buildroot构建项目（四）--- u-boot 2017.11 适配开发板修改 2 ---- 系统启动初始化之一

一、代码分析

　　上一节已经分析了链接文件，知道了首先代码是从 _start 开始，之后设置了中断向量表，然后从 start.s 开始运行。

• _start：vectors.S (arch\arm\lib)
• reset：start.S (arch\arm\cpu\arm920t)
• _main：crt0.S (arch\arm\lib)
• board_init_f：Board_f.c (common)

1.1 vectors.S

　　vectors.S 为软件起始，标记_start，在此文件中，主要是定义异常向量定义表，定义了发生异常后，所做的处理，程序的一开头，就跳转到  reset 中去运行了，其实这才是程序真正开始运行了

　　

1.2 start.S

1.2.1 arm 的工作模式

• ARM微处理器的工作状态一般有两种，并可在两种状态之间切换：
  • 第一种为ARM状态，此时处理器执行32位的字对齐的ARM指令；
  • 第二种为Thumb状态，此时处理器执行16位的、半字对齐的Thumb指令。
• 工作模式有:
  • 用户模式（usr , User Mode）。ARM处理器正常的程序执行状态。　
  • 快速中断模式（fiq , Fast Interrupt Request Mode）。用于高速数据传输或通道处理。当触发快速中断时进入此模式。
  • 外部中断模式 ( irq , Interrupt Request Mode )。用于通用的中断处理。当触发外部中断时进入此模式。
  • 管理模式 ( svc , Supervisor Mode )。操作系统使用的保护模式。在系统复位或者执行软件中断指令SWI时进入。　
  • 数据访问终止模式 ( abt , Abort Mode )。当数据或指令预取终止时进入该模式，可用于虚拟存储及存储保护。
  • 系统模式（sys , System Mode ）。运行具有特权的操作系统任务。
  • 未定义指令中止模式 ( und , Undefined Mode )。当未定义的指令执行时进入该模式，可用于支持硬件协处理器的软件仿真。

1.2.2 ARM 状态的寄存器与 Thumb 状态的寄存器之间的关系

• ARM 与 Thumb 状态寄存器之间有如下关系：
  • Thumb 状态的 R0-R7 与 ARM 状态的 R0-R7 相同
  • Thumb 状态的 CPSR 和 SPSR 与 ARM 状态的 CPSR 和 SPSR 相同
  • Thumb 状态的 SP 映射到 ARM 状态的 R13
  • Thumb 状态的 LR 映射到 ARM 状态的 R14
  • Thumb 状态的程序计数器映射到 ARM 状态的程序计数器（R15）

　　

1.2.3 程序状态寄存器

　　ARM920T 包含了一个当前程序状态寄存器（Current Program Status Register-CPSR），另外还有 5 个用于异常程序处理的程序状态保存寄存器（Saved Program Status Registers-SPSR） 。这些寄存器的功能为：

• 保存最近已处理的 ALU 操作的信息
• 控制中断的使能与禁止
• 设置处理器的运行模式

　　程序状态寄存器的格式为：　　

　　

• 状态代码标志位
  • N，Z，C 和 V 位为状态代码标志位。算术或逻辑操作结果可能会改变这些位，并检验以决定是否应该执行某
    条指令
  • 在 ARM 状态，所有指令都可能为条件执行
  • 在 Thumb 状态，只有分支指令才能条件执行
• 控制位
  • PSR (包含 I，F，T 和 M[4:0])的末端 8 位统称为控制位。 当发生异常时将会改变这些位。如果处理器运行在特
    权模式，它们也可由软件控制。

　　

　　

　　ARM上电一启动，就是首先将自己设置位 SVC32模式：

     /*
      * set the cpu to SVC32 mode
      */
     mrs    r0, cpsr            /* 移动状态/标志位，从 CPSR 到寄存器 r0 */
     bic    r0, r0, #0x1f       /* 将r0 中的后5位清0，bic:（位清除）指令对 r0 中的值 和 0x1f(0x0001 1111) 的反码按位进行逻辑“与”运算。 */
     orr    r0, r0, #0xd3       /* 将r0 与 0xd3(0x1101 0011) 进行或运算，变成SVC 模式*/
     msr    cpsr, r0            /* 移动状态/标志位，从寄存器数据到 CPSR */

