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u-boot从nand 启动时的问题解决记录

问题描述：

使用u-boot-1.1.6版本u-boot移植到JZ2440开发板上，当前已经能够从Nor启动，但是不能从Nand正常启动（u-boot大小为95.8k，已经超过的2440从Nand启动时所能拷贝的4k大小），当前代码中只具备从Nor启动时，重定位代码到SDRam的功能，所以需要添加从Nand启动时将u-boot代码重定位到SDRam中，之后跳到SDRam中运行；

针对上述需求中Nand操作部分增加代码如下：

/* s3c2440中nand控制器中寄存器的操作地址 */
#define NFCONF (*(volatile unsigned int *)0x4E000000)
#define NFCONT (*(volatile unsigned int *)0x4E000004)
#define NFCMD  (*(volatile unsigned int *)0x4E000008)
#define NFADDR (*(volatile unsigned int *)0x4E00000C)
#define NFDATA (*(volatile unsigned int *)0x4E000010)
#define NFSTAT (*(volatile unsigned int *)0x4E000020)

/* 判断当前程序是从Nor启动，还是从Nand启动
*  返回值：0 从nand启动，1 从Nor启动
*/
unsigned int isFromNorflashStart(void)
{
    unsigned int val;
    volatile unsigned int *p = (volatile unsigned int *)0;
    
    val = *p;
    *p = 0x12345678;
    if(*p == 0x12345678) 
    {
        *p = val;
        return 0;
    }
    else
    {
        return 1;
    }
}

/* nand控制器初始化 */
void nand_init_ll(void)
{
#define TACLS  0
#define TWRPH0 1
#define TWRPH1 0
    /* 设置时序 */
    NFCONF = (TACLS<<12) | (TWRPH0<<8) | (TWRPH1<<4);
    /* 使能Nand控制器、初始化ECC、禁止片选 */
    NFCONT = (1<<4) | (1<<1) | (1<<0);
}

/* 使能片选 */
void enable_select_ll(void)
{
    NFCONT &= ~(1<<1);
}

/* 禁止片选 */
void disenable_select_ll(void)
{
    NFCONT |= (1<<1);
}

/* 发命令 */
void nand_cmd_ll(unsigned char cmd)
{
    volatile unsigned int i;
    NFCMD = cmd;
    for(i=0; i<10; i++);
}

/* 发地址 */
void nand_addr_ll(unsigned int addr)
{
    volatile unsigned int i;
    unsigned int page = addr / 2048;
    unsigned int col  = addr % 2048;
    
    NFADDR = col & 0xff;
    for(i=0; i<10; i++);
    NFADDR = (col >> 8) & 0xff;
    for(i=0; i<10; i++);
    
    NFADDR = page & 0xff;
    for(i=0; i<10; i++);
    NFADDR = (page >> 8) & 0xff;
    for(i=0; i<10; i++);
    NFADDR = (page >> 16) & 0xff;
    for(i=0; i<10; i++);
}

/* 等待就绪 */
void nand_wait_ready_ll(void)
{
    while(!(NFSTAT & (1<<0)));
}

/* 读数据 */
unsigned char nand_data_ll(void)
{
    return NFDATA;
}

/* nand读操作 */
void nand_read_ll(unsigned int addr, unsigned char *dest, unsigned int len)
{
    unsigned int page = addr / 2048;
    unsigned int col  = addr % 2048;
    unsigned int i    = 0;
    
    /* 使能片选 */
    enable_select_ll();
    
    while(i < len)
    {
        /* 发出命令00H */
        nand_cmd_ll(0x00);
        /* 发出地址 */
        nand_addr_ll(addr);
        /* 发出命令30H */
        nand_cmd_ll(0x30);
        /* 等待就绪 */
        nand_wait_ready_ll();
        /* 读数据 */
        for(; (col < 2048) && (i < len); col++)
        {
            dest[i++] = nand_data_ll();
            addr++;
        }
        /* 当读取一页后，将列值置为0 */
        col = 0;
    }
    /* 禁止片选 */
    disenable_select_ll();
}

