S5PV210微處理器的啟動(dòng)過程分析

葛耿育

摘要：嵌入式系統(tǒng)產(chǎn)品開發(fā)的整個(gè)過程按照先后順序包括：在給定的硬件模塊上移植boodoader（引導(dǎo)程序）、移植嵌入式操作系統(tǒng)內(nèi)核、移植根文件系統(tǒng)、編寫特定外圍設(shè)備的驅(qū)動(dòng)程序和編寫應(yīng)用程序。移植bootloader是所有軟件層面工作的第一步，需要考慮微處理器和外圍存儲(chǔ)器件的具體特征，有一定的難度，該文基于ARMCortexA8內(nèi)核的S5PV210微處理器，詳細(xì)分析其上電后從啟動(dòng)介質(zhì)中啟動(dòng)軟件系統(tǒng)的過程。

關(guān)鍵詞：嵌入式系統(tǒng)；引導(dǎo)程序；移植；$5PV210

由于外設(shè)存儲(chǔ)器在技術(shù)上存在一定的缺陷，諸如某些存儲(chǔ)塊損壞或者受到強(qiáng)干擾發(fā)生位翻轉(zhuǎn)，則可能導(dǎo)致系統(tǒng)無法正常啟動(dòng)。因此，支持多個(gè)啟動(dòng)介質(zhì)、啟動(dòng)順序和多級(jí)啟動(dòng)在嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用中顯得尤為重要。目前主流的嵌入式微處理器都會(huì)支持多種啟動(dòng)介質(zhì)，如NAND Flash（Movi NAND、OneNAND）、Nor Hash、eSSD、MMC和SD卡、eMMC和iNAND等，也有通過外設(shè)接口啟動(dòng)，如以太網(wǎng)和USB接口。本文以S5PV210微處理的硬件結(jié)構(gòu)和內(nèi)部資源為參考，分析其啟動(dòng)過程詳細(xì)細(xì)節(jié)，給嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用開發(fā)者在引導(dǎo)程序b00tloader移植技術(shù)上提供一些參考方案。

1S5PV210微處理器介紹

相對(duì)于基于ARM9的$3C2440/2410微處理器從外部Nor.Hash或者NANDFlash啟動(dòng)而言，基于Cortex A8的S5PV210微處理器增加了64KB的內(nèi)部iROM和96KB的內(nèi)部iRAM，核心部件如圖1所示。所以三星公司將bootloader程序分為3個(gè)部分，第一個(gè)部分是將BL0內(nèi)置于iROM中，通過它來啟動(dòng)后面的引導(dǎo)程序。這種方式啟動(dòng)的優(yōu)點(diǎn)是：第一，減少啟動(dòng)費(fèi)用，第二，提高數(shù)據(jù)的可讀率，第三減少產(chǎn)品開發(fā)的產(chǎn)本。同時(shí)需要基本的CPU模塊外，還有通用內(nèi)存接口、SD/eMMC接口、NandHash接口、oneNand接口、eSSD接口和UART/USB接口，分別啟動(dòng)對(duì)應(yīng)接口相連接的啟動(dòng)存儲(chǔ)設(shè)備。S5PV210所有的存儲(chǔ)設(shè)備都支持通過MMC通道2的SD/MMC設(shè)備啟動(dòng)，以防止第一啟動(dòng)設(shè)備出現(xiàn)故障后無法進(jìn)入系統(tǒng)。

2S5PV210啟動(dòng)設(shè)備選擇

S5PV210微處理器支持多種存儲(chǔ)設(shè)備的啟動(dòng)，具體使用哪一種啟動(dòng)設(shè)備取決于封裝芯片外設(shè)的OM類型引腳的接線配置，該芯片有6個(gè)OM引腳，標(biāo)號(hào)分別為OM0、OM1、OM2、OM3、OM4、OM5，縮寫為OM[5：01，分別可以接電源正VDD和接地GND。參考數(shù)據(jù)手冊(cè)中的定義，如圖2和圖3所示，當(dāng)OM5引腳接VDD時(shí)，選擇USB/UART作為第一啟動(dòng)方式，當(dāng)OM5引腳接GND時(shí)，根據(jù)OM0到OM4的接線不同來決定具體選擇哪一種啟動(dòng)設(shè)備，例如OM[5：01=001101，代表選擇從SD/MMC性質(zhì)的存儲(chǔ)設(shè)備中啟動(dòng)。