1.2.4 关闭看门狗

• WTCON：看门狗定时器控制器。
  • WTCON 寄存器允许用户使能或禁止看门狗定时器、从 4 个不同源选择时钟信号、使能或禁止中断和使能或禁止看门狗定时器输出。
  • 看门狗定时器是用于恢复 S3C2440 上电后若有故障重时新启动；如果不希望控制器重新启动，则应该禁止看门狗定时器。
  • 如果用户希望使用看门狗定时器作为普通定时器，则应使能中断并且禁止看门狗定时器。 　　

　　

1.2.5 屏蔽中断

• 程序状态寄存器（PSR）的 F 位和 I 位：
  • 如果 ARM920T CPU 中的 PSR 的 F 位被置位为 1，CPU 不会接受来自中断控制器的快中断请求（FIQ）。
  • 同样的如果 PSR 的 I 位被置位为 1，CPU 不会接受来自中断控制器的中断请求（IRQ）。
  • 因此，中断控制器可以通过清除 PSR 的 F 位和 I 位为 0 并且设置 INTMSK 的相应位为 0 来接收中断
• 中断屏蔽寄存器 ：INTMSK
  • 此寄存器表明如果中断相应的屏蔽位被置位为 1 则禁止该中断。
  • 如果某个 INTMSK 的中断屏蔽位为 0，将正常服务中断。
  • 如果 INTMSK 的中断屏蔽位为 1 并且产生了中断，将置位源挂起位。
  • 此寄存器由 32 位组成，其每一位都都涉及一个中断源。
  • 如果某个指定为被设置为 1，则 CPU 不会去服务来自相应中断源（请注意即使在这种情况中，SRCPND 寄存器的相应位也设置为 1）的中断请求。
  • 如果屏蔽位为 0，则可以服务中断请求。

　　

1.2.6 设置始终分频

• S3C2440A 中的时钟控制逻辑可以产生必须的时钟信号：
  • CPU时钟信号：FCLK，FCLK 是提供给 ARM920T 的时钟。 Fclk 最高 400MHz
  • AHB总线外设时钟信号：HCLK，HCLK 是提供给用于 ARM920T，存储器控制器，中断控制器，LCD 控制器，DMA 和 USB 主机模块的 AHB
    总线的时钟。
    Hclk 最高 136MHz
  • APB总线外设始终信号：PCLK，PCLK 是提供给用于外设如 WDT，IIS，I2C，PWM 定时器，MMC/SD 接口，ADC，UART，GPIO，RTC 和
    SPI 的 APB 总线的时钟。
    Pclk 最高 68MHz
• S3C2440A 包含两个锁相环（PLL） ：一个提供给 FCLK、HCLK 和 PCLK，另一个专用于USB 模块（48MHz）
  • UPLL 产生时钟运作 USB 主机/设备
  • MPLL 产生时钟运作 1.3V 下最高 400MHz 的 MCU ，300MHz 下 1.20V 　　
• 时钟控制逻辑可以不使用 PLL 来减慢时钟，并且可以由软件连接或断开各外设模块的时钟，以降低功耗。
• 主时钟源来自一个外部晶振（XTIpll）或外部时钟（EXTCLK）
  • 模式控制引脚（OM3 和 OM2）的组合关系的并为 S3C2440A 选择时钟源。 JZ2440开发板上OM2和OM3接地，为低电平 00
  • 下图是引导启动（boot-up）时，时钟源的选择

　　

• • 可以看出我们的时钟源：MPLL开启，UPLL开启，主时钟源为晶振，USB时钟源为晶振　　
  • 虽然 MPLL 在复位后就开始， MPLL 输出 （Mpll） 并没有作为系统时钟， 直到软件写入有效值来设置 MPLLCON寄存器。
  • 在设置此值之前， 是将外部晶振或外部时钟源提供的时钟直接作为系统时钟。
  • 即使用户不想改变 MPLLCON 寄存器的默认值，用户也应当写入与之相同的值到 MPLLCON 寄存器寄存器中。
    即是说我们在设置时钟分频之前，需要设置MPLLCON寄存器的值
  • FCLKOUT 必须大于 200MHz（这并不意味着 ARM 内核必须在高于 200MHz 下运行）
• S3C2440A 还支持对 FCLK、 HCLK 和 PCLK 之间分频比例的选择。 该比例由 CLKDIVN 控制寄存器中的 HDIVN和 PDIVN 所决定

