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基于S3C6410的ARM11学习(一) 基础知识

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手上有一块OK6410的板子,就想起来花点时间学习下经典的ARM系列ARM11。了解一下ARM11的开发流程,以及怎么跑系统。

ARM11和之前学习的STM32的开发是很不一样的。STM32,都是把代码烧到STM32芯片FLASH中,然后代码从FLASH中执行,而且程序执行是不需要外部挂ram的,因为芯片的内部就集成了一定大小的ram。

而ARM11是不一样的,内部没有FLASH和ram,所以就需要外挂flash设备和ram设备,然后ARM11通过存储控制器来操作这些设备。

clip_image002

从图中就可以直观的看出区别了。对于S3C6410,因为内部没有存储器,所以需要将代码烧录到外挂的FLASH设备,这里FLASH设备可以有多种,但是一定要芯片支持的flash才行,这个在芯片的数据手册中是有说明的。程序执行,是需要内存的,所以还要外挂一个内存设备,用来执行程序,这里内存设备也可以有多种,但是也是要看芯片的数据手册看是支持哪一种内存设备。

两种的开发方式也是不同的。开发STM32程序,我们基本上都是用keil图形化界面开发,编译链接这些东西都是编译器搞定的,我们不需要写makefile,不需要写链接脚本,也不需要写启动代码,因为这些ST公司都为我们做好了。而且写的程序基本上都是用C语言写的。

但是ARM11开发就不一样的,需要在linux中开发,需要安装交叉编译工具链,这个时候就没有图形化开发界面了,需要自己写makefile,需要自己写链接脚本,而且重要的一点,需要自己写bootloader,也就是启动代码。

两种开发的指令也是不一样的,ARM11采用的是ARM指令,也就是32位指令,都是4字节对齐。但是STM32采用的是THUMB2指令,其中包含THUMB的16位指令,所以指令不是严格的4字节对齐。但是写STM32程序的时候,都是用C语言写的,所以对这些就不怎么关心。

但是在ARM11中开发就不一样了,因为开发bootloader代码时,是需要用汇编代码来写的,所以就要熟悉ARM11的汇编指令。会编写makefile,也要会编写链接脚本。

当然,STM32和ARM11还有其他的很多地方不一样。这里,就不介绍了,等到了具体的地方再加说明。

先来了解下ARM11的启动流程。

clip_image004

从ARM启动手册中截取的图。图中的BL是指bootloader。

一、 上电后,程序首先执行BL0程序,这个程序是芯片厂商固化在芯片中的程序。在这程序中,会有一些初始化东西,最重要的是对存储器控制器的初始化,使芯片能够访问外部的FLASH启动设备。

二、 BL0初始化后,会根据启动管脚的选择(因为ARM11支持多种存储介质启动),将外部启动存储设备的前8K数据给拷贝到stepping stone中,然后跳转到stepping stone执行。这个时候,执行的就是我们写的BL1程序。

三、 在BL1程序,我们会对芯片的一些寄存器进行设置,外部的一些外设进行初始化,比如nandflash,dram,串口等等。并对C语言环境进行配置,因为之后的程序有可能是用C语言写的。然后将外部存储启动设备中剩下的超过8K的程序拷贝到DRAM中,然后跳转到DRAM中执行程序。

所以,我们首先是要设定BL1的程序,在这个程序中,我们需要对芯片的一些寄存器进行设置,对外部的外设初始化,然后将FLASH中的代码拷贝到DRAM中,设置C语言环境,也就是配置堆,栈,BSS段清零。

clip_image005

看看STM32启动流程,上电后,芯片会采集boot0,boot1管脚的值,然后决定是从FLASH启动,还是从RAM启动。选择好后,就开始执行启动代码的程序,对堆栈定义(设置堆栈大小,以及地址),然后设置中断向量表,然后进行时钟,NVIC的初始化。接着调用_main,注意这里_main不是我们所写的main函数,而是系统自带的函数,该函数就是初始化C所需资源,也就是设置堆栈,映射代码中变量到内存中,然后再跳转到我们编写的main函数,开始执行我们写的程序。

可见,STM32还是要相对简单一些的,因为STM32,对这些工作,ST公司都已经做好了,也就是在写程序之前添加的那个启动的汇编代码,所以我们关心的就是我们写的main函数设计。但是在ARM11中,我们除了关心我们的main函数设计,还要关心bootloader设计。

二话不说,ARM11走起。

首先,肯定是要安装编译环境。首先需要装一个虚拟机,然后再虚拟机上安装交叉工具链。也就是arm-linux- 的编译工具。这些,网上都有很多教程,参照教程就可以实现了。

然后就是程序的编写,也就是bootloader的编写。在这里,bootloader程序是保存在start.S文件中。另外,程序最终是放在nandflash中,程序是从nandflash中启动的。我对这个bootloader起名叫qboot。

然后就是编写makefile。

Codeall : start.o
	arm-linux-ld  -Tqboot.lds -o qboot.elf  $^
	arm-linux-objcopy -O binary qboot.elf qboot.bin
	arm-linux-objdump -D -S qboot.elf > dump
	
%.o : %.S
	arm-linux-gcc  -g -c $^
%.o : %.c
	arm-linux-gcc  -g -c $^
	
clean:
	rm *.o *.elf dump


其实也很简单,就是将我们写的start.S汇编代码转化为bin文件。因为bin文件才能烧到nandflah中,被芯片执行。

然后就是编写链接脚本


ENTRY(_start) @ 程序入口是_start
SECTIONS{
. = 0x50008000;   @ 链接的起始地址是0x50008000
. = ALIGN(4);     @ 地址4字节对齐
.text :           @ 代码段
{
start.o(.text)    @ start的代码段放在最前
*(.text)          @ *表示剩下的所有代码
}
. = ALIGN(4);     @ 代码段地址,4字节对齐
.data :           @ 数据段
{
*(.data) @ 所有数据段
}
. = ALIGN(4); @ bss段地址,4字节对齐
bss_start = .; @ 表明bss_start段起始地址,后面会用到
.bss :
{
*(.bss) @ 所有bss段
}
bss_end = .; @ 表明bss_start段结束地址,后面会用到
}


链接脚本是用来后面确定程序指令的地址用的。链接脚本中要设置代码段,数据段,bss段的链接地址。这里链接的起始地址是0x50008000,这个是内存的地址范围内,这个在数据手册中有体现。

clip_image007

从图中,看出第一个dram的地址范围是0x50000000开始,到0x5FFFFFFF结束的。所以这里将链接地址设置到这个范围内,因为后面程序会被拷贝到内存中,在内存中执行。

有了基础的这些东西,后面就可以开始程序之旅了。

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