/*
*  重定位函数
*  addr : 源地址
*  dest : 目的地址
*  len  : 需要拷贝数据的长度
*/
void copy_code_to_sdram(unsigned char *addr, unsigned char *dest, unsigned int len)
{
    unsigned int i = 0;
    
    if(isFromNorflashStart())
    {
        while(i < len)
        {
            *dest++ = *addr++;
            i++;
        }
    }
    else
    {
        nand_read_ll(addr, dest, len);
    }
}

针对上述需求功能在汇编代码中修改如下：

以下是部分代码段，在此之前的汇编代码主要完成的功能是：将CPU设置为SVC模式、关看门狗、关中断以及设置时钟；

    /*
     * we do sys-critical inits only at reboot,
     * not when booting from ram!
     */
#ifndef CONFIG_SKIP_LOWLEVEL_INIT /* CONFIG_SKIP_LOWLEVEL_INIT未定义 */
    bl  cpu_init_crit             /* 主要的功能是关cache、关MMU以及初始化SDRam */
#endif

    /* Set up the stack                         */
stack_setup:
    ldr r0, _TEXT_BASE          /* upper 128 KiB: relocated uboot   */
    sub r0, r0, #CFG_MALLOC_LEN /* malloc area                      */
    sub r0, r0, #CFG_GBL_DATA_SIZE /* bdinfo                        */
#ifdef CONFIG_USE_IRQ           /* CONFIG_USE_IRQ未定义              */
    sub r0, r0, #(CONFIG_STACKSIZE_IRQ+CONFIG_STACKSIZE_FIQ)
#endif
    sub sp, r0, #12            /* leave 3 words for abort-stack     */

    bl nand_init_ll            /* 上面已经设置好了栈，调用C函数初始化Nand控制器 */

#ifndef CONFIG_SKIP_RELOCATE_UBOOT  /* CONFIG_SKIP_RELOCATE_UBOOT未定义 */
relocate:                      /* relocate U-Boot to SDRAM         */
    mov r0, #0
    ldr r1, _TEXT_BASE         /* test if we run from flash or RAM */
    ldr r2, _armboot_start
    ldr r3, _bss_start
    sub r2, r3, r2             /* r2 <- size of armboot            */

    bl copy_code_to_sdram      /* 调用代码重定位处理函数               */
#endif  /* CONFIG_SKIP_RELOCATE_UBOOT */

clear_bss:
    ldr r0, _bss_start          /* find start of bss segment        */
    ldr r1, _bss_end            /* stop here                        */
    mov     r2, #0x00000000     /* clear                            */

clbss_l:str r2, [r0]            /* clear loop...                    */
    add r0, r0, #4
    cmp r0, r1
    ble clbss_l

    ldr pc, _start_armboot      /* 跳转执行第二阶段                    */

_start_armboot: .word start_armboot

结果：

添加上述代码、编译后得到u-boot.bin烧写到Nand中的0地址处，上电运行，发现在串口监控中没有任何信息输出，之后又将代码烧写到Nor上的0地址处，上电运行，发现串口监控中输出信息正常，命令执行也正常；

分析：

1. u-boot程序的连接地址指定为-Ttext 0x33F80000 ，而当开发板设置为从Nand启动时，CPU会先拷贝4k大小的代码到芯片内部的ram中运行，那么问题来了，有没有可能在连接时，重定位的代码部分并没有在前4k大小中，从而导致代码重定位失败，无法正常启动？

   解决办法：查看u-boot.bin文件反编译得到的u-boot.dis文件中，重定位代码部分的连接地址是否在前4k空间，发现确实在前4k空间(如果不在前4k空间，可以修改连接脚本u-boot.lds文件，确保相关文件优先连接)；

