tq2440 裸机使用mmu

 开发板硬件配置

                  Soc：S3C2440 ，256MB NandFlash，2MB NorFlash，64MB SDRAM

下面的程序摘自《 嵌入式Linux应用开发完全手册》；给出了全部程序代码以及连接脚本文件、Makefile文件

实现了mmu的简单使用

@*************************************************************************
@ File：head.S
@ 功能：设置SDRAM，将第二部分代码复制到SDRAM，设置页表，启动MMU，
@       然后跳到SDRAM继续执行
@*************************************************************************

.text
.global _start
_start:
ldr sp, =4096                       @ 设置栈指针，以下都是C函数，调用前需要设好栈
bl  disable_watch_dog               @ 关闭WATCHDOG，否则CPU会不断重启
bl  memsetup                        @ 设置存储控制器以使用SDRAM
bl  copy_2th_to_sdram               @ 将第二部分代码复制到SDRAM
bl  create_page_table               @ 设置页表
bl  mmu_init                        @ 启动MMU
ldr sp, =0xB4000000                 @ 重设栈指针，指向SDRAM顶端(使用虚拟地址)
ldr pc, =0xB0004000                 @ 跳到SDRAM中继续执行第二部分代码
halt_loop:
b   halt_loop

/*
* init.c: 进行一些初始化，在Steppingstone中运行
* 它和head.S同属第一部分程序，此时MMU未开启，使用物理地址
*/

/* WATCHDOG寄存器 */
#define WTCON           (*(volatile unsigned long *)0x53000000)
/* 存储控制器的寄存器起始地址 */
#define MEM_CTL_BASE    (*(volatile unsigned long *)0x48000000)

/*
* 关闭WATCHDOG，否则CPU会不断重启
*/
void disable_watch_dog(void)
{
WTCON = 0;  // 关闭WATCHDOG很简单，往这个寄存器写0即可
}

/*
* 设置存储控制器以使用SDRAM
*/
void memsetup(void)
{
/* SDRAM 13个寄存器的值 */
unsigned long  const    mem_cfg_val[]={
0x22011110,     //BWSCON
//bank6、bank7位宽32 ；bank5位宽8 ；bank4－bank1 sdram位宽16；
//所有bank均禁止等待，均未配置sram选项，

0x00000700,     //BANKCON0
0x00000700,     //BANKCON1
0x00000700,     //BANKCON2
0x00000700,     //BANKCON3
0x00000700,     //BANKCON4
0x00000700,     //BANKCON5
//bank0～bank5 存取周期14clocks 地址建立时间、保持时间0clock 片选建立时间、保持时间0clock 页模式下存取周期2clocks 页模式配置 普通

0x00018005,     //BANKCON6
0x00018005,     //BANKCON7
//bank6～bank7 存储器类型为SDRAM ，RAS～CAS 延时为3clocks  CAS 位数为9bits

0x008C07A3,     //REFRESH
//使能刷新 自动刷新 RAS预充电时间为2clocks 半行周期7clocks 刷新计数值为0X7A3
//刷新周期T=(2^11-0X7A3+1)/CLK_sdram 约为us级

0x000000B1,     //BANKSIZE
//允许突发操作 允许掉电模式 sclk仅在存取sdram时有效 bank6、bank7 大小64MB

0x00000030,     //MRSRB6
0x00000030,     //MRSRB7
//CAS延时 3clocks
};
int     i = 0;
for(; i < 13; i++)
*(&MEM_CTL_BASE +i)= mem_cfg_val[i];
}

/*
* 将第二部分代码复制到SDRAM
*/
void copy_2th_to_sdram(void)
{
unsigned int *pdwSrc  = (unsigned int *)2048;
unsigned int *pdwDest = (unsigned int *)0x30004000;
//在程序执行此函数时，还没有使用地址映射 因此使用了物理地址
while (pdwSrc < (unsigned int *)4096)
{
*pdwDest = *pdwSrc;
pdwDest++;
pdwSrc++;
}
}