3S5PV210啟動(dòng)過程分析

由于內(nèi)部SRAM的容量是96KB，啟動(dòng)部分為BL0、BLl和BL2三個(gè)步驟，因此三星公司推薦的S5PV210啟動(dòng)方式是bootloader必須在16KB至96KB的范圍內(nèi)，其中BLl的最大容量是16KB，BL2的最大容量是96KB，啟動(dòng)過程如下所述：

第一步，CPU上電后從內(nèi)部iROM中讀取三星公司內(nèi)置的代碼（BL0階段）內(nèi)置了64KB的iROM代碼，主要用來初始化CPU時(shí)鐘、關(guān)閉看門狗、初始化指令緩沖區(qū)、初始化堆棧區(qū)、初始化塊設(shè)備拷貝函數(shù)、復(fù)制BL1階段程序到內(nèi)部SRAM區(qū)、驗(yàn)證BL1的校驗(yàn)和（如果驗(yàn)證失敗，BL0將嘗試第二啟動(dòng)方式，即SD/MMC通道2）、檢查是否是安全啟動(dòng)模式（如果安全密鑰值已經(jīng)寫入處理器中，則屬于安全啟動(dòng)模式，驗(yàn)證BL1的完整性）以及最終跳轉(zhuǎn)到BL1的起始地址開始執(zhí)行新的程序。由于這一段iROM代碼是三星公司出廠前預(yù)置的，并不知道產(chǎn)品公司會(huì)用什么類型的外置Flash和DRAM，因此，該段代碼不負(fù)責(zé)初始化外圍設(shè)備，只能初始化SoC內(nèi)部的硬件。

第二步，在SRAM中執(zhí)行BL1程序，加載剩下的bootloader代碼段（BL2）到剩下的SRAM空間，如果是安全啟動(dòng)模式，則BLl程序需要驗(yàn)證BL2的完整性。之后跳轉(zhuǎn)到SRAM中的BL2的起始地址執(zhí)行程序。

第三步，BL2程序運(yùn)行時(shí)初始化DRAM，將啟動(dòng)設(shè)備中的嵌入式操作系統(tǒng)加載到DRAM中，跳轉(zhuǎn)到DRAM中OS的起始地址執(zhí)行。此時(shí)，已經(jīng)初始化好整個(gè)系統(tǒng)的運(yùn)行環(huán)境，可以在系統(tǒng)中運(yùn)行其他應(yīng)用軟件。

然而，實(shí)際項(xiàng)目中的bootloader大部分的代碼容量會(huì)大于96KB，例如常用的uboot啟動(dòng)引導(dǎo)程序?yàn)?00KB到200KB，此時(shí)三星公司推薦的啟動(dòng)過程和方案不可行。解決的方案是依照uboot等引導(dǎo)程序的實(shí)際情況而定，uboot可以邏輯上分為前16KB作為BL1，剩余部分作為BL2（大于80KB），啟動(dòng)過程如下：

第一步，設(shè)備上電后執(zhí)行BL0代碼段，同三星公司推薦的一樣，這部分內(nèi)容在iROM中不可更改。

第二步，從iROM中跳轉(zhuǎn)到iRAM中執(zhí)行uboot的前16KB代碼，即BL1。這部分代碼初始化DRAM，之后將整個(gè)uboot加載到DRAM中，重定位地址。此處也可以將uboot分成兩個(gè)物理部分BL1和uboot，分別指定不同的鏈接地址，啟動(dòng)時(shí)將兩個(gè)部分加載到不同的地址，如BLl加載到iRAM，uboot加載到DRAM中，則不需要重定位也可以正常啟動(dòng)。

第三步，uboot在DRAM中運(yùn)行，然后加載啟動(dòng)設(shè)備中的0s到DRAM中運(yùn)行。整個(gè)過程結(jié)束，系統(tǒng)運(yùn)行環(huán)境完成。

4總結(jié)

本文所述的在嵌入式微處理器S5PV210為核心的嵌入式系統(tǒng)中上電啟動(dòng)過程分析，將bootloader引導(dǎo)程序中實(shí)現(xiàn)啟動(dòng)過程的方法與三星公司官方的啟動(dòng)方法作對(duì)比，后者具有不受啟動(dòng)程序容量限制的優(yōu)點(diǎn)。理解這兩者的區(qū)別有利于開發(fā)者參考官方數(shù)據(jù)手冊(cè)更好進(jìn)行嵌入式軟件程序的開發(fā)與維護(hù)。