　　

• 总结操作时钟的步骤：
  • 首先是 硬件管脚 OM2和 OM3 确定时钟的模式
  • 其次是 设置 MPLLCON 寄存器的值　　
  • 最后是 设置时钟分频
• PLL控制寄存器

　　

• MPLL和UPLL时钟频率计算
  • Fin：输入频率，由原理图可以知道，XTIpll 和  XTOpll 引脚接入的为 12MHZ晶振
  • m,p,s：分频，对应PLLCON的位如下：

　　

　　

　　注意：当你设置 MPLL 和 UPLL 的值时，你必须首先设置 UPLL 值再设置 MPLL 值。 （大约需要 7 个 NOP 的间隔）

• 时钟分频寄存器：CLKDIVN

　　

　　

　　需要注意的是，如果 HDIVN 不为 0，CPU 总线模式应该使用以下指令使其从快总线模式改变为异步总线模式（S3C2440不支持同步总线模式）。

　　如果 HDIVN 不为 0 并且 CPU 总线模式为快总线模式，CPU 运行在 HCLK。 在不影响 HCLK 和PCLK 的情况下
，可以用此特性改变 CPU 频率为一半或更多。

　　应当谨慎设置 CLKDIVN，不要使其超过 HCLK 和 PCLK 的最大值。

　　

　　但我们启动的时候，我们的MMU还没有进行初始化，这个时候我们不用设置MMU，并且，在启动过程中，我们会关闭MMU，所以模式的改变不需要。

　　最后的代码为：

 #if defined(CONFIG_S3C24X0)
 #if defined(CONFIG_S3C2400)
 #  define pWTCON    0x15300000
 #  define INTMSK    0x14400008    /* Interrupt-Controller base addresses */
 #  define CLKDIVN    0x14800014    /* clock divisor register */
 #else
 #  define pWTCON    0x53000000  /* 看门狗定时器控制寄存器,地址位 0x53000000,复位值 0x8021 */
 #  define INTMSK    0x4A000008    /* Interrupt-Controller base addresses */
 #  define INTSUBMSK    0x4A00001C
 #  define MPLLCON   0x4C000004  /* MPLL 配置寄存器 */
 #  define UPLLCON   0x4C00000C  /* UPLL 配置寄存器 */
 #  define CLKDIVN    0x4C000014    /* 时钟分频寄存器 */
 #  define S3C2440_MPLL_400MHZ     ((0x5c<<) | (0x01<<) | (0x01)) /* 配置 MPLL 时钟为400MHZ*/
 #  define S3C2440_UPLL_48MHZ     ((0x56<<) | (0x02<<) | (0x02)) /* 配置 MPLL 时钟为48MHZ*/

 #endif /* endif CONFIG_S3C2400 */

     /* 关闭看门狗 */
     ldr r0, =pWTCON     /* 将 存储器地址 所指地址处连续的4个字节（1个字）的数据传送到目的寄存器r0中。*/
     mov r1, #0x0        /* 将 0x0 存入寄存器 r1 中 */
     str r1, [r0]        /* 从源寄存器 r1 中将一个32位的字数据传送到存储器r0中。 */

     /* 屏蔽中断 */
     mov r1, #0xffffffff /* 将 0xffffffff 存入寄存器 r1 中 */
     ldr r0, =INTMSK     /* 将 存储器地址 所指地址处连续的4个字节（1个字）的数据传送到目的寄存器r0中。*/
     str r1, [r0]        /* 从源寄存器 r1 中将一个32位的字数据传送到存储器r0中。 */

     /* UPLLCON = S3C2440_UPLL_48MHZ */
     ldr r0, =MPLLCON
     ldr r1, =S3C2440_UPLL_48MHZ
     str r1, [r0]    

     NOP
     NOP
     NOP
     NOP
     NOP
     NOP
     NOP

     /* MPLLCON = S3C2440_MPLL_400MHZ */
     ldr r0, =MPLLCON
     ldr r1, =S3C2440_MPLL_400MHZ
     str r1, [r0]

     /* 设置时钟分频 */
     ldr r0, =CLKDIVN
     mov r1, #0x05;              // FCLK:HCLK:PCLK=1:4:8 0000 0101
     str r1, [r0]

 #endif  /* endif CONFIG_S3C24X0*/