/*
* 设置页表
*/
void create_page_table(void)
{

/*
* 用于段描述符的一些宏定义
*/
#define MMU_FULL_ACCESS     (3 << 10)   /* 访问权限 可读可写*/
#define MMU_DOMAIN          (0 << 5)    /* 属于哪个域 设置此段与域访问控制寄存器对应的域 mmu可以对不同的域进行不同的访问权限检查*/
#define MMU_SPECIAL         (1 << 4)    /* 必须是1 固定值 */
#define MMU_CACHEABLE       (1 << 3)    /* cacheable 允许该段使用ICache ICache应尽早(一般在mmu开启之前)开启 以提高CPU取指效率 */
#define MMU_BUFFERABLE      (1 << 2)    /* bufferable 通过配置Ctt和 Btt 可以确定DCache的配置为“写回”模式 DCache 必须在开启mmu之后才能被使用*/
#define MMU_SECTION         (2)         /* 表示这是段描述符 */
#define MMU_SECDESC         (MMU_FULL_ACCESS | MMU_DOMAIN | MMU_SPECIAL | \
MMU_SECTION)
#define MMU_SECDESC_WB      (MMU_FULL_ACCESS | MMU_DOMAIN | MMU_SPECIAL | \
MMU_CACHEABLE | MMU_BUFFERABLE | MMU_SECTION)
#define MMU_SECTION_SIZE    0x00100000

unsigned long virtuladdr, physicaladdr;
unsigned long *mmu_tlb_base = (unsigned long *)0x30000000;

/*
* Steppingstone的起始物理地址为0，第一部分程序的起始运行地址也是0，
* 为了在开启MMU后仍能运行第一部分的程序，
* 将0～1M的虚拟地址映射到同样的物理地址
*/
virtuladdr = 0;
physicaladdr = 0;
*(mmu_tlb_base + (virtuladdr >> 20)) = (physicaladdr & 0xFFF00000) | \
MMU_SECDESC_WB;

/*
* 0x56000000是GPIO寄存器的起始物理地址，
* GPBCON和GPBDAT这两个寄存器的物理地址0x56000010、0x56000014，
* 为了在第二部分程序中能以地址0xA0000010、0xA0000014来操作GPBCON、GPBDAT，
* 把从0xA0000000开始的1M虚拟地址空间映射到从0x56000000开始的1M物理地址空间
* 注意此段分配了外部IO引脚 因此要禁止使用ICache&DCache
*/
virtuladdr = 0xA0000000;
physicaladdr = 0x56000000;
*(mmu_tlb_base + (virtuladdr >> 20)) = (physicaladdr & 0xFFF00000) | \
MMU_SECDESC;

/*
* SDRAM的物理地址范围是0x30000000～0x33FFFFFF，
* 将虚拟地址0xB0000000～0xB3FFFFFF映射到物理地址0x30000000～0x33FFFFFF上，
* 总共64M，涉及64个段描述符 将SDRAM分成了64段  每段1MB
*/
virtuladdr = 0xB0000000;
physicaladdr = 0x30000000;
while (virtuladdr < 0xB4000000)
{
*(mmu_tlb_base + (virtuladdr >> 20)) = (physicaladdr & 0xFFF00000) | \
MMU_SECDESC_WB;
virtuladdr += 0x100000;
physicaladdr += 0x100000;
}
}

/*
* 启动MMU
*/
void mmu_init(void)
{
unsigned long ttb = 0x30000000;

__asm__(
"mov    r0, #0\n"
"mcr    p15, 0, r0, c7, c7, 0\n"    /* 使无效ICaches和DCaches */

"mcr    p15, 0, r0, c7, c10, 4\n"   /* drain write buffer on v4 */
"mcr    p15, 0, r0, c8, c7, 0\n"    /* 使无效指令、数据TLB */

"mov    r4, %0\n"                   /* r4 = 页表基址 */
"mcr    p15, 0, r4, c2, c0, 0\n"
//r2 (TTB) 变换表基址寄存器 保存了当前活动的第一级变换表的基地址
// /* 设置页表基址寄存器 */

"mvn    r0, #0\n"
//mvn 按位取反后传送数据
"mcr    p15, 0, r0, c3, c0, 0\n"    /* 域访问控制寄存器设为0xFFFFFFFF，
* 不进行权限检查
*/
/*
* 对于控制寄存器，先读出其值，在这基础上修改感兴趣的位，
* 然后再写入
*/
"mrc    p15, 0, r0, c1, c0, 0\n"    /* 读出控制寄存器的值 */

