原创 从NAND闪存中启动U-BOOT的设计

本文介绍了S3C2410中NAND闪存的工作原理，分析了从NAND闪存启动U-BOOT的设计思路，并着重描述了NAND闪存支持U-BOOT的
图 U-BOOT启动流程图
　　
开发环境

本设计中目标板硬件环境如下：CPU为S3C2410，SDRAM为HY57V561620，NAND闪存为64MB的K9F1208U0A。

主机软件环境为Redhat9.0、 u-boot-1.1.3、gcc 2.95.3。修改U-BOOT的Makefile，加入：

wch2410_config : unconfig
@./mkconfig $(@:_config=) arm arm920t wch2410 NULL s3c24x0

即将开发板起名为wch2410，接下来依次进行如下操作：
最后执行：
生成u-boot.bin，即通过了测试编译。
具体设计

支持NAND闪存的

启动程序设计

因为U-BOOT的入口程序是/cpu/arm920t/start.S,故需在该程序中添加NAND闪存的复位程序，以及实现从NAND闪存中把U-BOOT搬移到RAM中的功能程序。

首先在/include/configs/wch2410.h中加入CONFIG_S3C2410_NAND_BOOT, 如下：

#define CONFIG_S3C2410_NAND_BOOT 1   @支持从NAND 闪存中启动
然后在/cpu/arm920t/start.S中添加
#ifdef CONFIG_S3C2410_NAND_BOOT
copy_myself:
mov r10, lr
ldr sp, DW_STACK_START      @安装栈的起始地址
mov fp, #0                  @初始化帧指针寄存器
bl nand_reset               @跳到复位C函数去执行，执行NAND闪存复位
.......
/*从NAND闪存中把U-BOOT拷贝到RAM*/
ldr r0, =UBOOT_RAM_BASE     @ 设置第1个参数: UBOOT在RAM中的起始地址
mov r1, #0x0                @ 设置第2个参数:NAND闪存的起始地址
mov r2, #0x20000            @ 设置第3个参数: U-BOOT的长度(128KB)
bl nand_read_whole          @ 调用nand_read_whole(),把NAND闪存中的数据读入到RAM中
tst r0, #0x0                @ 如果函数的返回值为0,表示执行成功
beq ok_nand_read             @ 执行内存比较，把RAM中的前4K内容与NAND闪存中的前4K内容进行比较, 如果完全相同, 则表示搬移成功
其中，nand_reset ()，nand_read_whole()被加在/board/wch2410/wch2410.c中。

支持U-BOOT命令设计

在U-BOOT下对nand闪存的支持主要是在命令行下实现对nand闪存的操作。对nand闪存实现的命令为：nand info(打印nand Flash信息)、nand device(显示某个nand闪存设备)、nand read(读取nand闪存)、nand write(写nand闪存)、nand erease(擦除nand闪存)、nand bad(显示坏块)等。
用到的主要数据结构有：struct nand_flash_dev、struct nand_chip。前者包括主要的芯片型号、存储容量、设备ID、I/O总线宽度等信息；后者是具体对NAND闪存进行操作时用到的信息。

a. 设置配置选项

修改/include/configs/wch2410.h,主要是在CONFIG_COMMANDS中打开CFG_CMD_NAND选项。定义NAND闪存控制器在SFR区中的起始寄存器地址、页面大小，定义NAND闪存命令层的底层接口函数等。

b. 加入NAND闪存芯片型号

在/include/linux/mtd/ nand_ids.h中对如下结构体赋值进行修改:
static struct nand_flash_dev nand_flash_ids[] = {
......
{"Samsung K9F1208U0A", NAND_MFR_SAMSUNG, 0x76, 26, 0, 3, 0x4000, 0},
.......
                                              }

这样对于该款NAND闪存芯片的操作才能正确执行。

c. 编写NAND闪存初始化函数

在/board/wch2410/wch2410.c中加入nand_init()函数。
void nand_init(void)
{
/* 初始化NAND闪存控制器, 以及NAND闪存芯片 */
nand_reset();
/* 调用nand_probe()来检测芯片类型 */
printf ("%4lu MB\n", nand_probe(CFG_NAND_BASE) >> 20);
}

该函数在启动时被start_armboot()调用。

最后重新编译U-BOOT并将生成的u-boot.bin烧入NAND闪存中，目标板上电后从串口输出如下信息：
U-Boot 1.1.3 (Nov 14 2006 - 11:29:50)
U-Boot code: 33F80000 -> 33F9C9E4  BSS: -> 33FA0B28
RAM Configuration:
Bank #0: 30000000 64 MB
## Unknown Flash on Bank 0: ID 0xffff, Size = 0x00000000 = 0 MB
Flash:  0 kB
NAND:  64 MB
In:    serial
Out:   serial
Err:   serial
Hit any key to stop autoboot:  0
wch2410 #
结语

以往将U-BOOT移植到ARM9平台中的解决方案主要针对的是ARM9中的NOR闪存，因为NOR闪存的结构特点致使应用程序可以直接在其内部运行，不用把代码读到RAM中，移植过程相对简单。从NAND闪存中启动U-BOOT的设计难点在于NAND闪存需要把U-BOOT的代码搬移到RAM中，并要让U-BOOT支持NAND闪存的命令操作。本文介绍了实现这一设计的思路及具体程序。移植后，U-BOOT在嵌入式系统中运行良好。