TQ210裸机编程(5)——系统时钟配置

程序员文章站 2022-07-14 10:30:39

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之前都是把程序直接下载到DDR内存，然后直接跳转到内存去运行，之所以可以运行是因为开发板自带的u-boot已经初始化好了DDR内存、时钟等。由于u-boot已经初始化好了时钟，因此这次实验就不能像之前那样操作了，而需要把程序直接烧写到SD卡，然后从SD卡启动。

S5PV210启动流程：

查看S5PV210芯片手册和《S5PV210_iROM_ApplicationNote_Preliminary_20091126》

可以通过配置OM引脚选择如下任意一个设备启动
• General NAND Flash memory
•OneNAND memory
• SD/ MMC memory (such as MoviNAND and iNAND)
•eMMC memory
•eSSD memory
• UART and USB devices

在系统复位时，CPU从固化在片内ROM里的代码开始执行，然而系统复位可能不是在启动时，也可能在被唤醒时，因此IROM Code必须根据复位状态做出适当的处理。

TQ210裸机编程(5)——系统时钟配置

• iROM代码放在片内64KB ROM中。它初始化基本的系统功能，比如时钟，栈，堆。

• iROM代码从从指定的启动设备（NAND/SD/NOR等）加载第1阶段boot loader（BL1）到片内96KB的SRAM。启动设备通过OM引脚选择。

• 第1阶段的boot loader（BL1）加载第2阶段的boot loader（BL2）到片内SRAM

• 第2阶段boot loader（BL2）初始化系统时钟，UART和DRAM控制器。初始化DRAM后，它从启动设备加载操作系统镜像到DRAM。

• 当启动完成后，第2阶段boot loader（BL2）跳转到操作系统去执行。

程序开始于iROM，然后到SRAM，最终程序在DRAM中执行。

iROM（BL0）启动序列如下：

1. 关闭看门狗
2. 初始化指令icache.
3. 初始化栈和堆
4. 初始化块设备拷贝函数
5. 设置时钟分频, 锁定时间, 锁相环（PLL）和时钟源.
6. 检测OM引脚选择从哪个设备启动，然后从启动设备加载BL1（最大16KB）到iRAM

7. 对BL1的校验和进行验证，如果验证失败，iROM将尝试从第2个设备启动
8. 如果是安全模式启动，则对BL1进行完整性验证

9. 跳转到BL1的起始地址（0xD0020010）

iRAM（BL1）启动序列如下：

1. 从启动设备加载BL2（最大80KB）到iRAM

2. 初始化系统时钟，UART，DRAM

3. 从启动设备加载OS到DRAM

4. 跳转到DRAM中的OS执行（0x2000000 或 0x40000000）

iROM在加载BL1时会校验BL1的头信息，规定如下

0x0：BL1的大小（最大16KB - 16B）

0x4 : 0 规定

0x8 : BL1的校验和

0x16 : 0 规定

所以我们在生成led.bin后，还需要添加16B的头信息。

校验和计算方法见《S5PV210_iROM_ApplicationNote_Preliminary_20091126》

for(count=0;count< dataLength;count+=1) 
{ 
	buffer = (*(volatile u8*)(uBlAddr+count)); 
	checkSum = checkSum + buffer; 
}

- count unsigned int 类型的变量.
- dataLength unsigned int类型的变量。它包含BL1的大小.
- buffe unsigned short 类型的变量。它用来从BL1中读取一个字节.
- checksum unsigned int 类型的变量。它包含BL1的和.

注意：《S5PV210_iROM_ApplicationNote_Preliminary_20091126》中有这样一段描述

TQ210裸机编程(5)——系统时钟配置

SD/MMC拷贝函数，我的判断是：在iROM从SD卡加载BL1时，使用的就是这个函数，注意里面的关键参数

param u16 blockSize : Number of blocks to copy.
拷贝多少块，也就是说在iROM从SD卡加载BL1时是按块的整数倍拷贝的，而不是按字节拷贝。再接着看

TQ210裸机编程(5)——系统时钟配置

从这可以看出一个块的大小是512字节，而且第0块保留不用，我们需要将led.bin 从第1块开始烧写。

所以BL1的头信息的BL1的大小(包括头信息16B的大小)应该是512的整数倍。我刚开始没有注意到这点，在制作头信息时按led.bin的实际大小（多少字节）来填充第0字节，导致iROM校验失败，没法启动。

