嵌入式Linux裸机开发（二）——S5PV210启动过程分析

嵌入式Linux裸机开发（二）——S5PV210启动过程分析

一、iROM启动方式简介

友善之臂Smart210开发板的SoC为三星S5PV210，S5PV210采用iROM启动方式进行启动，通过查阅三星官方S5PV210文档s5pv210_irom_applicationnote_preliminary可知，iROM启动方式支持从MoviNAND/iNand, MMC/SD Card ,pure Nand, eMMC, eSSD, UART and USB等存储设备启动。

1、硬件支持需求

使用iROM启动方式有几种硬件需求：
A、基于CortexA8的S5PV210X微处理器
B、64KB iROM
C、96KB iRAM
D、通用的SDRAM和控制器
E、4/8 Bit的高速SD/MMC控制器
F、4-bit SD / 4-bit MMC / 4 or 8-bit eMMC
G、Nand Flash控制器
H、OneNand控制器
I、eSSD控制器
J、UART/USB控制器

2、启动模式

A、OneNand启动(Mux/Demux)
B、Nand启动（支持8/16-Bit ECC）
C、MMC启动（MMC4.3标准，兼容eMMC）
D、eSSD启动
E、UART/USB启动安全启动模式支持：对除UART/USB 外的所有启动设备的BootLoader采用整体校验，安全秘钥值写在S5PV210内部，如果安全秘钥值没有写在S5PV210内部，则为非安全启动模式。三星在制造阶段就将安全秘钥值写入到了S5PV210内部。第二启动模式支持：当第一启动模式（安全启动模式）失败后，就会试图从4 bit的SD/MMC通道2通过SD/MMC启动。

3、iROM启动方式的优点

A、降低BOM（材料清单）成本
iROM启动支持从Movinand/iNAND/MMC/eMMC Card, eSSD设备启动，系统无需启动介质就可以启动，不需要像nor flash这样的启动设备。
B、改善读特性
采用iROM启动方式从nand flash启动时，S5PV210支持8/16-bit H/W ECC。但是16-bit ECC仅支持4KB 5cycle的Nand。
C、降低生产成本
能从其他启动设备烧录启动设备，无需Gang programmer烧录器

4、电路设计

A、使用OM引脚选择iROM启动设备B、所有的S5PV210启动设备都可以从MMC通道2使用SD/MMC设备以第二启动方式启动。C、OneNand 启动时，Xm0CSn4/NFCSn2/ONANDXL_CSn0信号必须有效。BL1代码段起始处必须是BL1的校验数据。D、Nand启动时，Xm0CSn2/NFCSn0信号必须有效。BL1代码段起始处必须是BL1的校验数据。E、SD/MMC/eMMC启动时，MMC通道0分配给第一启动模式使用，通道2分配给第二启动模式使用。BL1代码段起始处必须是BL1的校验数据。F、UART启动使用串口端口2

二、iROM启动流程

S5PV210启动过程分为BL0、BL1、BL2三个阶段，S5PV210内部有96Kb的IRAM和64Kb的IROM。S5PV210启动过程如下图：



第一步：iROM初始化，初始化系统时钟、特殊设备控制寄存器和启动设备
第二步：iROM启动代码加载BL1（bootloader）到iRAM，在安全启动模式下iROM对BL1进行整体校验。
第三步：执行BL1，BL1加载BL2（剩余的bootloader）到iRAM，BL1将会对BL2进行整体校验。
第四步：执行BL2，BL2初始化DRAM控制器，加载kernel到SDRAM
第五步：跳转到OS起始地址，进入系统

1、BL0启动阶段

在BL0阶段初始化的内容如下：
1、关闭看门狗
2、初始化icache
3、初始化栈（设置中断栈、SVC栈）
4、初始化堆
5、初始化块设备copy函数
6、初始化PLL和设置系统时钟
7、拷贝BL1到iram
8、校验BL1，如果校验失败，将从SD卡启动
9、检查是否是安全启动模式
10、跳转到BL1的地址

2、第一启动模式启动流程

安全启动模式（第一启动模式）的启动过程：

3、第二启动模式启动流程

第二启动模式的启动过程：

4、UART启动模式

S5PV210 iROM支持串口下载功能，串口下载一般通过发送校验位到DNW进行校验，不关心启动设备。对于串口下载来说不需要选择信号。为了避免串口超时错误，用户需要在开发板电源打开之前设置DNW配置，也就是当BL1代码被选中，下载进程启动时，iROM就应该被启动。

5、USB启动模式

S5PV210 iROM支持USB下载功能。如果串口超时发生，iROM会试图从USB模式启动。为了避免USB协商超时错误，用户必须预先用USB线连接好目标开发板和PC。如果USB连接好，用户就能通过USB线下载BL1镜像到开发板。
在UART、USB启动模式下BL1不需要头信息，BL1代码的基地址是0xD0020000。在其他启动模式下，BL1必须有头信息，BL1代码的基地址是0xD0020010。

三、iROM启动的其他细节

1、iROM内存分配

2、全局变量

如果用MMC设备启动，MMC卡的信息必须保存在特殊区域。

2、设备拷贝函数

S5PV210内部有一段用于启动设备的块拷贝函数的ROM代码，因此开发者不需要实现设备拷贝函数。这些内部函数能从存储设备中拷贝任何数据到SDRAM，用户在iROM启动过程完成后仍然可以使用这些函数。

2、启动设备启动扇区分配

SD/MMC/eSSD设备启动扇区分配



eMMC设备启动扇区分配


OneNAND/NAND设备启动扇区分配



如果从Nand启动，Nand ECC数据应该项如下设定：


对于8bit ECC来说，ECC 数据大小是13字节
对于16bit ECC来说，ECC 数据大小是26字节，但是对于每一种Nand flash，ECC的大小是不一样的，因此需要去查阅Nand flash的数据手册。

2、启动代码的头信息数据

BL1必须有头信息数据，头信息数据是用于通过iROM复制BL1到iRAM中使用，头信息数据有两种信息，一种是BL1的大小，一种是BL1数据校验。当加载BL1时，iROM检查位于头数据中的BL1的大小，拷贝BL1到iRAM。拷贝完BL1后，iROM计算拷贝的BL1的数据和，与位于BL1头数据信息中的校验和数据进行比较。如果成功，BL1启动，否则iROM将会试图从SD/MMC通道2端口的第二启动模式（4-bit SD/MMC）启动。计算数据校验和的代码如下：
for(count=0;count< dataLength;count+=1)
{
buffer = (*(volatile u8*)(uBlAddr+count));
checkSum = checkSum + buffer;
}
Count：无符号整型
dataLength：BL1的大小
buffer：从BL1读取1字节数据的存储变量
Checksum：BL1的校验和

2、时钟设置

S5PV210只有24MHZ的外部晶体振荡器可用。



本博文翻译自：三星S5PV210官方S5PV210_iROM_ApplicationNote文档