Vxworks在OMAP L137上的移植笔记(2) -- bootloader

mariolw

要跑操作系统免不了需要bootloader，我理解吧，bootloader这类的东西就是为操作系统准备一个好的启动环境，把什么内存啊、 网络都初始化好，让操作系统能够快乐的启动起来。嵌入式系统的硬件环境千变万化，嵌入式工程师常常要面对一个全新的硬件环境，而一个软件系统，往往就像一辆汽车，起步时是最艰难的，起步的好，各方面都初始化的合适，往后的运行就爽歪歪，否则，可能开了两步就熄火了。软件系统的起步就是bootloader，为了能够方便开发，使bootloader与操作系统分离，各公司、组织开发了许多bootloader，比如什么Windows里面用的ntloader、Linux桌面版用得比较多的grub、以及嵌入式系统里面的bootRom、redBoot和现在大红大紫的uboot。我们这篇文章要移植Vxwork，虽然有个官方推荐的bootRom，不过本人打算以后再弄，先学习一下uboot吧，毕竟资源比较多。

1. 现在就正式开始引导过程，单片机、微机系统这些基础课程里面我了解到，CPU通电后会从地址0开始执行代码。这个过程在不同的处理器架构中会略有不同，但是思路是一致的。CPU通电后，一切都是新的，它也不知道该干什么，所以只能从0开始执行。那么这个0地址在物理上是映射到哪里呢，这里就要提到存储器的一点知识了。首先，0地址在RAM或者ROM的话肯定没问题，CPU读取、执行就OK了，但是前者断电丢失、后者无法轻易擦鞋，所以常用的软件都是保存在FLASH中，FLASH有很多种，一般用得比较多的就是NOR FLASH、NAND FLASH还有SPI FLASH，他们都有各自的历史和特点，有兴趣的可以看看。其中NOR的特点是接口简单，可以像RAM那样用，同时不容易出错。而NAND的特点是读写速度快，但是接口复杂，不能直接寻址，并且可能会出现坏块，所以需要运用ECC校验技术，总的一个字：烦！SPI FLASH就更不靠谱了，用的串行方式传输数据，那就注定更加不能直接寻址了。所以这三种FLASH里面只有NOR FLASH上可以直接跑代码，也就是CPU可以直接从NOR FLASH取指令、执行；其他两种FLASH都做不到这一点。针对这个问题，一般有两种思路，一是用ROM或者NOR FLASH固化一段程序，执行引导任务，把uboot什么的之类加载到RAM里面再跑；另外就是像一些2410那样，在上电时自动把NAND的前4K数据拷贝到RAM，再从RAM开始跑。
2. OMAP采用的是前者的方式，在片内的ROM中固化了一个D800K00x系列的RBL（ROM bootloader），然后它会搜索每个FLASH块的第一个Page，如果在这个Page上找到一个Magic Number(0x41504954，要是我设计这个bootloader会用老婆的生日做magic number),之后跟着很多命令（详细参考http://focus.ti.com/lit/an/sprab04f/sprab04f.pdf ），例如加载一个UBL（User Bootloader）。在OMAP L137中，由于上电后ARM还处于休眠状态，需要DSP来将其唤醒，所以RBL需要先加载一个DSP上跑的UBL，其中初始化内存、激活ARM，最后开始原地踏步；ARM上电后会从一个默认片内RAM地址开始跑程序，它把uboot这样的高级bootloader加载到片外RAM（片内的太小放不下），再从相应地址开始跑。这样一个过程里，要开发DSP的UBL，ARM的UBL，以及uboot这三级bootloader，UBL代码的模板可以从OMAP L137的PSP（Plateform Support Package）中获取。虽然从模板出发只要做很少的修改，但是还是显得很麻烦。下面，真正的神器要登场了：
   
   
3. 为了省事，TI推出了一种AIS机制（Application Image Script），并且有专门的一套工具，D800K00x AISGen，以及raw2coff.exe.这套工具用图形化的方式生成一个镜像，里面包含了上述所有的功能。只要将uboot或者其他bootloader的elf镜像经过raw2coff转化，再用AISGen生成AIS镜像，烧入到OMAP L137的NAND FLASH即可。参考http://focus.ti.com/lit/an/sprab04f/sprab04f.pdf 补充一下：L137的FLASH烧写也挺麻烦的，有个专门的程序，在DSP上面跑的，一般EVM和DEC的开发包里有，叫做nandwrite，在CCS里面加载运行后会弹出对话框，提示输入镜像路径（真神啊！）。
   下面就详细解析一下这套工具：
   
   

编一个helloworld程序

交叉编译生成main，这个main是elf格式的，用objcopy生成二进制文件

1. arm-linux-objcopy --gap-fill=0xff -O binary u-boot u-boot.bin

再用TI提供的raw2coff转换为coff格式

1. raw2coff 0xC1080000 main.out main

打开AisGen for D800K001这个软件，用默认设置，根据上面资料的提示生成main.ais

这个ais可以烧到FLASH里面，可以用aisparse.exe 来解析main.ais的结构：

1. unsigned int nvram_image[] = {
2. 
   