时钟配置：

S5PV210由3个时钟域构成，分别是主系统（MSYS），显示系统（DSYS），外围系统（PSYS）。

1.MSYS域包括Cortex A8核、DRAM内存控制器、3D、iROM、iRAM、INTC等。

2.DSYS域包括显示相关模块，包括FIMC、FIMD、JPEG等。

3.PSYS域用于安全、I/O外围、低功耗的声音播放等。

如下图所示

TQ210裸机编程(5)——系统时钟配置

S5PV210包含4个锁相环（APLL、MPLL、EPLL、VPLL）

手册上建议使用24MHz的晶振为4个PLL提供输入时钟。

在S5PV210中的典型应用：

• Cortex A8 and MSYS clock domain uses APLL (that is, ARMCLK, HCLK_MSYS, and PCLK_MSYS).
• DSYS and PSYS clock domain (that is, HCLK_DSYS, HCLK_PSYS, PCLK_DSYS, and PCLK_PSYS) and
other peripheral clocks (that is, audio IPs, SPI, and so on) use MPLL and EPLL.
• Video clocks uses VPLL.

手册推荐的时钟

•freq(ARMCLK) = 1000 MHz
•freq(HCLK_MSYS) = 200 MHz
•freq(HCLK_IMEM) = 100 MHz
•freq(PCLK_MSYS) = 100 MHz
•freq(HCLK_DSYS) = 166 MHz
•freq(PCLK_DSYS) = 83 MHz
•freq(HCLK_PSYS) = 133 MHz
•freq(PCLK_PSYS) = 66 MHz
• freq(SCLK_ONENAND) = 133 MHz, 166 MHz

PLL：

− APLL 用来驱动 MSYS 域和 DSYS 域. 它能产生高达 1 GHz的频率
− MPLL用来驱动 MSYS 域和 DSYS 域.它能产生高达 2 GHz的频率
− EPLL 主要用来产生声音相关的时钟.
− VPLL主要用来产生视频系统操作的时钟, 54 MHz.
− 典型的, APLL 驱动MSYS域，MPLL 驱动DSYS 域.

时钟配置步骤如下：

Turn on a PLL
(A,M,E,V)PLL_CON[31] = 1; // Power on a PLL (Refer to (A, M, E, V) PLL_CON SFR)

wait_lock_time; // Wait until the PLL is locked

(A, M, E, V)PLL_SEL = 1; // Select the PLL output clock instead of input reference clock, after PLL
output clock is stabilized. (Refer to 0, 4, 8, 12th bit of CLK_SRC0 SFR)

Once you turned on any PLL, do not turn off that.

Change PLL’s PMS values
Set PMS values; // Set PDIV, MDIV, and SDIV values
(Refer to (A, M, E, V) PLL_CON SFR)

Change the system clock divider values
CLK_DIV0 [31:0] = target value0;

Change the divider values for special clocks
CLK_DIV1 [31:0] = target value1;
CLK_DIV2 [31:0] = target value2;

代码如下：

start.S

.global _start				/* 声明一个全局的标号 */
_start:
	bl clock_init			/* 时钟初始化 */
	bl main					/* 跳转到C函数去执行 */
halt:
	b halt

问：为什么start.S中没有像S3C2440那样首先关闭看门狗、为调用C函数设置栈这些操作？

答：因为在iROM里的代码已经帮我们做好了这些，包括基本的时钟初始化。

iROM初始化的时钟配置如下：

TQ210裸机编程(5)——系统时钟配置

clock.c

#define APLLCON0		*((volatile unsigned int *)0xE0100100)
#define MPLLCON			*((volatile unsigned int *)0xE0100108)
#define EPLLCON0		*((volatile unsigned int *)0xE0100110)
#define VPLLCON			*((volatile unsigned int *)0xE0100120)
#define CLK_SRC0 		*((volatile unsigned int *)0xE0100200)
#define CLK_DIV0		*((volatile unsigned int *)0xE0100300)
#define CLK_DIV1		*((volatile unsigned int *)0xE0100304)
#define CLK_DIV2		*((volatile unsigned int *)0xE0100308)
#define CLK_DIV3		*((volatile unsigned int *)0xE010030C)

void clock_init()
{
	/* 1、设置PLL_LOCK寄存器（这里使用默认值） */
	/* 2、设置PLL_CON寄存器（使用芯片手册推荐的值） */
	APLLCON0	= (1 << 0) | (3 << 8) | (125 << 16) | (1 << 31);	/* FOUTAPLL = 1000MHz */
	MPLLCON 	= (1 << 0) | (12 << 8) | (667 << 16) | (1 << 31);	/* FOUTMPLL = 667MHz */
	EPLLCON0 	= (1 << 0) | (12 << 8) | (667 << 16) | (1 << 31);	/* FOUTEPLL = 96MHz */
	VPLLCON 	= (3 << 0) | (6 << 8) | (108 << 16) | (1 << 31);	/* FOUTVPLL = 54MHz */
	
