從NAND閃存中啟動U-BOOT的設計

隨著嵌入式系統的日趨復雜,它對大容量數據存儲的需求越來越緊迫。而嵌入式設備低功耗、小體積以及低成本的要求,使硬盤無法得到廣泛的應用。NAND閃存 設備就是為了滿足這種需求而迅速發展起來的。目前關于U-BOOT的移植解決方案主要面向的是微處理器中的NOR 閃存，如果能在微處理器上的NAND 閃存中實現U-BOOT的啟動，則會給實際應用帶來極大的方便。

U-BOOT簡介

U-BOOT 支持ARM、 PowerPC等多種架構的處理器，也支持Linux、NetBSD和VxWorks等多種操作系統，主要用來開發嵌入式系統初始化代碼 bootloader。bootloader是芯片復位后進入操作系統之前執行的一段代碼，完成由硬件啟動到操作系統啟動的過渡，為運行操作系統提供基本 的運行環境，如初始化CPU、堆棧、初始化存儲器系統等，其功能類似于PC機的BIOS。

NAND閃存工作原理

S3C2410開發板的NAND閃存由NAND閃存控制器(集成在S3C2410 CPU中)和NAND閃存芯片(K9F1208U0A)兩大部分組成。當要訪問NAND閃存芯片中的數據時,必須通過NAND閃存控制器發送命令才能完 成。所以, NAND閃存相當于S3C2410的一個外設,而不位于它的內存地址區。
NAND閃存(K9F1208U0A)的數據存儲結構分層為：1設備(Device) = 4096 塊(Block);1塊= 32頁/行(Page/row);1頁= 528B = 數據塊 (512B) + OOB塊 (16B)

在每一頁中，最后16個字節(又稱OOB)在NAND閃存命令執行完畢后設置狀態，剩余512個字節又分為前半部分和后半部分。可以通過NAND閃存命令00h/01h/50h分別對前半部、后半部、OOB進行定位，通過NAND閃存內置的指針指向各自的首地址。

NAND 閃存的操作特點為：擦除操作的最小單位是塊；NAND閃存芯片每一位只能從1變為0，而不能從0變為1，所以在對其進行寫入操作之前一定要將相應塊擦 除；OOB部分的第6字節為壞快標志，即如果不是壞塊該值為FF，否則為壞塊；除OOB第6字節外，通常用OOB的前3個字節存放NAND閃存的硬件 ECC(校驗寄存器)碼；

從NAND閃存啟動U-BOOT的設計思路

如果S3C2410被配置成從NAND閃存啟動,上電后，S3C2410的NAND閃存控制器會自動把NAND閃存中的前4K數據搬移到內部RAM中, 并把0x00000000設置為內部RAM的起始地址, CPU從內部RAM的0x00000000位置開始啟動。因此要把最核心的啟動程序放在NAND閃存的前4K中。

由于NAND閃存控制器從NAND閃存中搬移到內部RAM的代碼是有限的,所以, 在啟動代碼的前4K里,必須完成S3C2410的核心配置，并把啟動代碼的剩余部分搬到RAM中運行。在U-BOOT中, 前4K完成的主要工作就是U-BOOT啟動的第一個階段(stage1)。

根據U-BOOT的執行流程圖，可知要實現從NAND閃存中啟動U-BOOT，首先需要初始化NAND閃存,并從NAND閃存中把U-BOOT搬移到RAM中，最后需要讓U-BOOT支持NAND閃存的命令操作。

開發環境

本設計中目標板硬件環境如下：CPU為S3C2410，SDRAM為HY57V561620，NAND閃存為64MB的K9F1208U0A。

主機軟件環境為Redhat9.0、 u-boot-1.1.3、gcc 2.95.3。修改U-BOOT的Makefile，加入：
wch2410_config : unconfig
@./mkconfig $(@:_config=) arm arm920t wch2410 NULL s3c24x0
即將開發板起名為wch2410，接下來依次進行如下操作：
mkdir board/wch2410

cp board/smdk2410 board/wch2410
mv smdk2410.c wch2410.c
cp include/configs/smdk2410.h include/configs/wch2410.h
export PATH=http://www.eefocus.com/usr/local/arm/2.95.3/bin:$PATH

最后執行：
make wch2410_config
make all ARCH=arm
生成u-boot.bin，即通過了測試編譯。 具體設計
支持NAND閃存的啟動程序設計
因為U-BOOT的入口程序是/cpu/arm920t/start.S,故需在該程序中添加NAND閃存的復位程序，以及實現從NAND閃存中把U-BOOT搬移到RAM中的功能程序。
首先在/include/configs/wch2410.h中加入CONFIG_S3C2410_NAND_BOOT, 如下：
#define CONFIG_S3C2410_NAND_BOOT 1 @支持從NAND 閃存中啟動
然后在/cpu/arm920t/start.S中添加
#ifdef CONFIG_S3C2410_NAND_BOOT
copy_myself:
mov r10, lr
ldr sp, DW_STACK_START @安裝棧的起始地址
mov fp, #0 @初始化幀指針寄存器
bl nand_reset @跳到復位C函數去執行，執行NAND閃存復位
.......
/*從NAND閃存中把U-BOOT拷貝到RAM*/
ldr r0, =UBOOT_RAM_BASE @ 設置第1個參數: UBOOT在RAM中的起始地址
mov r1, #0x0 @ 設置第2個參數:NAND閃存的起始地址
mov r2, #0x20000 @ 設置第3個參數: U-BOOT的長度(128KB)
bl nand_read_whole @ 調用nand_read_whole(),把NAND閃存中的數據讀入到RAM中
tst r0, #0x0 @ 如果函數的返回值為0,表示執行成功
beq ok_nand_read @ 執行內存比較，把RAM中的前4K內容與NAND閃存中的前4K內容進行比較, 如果完全相同, 則表示搬移成功

其中，nand_reset ()，nand_read_whole()被加在/board/wch2410/wch2410.c中。

支持U-BOOT命令設計