/* 控制寄存器的低16位含义为：.RVI ..RS B... .CAM
* R : 表示换出Cache中的条目时使用的算法，
*     0 = Random replacement；1 = Round robin replacement
* V : 表示异常向量表所在的位置，
*     0 = Low addresses = 0x00000000；1 = High addresses = 0xFFFF0000
* I : 0 = 关闭ICaches；1 = 开启ICaches
* R、S : 用来与页表中的描述符一起确定内存的访问权限
* B : 0 = CPU为小字节序；1 = CPU为大字节序
* C : 0 = 关闭DCaches；1 = 开启DCaches
* A : 0 = 数据访问时不进行地址对齐检查；1 = 数据访问时进行地址对齐检查
* M : 0 = 关闭MMU；1 = 开启MMU
*/

/*
* 先清除不需要的位，往下若需要则重新设置它们
*/
/* .RVI ..RS B... .CAM */
"bic    r0, r0, #0x3000\n"          /* ..11 .... .... .... 清除V、I位 */
"bic    r0, r0, #0x0300\n"          /* .... ..11 .... .... 清除R、S位 */
"bic    r0, r0, #0x0087\n"          /* .... .... 1... .111 清除B/C/A/M */
//异常寄存器基地址0x00 ICcche 禁止 小端操作 DCache 禁止 禁止对齐故障检查 MMU禁止
/*
* 设置需要的位
*/
"orr    r0, r0, #0x0002\n"          /* .... .... .... ..1. 开启对齐检查 */
"orr    r0, r0, #0x0004\n"          /* .... .... .... .1.. 开启DCaches */
"orr    r0, r0, #0x1000\n"          /* ...1 .... .... .... 开启ICaches */
"orr    r0, r0, #0x0001\n"          /* .... .... .... ...1 使能MMU */
//使能对齐故障检查 使能DCache ICache MMU使能

"mcr    p15, 0, r0, c1, c0, 0\n"    /* 将修改的值写入控制寄存器 */
: /* 无输出 */
: "r" (ttb) );
}

/*
* leds.c: 循环点亮4个LED
* 属于第二部分程序，此时MMU已开启，使用虚拟地址
*/

#define GPBCON      (*(volatile unsigned long *)0xA0000010)     // 物理地址0x56000010
#define GPBDAT      (*(volatile unsigned long *)0xA0000014)     // 物理地址0x56000014

#define GPB5_out    (1<<(5*2))
#define GPB6_out    (1<<(6*2))
#define GPB7_out    (1<<(7*2))
#define GPB8_out    (1<<(8*2))

/*
* wait函数加上“static inline”是有原因的，
* 这样可以使得编译leds.c时，wait嵌入main中，编译结果中只有main一个函数。
* 于是在连接时，main函数的地址就是由连接文件指定的运行时装载地址。
* 而连接文件mmu.lds中，指定了leds.o的运行时装载地址为0xB4004000，
* 这样，head.S中的“ldr pc, =0xB4004000”就是跳去执行main函数。
*/
static inline void wait(unsigned long dly)
{
for(; dly > 0; dly--);
}

int main(void)
{
unsigned long i = 0;

// 将LED1-4对应的GPB5/6/7/8四个引脚设为输出
GPBCON = GPB5_out|GPB6_out|GPB7_out|GPB8_out;

while(1){
wait(300000);
GPBDAT = (~(i<<5));     // 根据i的值，点亮LED1-4
if(++i == 16)
i = 0;
}

return 0;
}

连接脚本文件mmu.lds

SECTIONS {
firtst    0x00000000 : { head.o init.o }
second    0xB0004000 : AT(2048) { leds.o }
}

Makefile文件

objs := head.o init.o leds.o

mmu.bin : $(objs)
arm-linux-ld -Tmmu.lds -o mmu_elf $^
arm-linux-objcopy -O binary -S mmu_elf $@
arm-linux-objdump -D -m arm mmu_elf > mmu.dis
%.o:%.c
arm-linux-gcc -Wall -O2 -c -o $@ $<

%.o:%.S
arm-linux-gcc -Wall -O2 -c -o $@ $<

clean:
rm -f mmu.bin mmu_elf mmu.dis *.o