	/* 3、选择PLL为时钟输出 */
	/* MOUT_MSYS = SCLKAPLL = 1000MHz
	** MOUT_DSYS = SCLKMPLL = 667MHz
	** MOUT_PSYS = SCLKMPLL = 667MHz
	*/
	CLK_SRC0 = (1 << 0) | (1 << 4) | (1 << 8) | (1 << 12);
	
	/* 4、设置系统时钟分频值 */
	/* freq(ARMCLK) = MOUT_MSYS / (APLL_RATIO + 1) = 1000MHz / (0 + 1) = 1000MHz
	** freq(HCLK_MSYS) = ARMCLK / (HCLK_MSYS_RATIO + 1) = 1000MHz / (4 + 1) = 200MHz
	** freq(PCLK_MSYS) = HCLK_MSYS / (PCLK_MSYS_RATIO + 1) = 200MHz / (1 + 1) = 100MHz
	** freq(HCLK_DSYS) = MOUT_DSYS / (HCLK_DSYS_RATIO + 1) = 667 / (3 + 1) = 166MHz
	** freq(PCLK_DSYS) = HCLK_DSYS / (PCLK_DSYS_RATIO + 1) = 166 / (1 + 1) = 83MHz
	** freq(HCLK_PSYS) = MOUT_PSYS / (HCLK_PSYS_RATIO + 1) = 667 / (4 + 1) = 133MHz
	** freq(PCLK_PSYS) = HCLK_PSYS / (PCLK_PSYS_RATIO + 1) = 133 / (1 + 1) = 66MHz
	*/
	CLK_DIV0 = (0 << 0) | (4 << 8) | (1 << 12) | (3 << 16) | (1 << 20) | (4 << 24) | (1 << 28);
}

led.c

#define GPC0CON		*((volatile unsigned int *)0xE0200060)
#define GPC0DAT		*((volatile unsigned int *)0xE0200064)

void delay(volatile unsigned int t)
{
	volatile unsigned int t2 = 0xFFFF;
	while (t--)
		for (; t2; t2--);
}

int main()
{
	int toggle = 0;
	GPC0CON &= ~(0xFF << 12);
	GPC0CON |= 0x11 << 12;	// 配置GPC0_3和GPC0_4为输出
	
	while (1)
	{
		GPC0DAT &= ~(0x3 << 3);		// 熄灭LED1和LED2
		
		if (toggle)
			GPC0DAT |= 1 << 3;		// 点亮LED1
		else
			GPC0DAT |= 1 << 4;		// 点亮LED2
		
		toggle = !toggle;
		delay(0x50000);
	}
	
	return 0;
}

Makefile

led.bin: start.o clock.o led.o
	arm-linux-ld -Ttext 0xD0020010 -o led.elf $^
	arm-linux-objcopy -O binary led.elf aaa@qq.com
	arm-linux-objdump -D led.elf > led.dis
	
%.o : %.c
	arm-linux-gcc -c $< -o aaa@qq.com
%.o : %.S
	arm-linux-gcc -c $< -o aaa@qq.com
	
clean:
	rm *.o *.elf *.bin *.dis

执行make后生成led.bin

addheader.c用于构造带有头信息的bin文件

/*
** 在BL0阶段，iROM内固化的代码读取nandflash或SD卡前面最大16K的内容（即BL1）到iRAM，
** 并比对前16字节中的校验和是否正确，正确则继续，错误则尝试启动下一个设备。
** BL1的头信息规定如下
** 0x0：BL1的大小（最大16K，包括BL1头信息的大小）
** 0x4: 0（规定）
** 0x8：校验和
** 0xC：0（规定）
*/
#include <stdio.h>
#include <string.h>
#include <stdlib.h>

#define IMG_SIZE                (16*1024)
#define HEADER_SIZE         	16
#define BLKSIZE					512

int main (int argc, char *argv[])
{
	FILE			*fp;
	unsigned		char *Buf;
	int				BufLen;
	int				nbytes, fileLen;
	unsigned int	checksum, count;
	int				i;

	if (argc != 3)
	{
		printf("Usage: %s <source file> <destination file>\n", argv[0]);
		return -1;
	}