   /* 反汇编得到的部分内容 */
   33f80cd8 <copy_code_to_sdram>:
   33f80cd8:    e92d4070    stmdb   sp!, {r4, r5, r6, lr}
   33f80cdc:    e1a04002    mov r4, r2
   33f80ce0:    e1a05000    mov r5, r0
   33f80ce4:    e1a06001    mov r6, r1
   33f80ce8:    ebffff68    bl  33f80a90 <isFromNorflashStart>
   33f80cec:    e3500000    cmp r0, #0  ; 0x0
   33f80cf0:    e3a02000    mov r2, #0  ; 0x0
   33f80cf4:    0a000007    beq 33f80d18 <copy_code_to_sdram+0x40>
   33f80cf8:    e1520004    cmp r2, r4
   33f80cfc:    28bd8070    ldmcsia sp!, {r4, r5, r6, pc}
   33f80d00:    e2822001    add r2, r2, #1  ; 0x1
   33f80d04:    e4d53001    ldrb    r3, [r5], #1
   33f80d08:    e1520004    cmp r2, r4
   33f80d0c:    e4c63001    strb    r3, [r6], #1
   33f80d10:    3afffffa    bcc 33f80d00 <copy_code_to_sdram+0x28>
   33f80d14:    e8bd8070    ldmia   sp!, {r4, r5, r6, pc}
   33f80d18:    e1a00005    mov r0, r5
   33f80d1c:    e1a01006    mov r1, r6
   33f80d20:    e1a02004    mov r2, r4
   33f80d24:    e8bd4070    ldmia   sp!, {r4, r5, r6, lr}
   33f80d28:    eaffffc9    b   33f80c54 <nand_read_ll>

2. 如果程序连接没有问/题，那么有可能是nand控制器初始化失败，或者是在调用copy_code_to_sdram函数时传入的参数不对导致的？

   nand控制器初始化失败经过再次确认可以排除这种情况；

       mov r0, #0
    ldr r1, _TEXT_BASE         /* test if we run from flash or RAM */
    ldr r2, _armboot_start
    ldr r3, _bss_start
    sub r2, r3, r2             /* r2 <- size of armboot            */
   
    bl copy_code_to_sdram      /* 调用代码重定位处理函数               */

   在汇编代码中调用C函数copy_code_to_sdram时是通过r0、r1、r2分别传入源地址、目的地址和数据长度等三个变量，其中r0 = 0，代码本身就是烧写在Nand的0地址处，所以源地址为0，没问题，r1 = _TEXT_BASE = 0x33F80000 ，连接地址在连接是指定为0x33F80000 ，所以也没问题，r2 = _armboot_start = _start = 代码的起始地址(在连接脚本中该地址被指定为 . = 0x00000000;)，r3 = _bss_start是.bss段的起始地址，当r3 - r2后得到的就是代码段的长度，所以也没问题；

3. 目前最大的嫌疑就是，Nand在拷贝数据的过程中不成功导致的？

   解决办法：重点分析nand_read_ll()函数，确保数据读取成功并且是正确的，此处省略描述这个痛苦的过程，直接上结果，nand_read_ll()函数本身的逻辑处理是没问题的，而问题出在了如下部分：

   /* s3c2440中nand控制器中寄存器的操作地址 */
   #define NFCONF (*(volatile unsigned int *)0x4E000000)
   #define NFCONT (*(volatile unsigned int *)0x4E000004)
   #define NFCMD  (*(volatile unsigned int *)0x4E000008)
   #define NFADDR (*(volatile unsigned int *)0x4E00000C)
   #define NFDATA (*(volatile unsigned int *)0x4E000010)
   #define NFSTAT (*(volatile unsigned int *)0x4E000020)
   
   将上面的NFCMD、NFADDR、NFDATA和NFSTAT地址的宏定义修改为：
   #define NFCMD  (*(volatile unsigned char *)0x4E000008)
   #define NFADDR (*(volatile unsigned char *)0x4E00000C)
   #define NFDATA (*(volatile unsigned char *)0x4E000010)
   #define NFSTAT (*(volatile unsigned char *)0x4E000020)

   在2440的datasheet中Nand控制器寄存器描述部分，上述修改了的寄存器，只关心低8位，按照上述修改后，问题解决！

u-boot从nand 启动时的问题解决记录

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