3. /* 0x00000000 */ 0x41504954, // MAGIC 标示符
4. 
   
5. /* 0x00000004 */ 0x5853590D, // Function Execute 初始化PLL
6. /* 0x00000008 */ 0x00020000, // Function[0]
7. /* 0x0000000C */ 0x18010104, // Arg[0]
8. /* 0x00000010 */ 0x000601B9, // Arg[1]
9. 
   
10. /* 0x00000014 */ 0x5853590D, // Function Execute 初始化SDRAM-EMIFB
11. /* 0x00000018 */ 0x00040002, // Function[2]
12. /* 0x0000001C */ 0x00018421, // Arg[0]
13. /* 0x00000020 */ 0x10912A08, // Arg[1]
14. /* 0x00000024 */ 0x70090005, // Arg[2]
15. /* 0x00000028 */ 0x000003FA, // Arg[3]
16. 
    
17. /* 0x0000002C */ 0x58535904, // Disable CRC
18. 
    
19. /* 0x00000030 */ 0x58535901, // Section Load 加载一段DSP要执行的代码，初始化FLASH、开启ARM等等
20. /* 0x00000034 */ 0x11800020, // Address
21. /* 0x00000038 */ 0x00000340, // Size
22. /* 0x0000003C */ // Data
23. /* 0x0000003C */ 0x01BD14F6,
24. /* 0x00000040 */ 0x00002000,
25. ................省略
26. 
    
27. /* 0x000003D4 */ 0x58535905, // Jump 执行刚刚加载的DSP代码
28. /* 0x000003D8 */ 0x11800280, // Address
29. 
    
30. /* 0x000003DC */ 0x58535901, // Section Load
31. /* 0x000003E0 */ 0xC1080000, // Address 加载hello world代码到SDRAM
32. /* 0x000003E4 */ 0x00001F47, // Size
33. /* 0x000003E8 */ // Data
34. /* 0x000003E8 */ 0x464C457F,
35. /* 0x000003EC */ 0x00010101,
36. /* 0x000003F0 */ 0x00000000,
37. /* 0x000003F4 */ 0x00000000,
38. /* 0x000003F8 */ 0x00280002,
39. ...........................
40. /* 0x00002330 */ 0x58535965, // ARM Entry Point 设定ARM程序入口
41. /* 0x00002334 */ 0xC1080000, // Address
42. 
    
43. /* 0x00002338 */ 0x58535901, // Section Load
44. /* 0x0000233C */ 0x11800000, // Address 加载DSP代码为原地踏步
45. /* 0x00002340 */ 0x00000020, // Size
46. /* 0x00002344 */ // Data
47. /* 0x00002344 */ 0x0001E000,
48. /* 0x00002348 */ 0x00000012,
49. /* 0x0000234C */ 0x00008000,
50. /* 0x00002350 */ 0x00000000,
51. /* 0x00002354 */ 0x00000000,
52. /* 0x00002358 */ 0x00000000,
53. /* 0x0000235C */ 0x00000000,
54. /* 0x00002360 */ 0x00000000,
55. 
    
56. /* 0x00002364 */ 0x58535906, // Jump N Close 结束，交出执行权
57. /* 0x00002368 */ 0x11800000, // Address
58. };

这个工具可以说非常方便，但是有一些帖子反映新版本的RBL（D800K003）及工具对ARM的启动支持有问题，貌似很多机制发生了变化。这个放到后面再深入探讨吧。

以下是乱七八糟的参考资料：

http://e2e.ti.com/support/dsp/omap_applications_processors/f/42/t/53274.aspx

http://hi.baidu.com/614/blog/item/d630e7c11b5762db38db4965.html

http://www.seeddsp.com/service/bbs/archiver/?tid-43102.html

http://www.tichinese.com/College/Training/DSP/201003/3826.html

http://www.tichinese.com/College/Training/DSP/201003/3824.html

http://processors.wiki.ti.com/index.php/Restoring/Flashing_OMAP-L137_Bootloaders