1镜像是否需要header     加载位置     跳转位置
OneNand Boot     OneNand flash     page0     是     0xD002_0000     0xD002_0010
Nand Boot     Nand flash     page0     是     0xD002_0000     0xD002_0010
SD / MMC Boot     SD / MMC     block1     是     0xD002_0000     0xD002_0010
eSSD Boot     eSSD     block1     是     0xD002_0000     0xD002_0010
eMMC Boot     eMMC     block0     是     0xD002_0000     0xD002_0010
UART Boot     UART     无     否     0xD002_0000     0xD002_0000
USB Boot     USB     无     否     0xD002_0000     0xD002_0000
2、s5pv210选择启动模式的方法

s5pv210通过OM[5:0]这6个引脚的组合来选择对应的启动模式。
具体查看《S5PV210-iROM-ApplicationNote-Preliminary》表格Table4. iROM OM pin description
以下举几个常见的例子
启动方式     OM5     OM4     OM3     OM2     OM1     OM0
SD BOOT     0     0     1     1     0     0
Nand 2KB 5cycle (Nand 8bit ECC)     0     0     0     0     1     0
Nand 4KB 5cycle (Nand 8bit ECC)     0     0     0     1     0     0
Nand 4KB 5cycle (default)(Nand 16bit ECC)     0     0     0     1     1     0
优先检测UART\USB模式     1     -     -     -     -     -

注意，当OM5用于决定是否先进入UART\USB模式。如果OM5为0，则直接进入OM[4:0]对应的模式中。
如果OM5为1，则先判断串口是否有响应（因此要进入该模式需要现在DNW软件上打开对应UART下载功能），有响应则进入UART模式，否则，超时，检测是否进入USB模式。
然后判断USB是否有相应（因此要进入该模式需要现在DNW软件上打开对应USB下载功能），有响应则进入USB模式，否则，超时，跳转到OM[4:0]对应的模式中。
3、tiny210支持的启动模式

通过tiny210的原理图《Tiny210-1305-Schematic》上看OM5\OM4\OM0均被拉低为0.而OM[3:1]则有拨码开关S2和反相器来控制其组合。
最终得到tiny210只支持如下两种启动方式
启动方式     OM5     OM4     OM3     OM2     OM1     OM0
SD BOOT     0     0     1     1     0     0
Nand 4KB 5cycle (default)(Nand 16bit ECC)     0     0     0     1     1     0
文章最后发布于: 2016-10-24 22:06:04
————————————————
版权声明：本文为CSDN博主「ooonebook」的原创文章，遵循 CC 4.0 BY-SA 版权协议，转载请附上原文出处链接及本声明。
原文链接：https://blog.csdn.net/ooonebook/article/details/52916202