Blob 在S3C44B0 上的移植

    Bootloader 是嵌入式系统软件开发的第一个环节， 它紧密地将软硬件衔接在一起， 对于一个嵌入式设备后续的软件开发至关重要。Blob 是一款功能强大的Bootloader，S3C44B0 是三星公司一款基于ARM7TDMI 的嵌入式通用处理器。本文详细介绍Blob 在基于S3C44B0 的开发板上的运行原理与移植过程。
    Bootloader 对于嵌入式设备来说至关重要，它涉及到许多硬件相关的知识。对于自制的嵌入式开发板， 它又是不可跳过的步骤， 所以很多人对于它感到很头痛。本文将以一款优秀的Bootloader Blob 为例，详细讲解它的运行原理以及在S3C44B0 通用处理器上的移植过程，为在嵌入式设备上的后续软件开发打下基础 。

1 Blob 简介
    Blob 是Boot Loader Object 的缩写，是一款功能强大的Bootloader。它遵循GPL，源代码完全开放。Blob 既可以用来简单的调试，也可以启动Linux kernel。Blob 最初是Jan-Derk Bakker和Erik Mouw 为一块名为LART(Linux Advanced Radio Terminal)的板子写的，该板使用的处理器是StrongARM SA-1100。现在Blob 已经被移植到了很多CPU 上，包括S3C44B0。
    MBA44B0 是一款基于S3C44B0 的开发板。本文将以运行在MBA44B0 开发板上的Blob 的源代码为基础，再针对自己的开发板进行Blob 的移植。开发板的主要配置为：

• 三星ARM7 处理器S3C44B0 ；
•  2MB 的Flash，地址范围0x0000 0000~0x0020 0000；
•  8MB 的SDRAM，地址范围0x0c00 0000~0x0c80 0000；
•  1 个串口，2 个LED 灯；
•  JTAG 接口；
• 晶振为6MHz ，系统主频为60MHz 。

2 Blob 的运行过程分析
    图1 为Blob 程序启动流程。
 
    Blob 编译后的代码定义最大为64KB，并且这64KB又分成两个阶段来执行。第一阶段的代码在start.s 中定义，大小为1KB，它包括从系统上电后在0x00000000 地址开始执行的部分。这部分代码运行在Flash 中，它包括对S3C44B0 的一些寄存器的初始化和将Blob 第二阶段代码从Flash 拷贝到SDRAM 中。除去第一阶段的1KB 代码， 剩下的部分都是第二阶段的代码。第二阶段的起始文件为trampoline.s，被复制到SDRAM 后，就从第一阶段跳转到这个文件开始执行剩余部分代码。第二阶段最大为63KB，单词trampoline 词义为“蹦床”，所以在这个程序中进行一些BSS 段设置， 堆栈的初始化等工作后，最后跳转到main.c 进入C 函数。
    我们的移植主要需要对上述的几个文件进行修改。在进行移植以前，首先需要对存储器的地址空间分配了解清楚。关于存储器空间的定义在/include/blob arch/mba44b0.h中。图2 为在Flash 中的存储器空间分布，图3 为启动后在SDRAM 中的存储器空间分布。
  
    如图2 所示，2MB 的Flash 空间分别分配给了Blob、kernel、ramdisk。系统上电后， 先执行第一阶段代码， 进行相应的初始化后，将Blob 第二阶段代码复制到RAM 地址blob_abs_base，然后跳转到第二阶段开始执行。
    在第二阶段中， 从汇编跳转到C 的Main()函数， 继续进行如下工作：

• 外围的硬件初始化( 串口，USB 等)；
• 从Flash 中将kernel 加载到SDRAM 的kernel 区域；
• 从Flash 中的ramdisk 加载到SDRAM 的ramdisk 区域；
• 根据用户选择，进入命令行模式或启动kernel。

    在我们使用的开发板上，kernel 选用uClinux。由于Flash 的存储空间有限，所以存放在Flash 中的uClinux 内核是经过压缩的。Blob 将压缩的uClinux 内核加载到SDRAM 地址0x0c300000。如果选择启动uClinux，那么压缩的uClinux内核将自解压.Text段到0x0c00800(见uClinux/arch/armnommu/Makefile)，然后再跳转到该处，开始运行uClinux。具体的uClinux 移植在此就不详细讨论了。
    在SDRAM 的存储器空间分配图中， 可以看到有blob_base 和blob_abs_base 两部分。blob_abs_base 大家已经知道了， 是Blob 将自身的第二阶段代码复制到SDRAM 所在的区域，而blob_base 则是从Blob 进行自升级或调试的区域。举例说明， 假如Blob 已经能正常运行了，但是对于Flash 的擦写还不能支持得很好，就可以使用已经运行的Blob 通过串口将新编译好的Blob 下载到SDRAM 中该区域进行运行调试。调试通过后， 可以通过Blob 烧写进Flash，覆盖原来的Blob 进行升级。这样就不必因为对Blob 做了一点小的改动就重新烧写Flash，从而减少了烧写Flash 的次数。

3 Blob 的移植
    对Blob 的运行有了一定了解后， 就可以进行Blob的具体移植了。首先要修改的是start.s 文件，具体工作如下：

•  屏蔽掉看门狗WTCON ；
•  配置寄存器SYSCFG 暂时关闭缓存，等Blob 运行稳定后再开启提高性能；
•  初始化I/O 寄存器；
•  屏蔽中断；
•  配置PLLCON 寄存器，决定系统的主频；
•  调用ledasm.s，在串口未初始化时led 状态对于程序是否正常运行很重要；
•  调用memsetup-s3c44b0.s 中的memsetup 进行初始化存储器空间， 初始化SDRAM 刷新速率等；
•  将第二阶段复制到SDRAM ， 并且跳转到第二阶段。

