关于Blob的介绍及其在S3C44B0上的移植

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 杦ith-board=mba-44b0-with-linux-prefix=http://www.eda-china.com/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。
    　　　　　 

    　　对Flash编程需要对Flash写入一个特定的时序。如果S3C44B0寻址0x5555，由于外部总线错了一位，这样在Flash看来发过来的地址信号是0xAAAA，也就不能正确地完成操作。注意到这一点，根据Blob自带的Flash驱动程序，就可以很方便地改写出适合自己Flash驱动程序。
    
    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。