	/* 分配16K的buffer */
	BufLen = IMG_SIZE;
	Buf = malloc(BufLen);
	if (!Buf)
	{
		perror("Alloc buffer failed!");
		return -1;
	}
	memset(Buf, 0x00, BufLen);

	/* 读源bin到buffer */
	fp = fopen(argv[1], "rb");
	if( fp == NULL)
	{
		perror("source file open error");
		free(Buf);
		return -1;
	}
	/* 获取源bin长度 */
	fseek(fp, 0L, SEEK_END);
	fileLen = ftell(fp);
	fseek(fp, 0L, SEEK_SET);

	/* 源bin长度不得超过16K-16byte */
	fileLen = (fileLen < (IMG_SIZE - HEADER_SIZE)) ? fileLen : (IMG_SIZE - HEADER_SIZE);

	/* 读源bin到buffer[16] */
	nbytes = fread(Buf + HEADER_SIZE, 1, fileLen, fp);
	if (nbytes != fileLen)
	{
		perror("source file read error\n");
		free(Buf);
		fclose(fp);
		return -1;
	}
	fclose(fp);
	
	/* 计算校验和 */
	for(i = 0, checksum = 0; i < fileLen; i++)
		checksum += Buf[HEADER_SIZE + i];

	/* 计算BL1的大小:
	** BL1的大小包括BL1的头信息
	** 另外iROM从SD卡拷贝是按块拷贝的，因此这里需要调整大小为512字节的整数倍
	*/
	fileLen += HEADER_SIZE;
	count = fileLen / BLKSIZE * BLKSIZE;
	if (count < fileLen)
		count += BLKSIZE;
	memcpy(Buf, &count, 4);		// 保存BL1的大小到Buf[0-3]

	// 将校验和保存在buffer[8~15]
	memcpy(Buf + 8, &checksum, 4);

	fp = fopen(argv[2], "wb");
	if (fp == NULL)
	{
		perror("destination file open error");
		free(Buf);
		return -1;
	}
	// 将count + HEADER_SIZE字节的buffer拷贝到目的bin中
	nbytes	= fwrite(Buf, 1, count, fp);
	if (nbytes != count)
	{
		perror("destination file write error");
		free(Buf);
		fclose(fp);
		return -1;
	}

	free(Buf);
	fclose(fp);

	return 0;
}

执行如下命令生成addheader

# gcc addheader.c -o addheader

然后再用addheader制作带有头信息的bin文件

# ./addheader led.bin 210.bin

然后将SD卡插入SD读卡器，将鼠标移到虚拟机中，然后将SD卡读卡器插入电脑，这是ubuntu中将自动挂载SD卡

在ubuntu中执行df查看分区信息

aaa@qq.com:/mnt/hgfs/E/cloud/embedded/my_code/tq210# df
Filesystem 1K-blocks Used Available Use% Mounted on
/dev/sda1 39544232 10202800 27332652 28% /
none 506996 260 506736 1% /dev
none 512616 164 512452 1% /dev/shm
none 512616 372 512244 1% /var/run
none 512616 0 512616 0% /var/lock
.host:/ 331099132 158170568 172928564 48% /mnt/hgfs
/dev/sdd 46220 46220 0 100% /media/XIAOMI
/dev/sdb1 3864000 4 3863996 1% /media/720C-93BE

sdb1就是我们的SD卡的第1个分区

执行如下命令烧写210.bin到SD的第1个块

# dd bs=512 iflag=dsync oflag=dsync if=210.bin of=/dev/sdb seek=1

1+1 records in
1+1 records out
528 bytes (528 B) copied, 0.0110204 s, 47.9 kB/s

bs指定一次烧写多少字节

dsync表示为数据使用同步I/O

if指定输入文件

of指定输出设备

seek指定从第几块开始烧写

然后拔下SD卡，将其插入的TQ210开发板，然后拨动启动选择开关，选择从SD启动

TQ210裸机编程(5)——系统时钟配置

然后上电可以看到LED交替闪烁，可以去掉start.S中的时钟初始化，再次编译程序，烧写，可以看出LED闪烁变慢了。

.global _start				/* 声明一个全局的标号 */
_start:
	//bl clock_init			/* 时钟初始化 */
	bl main					/* 跳转到C函数去执行 */
halt:
	b halt

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