    在ledasm.s 中，提供了led 的汇编的语言驱动程序。在Blob 还有个led.c 文件，它和ledasm.s 原理一样，只不过是在C 语言中调用的。修改led 是为了方便初期阶段的调试。在这里根据自己的开发板进行修改。
    在memsetup-s3c44b0.s 中，修改MEMORY_CONFIG 中设置存储器相关的配置， 并设定SDRAM 刷新速度， 相关源码如下所示：
MEMORY_CONFIG :
.long 0x11101002 /*进行存储器的配置，
SDRAM刷新速度配置等*/
? /*这里需要根据不同情况进行修改*/
.long 0x20
.globl memsetup /*定义全局标号，以便能被start.s调用*/
memsetup:
ldr r0, =MEMORY_CONFIG /*进行配置*/
ldmia r0,{r1-r13}
ldr r0, =0x01c80000
stmia r0,{r1-r13}
mov pc, lr /*程序返回*/

    Trampoline.s 不需要进行修改。
    进入Main()后，串口传输速度在结构体blob_status中设定：
blob_status.downloadSpeed = baud_115200;
blob_status.terminalSpeed = baud_115200;
串口的初始化相关代码定义在函数s3c44b0_serial_init()中，该函数在serial-s3c44b0.c中。对于S3C44B0的串口， 一般只需要初始化下面四个寄存器串口就可以正常工作。如果不能工作， 可能是系统时钟设置不同， 只需要按照下列公式计算出divisor：
divisor=(int)(MCLK/(baud ×16))-1
替换下面的divisor 即可。其中MCLK 为系统主频，baud 为波特率。
/*serial-s3c44b0.c中s3c44b0_serial_init()函数初始化串口0部分*/
REG(UFCON0) = 0x0; /*关闭FIFO*/
REG(ULCON0) = 0x03; /* 设置数据位8，无奇偶校验，1位停止位*/
REG(UCON0) = 0x05; /*脉冲中断，中断请求或查询模式*/
REG(UBRDIV0) = divisor;/*设置波特率*/

    至此，初级移植工作已经完成，运行./configure with-board=mba-44b0-with-linux-prefix=/path/to/linux-src进行相关配置。在此还可以加一些开关选项进行配置， 具体请参阅Blob 自带文档。如果没有错误，就可以make 进行编译了。如果编译正确，可在blob/src/blob 下得到bin格式的Blob，将其烧写到Flash 即可运行。关于Blob 第一部分和第二部分的链接脚本，可以在start-ld-script和rest-ld-script.in中看到相关的链接地址，编译器是根据这些地址链接程序的。在blob/src/blob/Makefile 中可以看到，两个阶段分别以blob-start和blob-rest 来编译，最后通过dd 命令将它们组成一个完整的Blob 二进制文件。

(1)命令行的修改
    在笔者使用的Blob 版本中，BackSpace 不能起作用，这对于调试非常的不方便。查阅源码， 可以发现在src/blob/lib/command.c 中，GetCommand 函数中定义着人机交互部分。将else if(c ==’/b’这一行修改为else if(c ==0x7f)，即可支持Backspace 功能。
(2)Blob 的运行
    如果在前面的工作中没有什么问题的话， 将blob/src/blob/blob 文件烧写进Flash 后，上电就可以从串口看到欢迎信息。加载linux 内核和文件系统的后，等待几秒，如果没有操作，将启动操作系统，否则出现提示符：
Blob>
表示进入Blob。在该模式下提供了许多命令，可以方便地进行硬件调试、系统升级和系统引导。
    Blob 常用的命令有：blob、boot、xdownload 、flashreload、dump、reblob、status等。
    不同的Flash 操作有所不同。笔者发现通过Blob 烧写Flash 的软件有些问题，为了调试方便，决定编写自己的Flash 驱动程序。
(3)Flash 驱动程序的编写
    Flash 作为非易失性的存储器，在开发板上的作用是能保存数据且掉电不丢失。和EEPROM 最大的不同在于，对Flash 编程不需要对特定的引脚加高电压，只是对特定地址写入一组特定的数据即可进行编程， 这样就直接在开发板上通过软件进行擦写， 不必使用特定的编程器。但是它的缺点也是很明显的： 操作过于复杂，SST39VF160 是SST 公司的一款16M 位的Flash，16 位数据线宽度，共2MB 容量，分为512 个扇区，每个扇区有4KB，或32 个块(block)，每个块64KB。对Flash 编程之前， 必须对相应的扇区、块或者整个芯片进行擦除后，才能进行编程。
    通过S3C44B0 进行Flash 的烧写需要注意几点：首先，S3C44B0 外部地址总线是根据外部数据总线宽度连接的。例如， 本开发板外部数据总线为16 位宽度， 这样S3C44B0 的地址线A0 就没有接入外部地址总线，而是从A1 接起。表1 所列为不同的外部数据总线宽度下，处理器与外部存储器的地址线接法。
表1 存储器在不同总线宽度下与S3C44B0 地址线的接法

结语
    根据笔者经验介绍了Blob 在S3C44B0 上的移植，目前它已经能稳定地运行在开发板上；并且可以进行烧写Flash，查看内存，引导uClinux 等操作，为项目的后续开发奠定了良好的基础。