ARM 系列 -- FS2410 开发板上的内存搬移实验

一、目的
   通过将 Nand Flash 前 4K 代码搬移到 SDRAM 中，了解如何初始化并使用 ARM 的内存，
   为编写 ARM bootloader 和搬移内核到内存作准备。

二、代码
   关于如何建立开发环境，在我的前一篇随笔(FS2401 发光二极管循环点亮)里有介绍, 请
   参考。要初始化并使用内存需要了解一些很锁碎的细节，上来就讲这些知识点未免生涩，不
   如在代码中穿插讲解来的直接。

   @ 文件 head.s
   @ 作用: 关闭看门狗、设置内存、向 SDRAM 搬移 Nand Flash 的前 4K 代码、设置堆栈、
   @ 调用已经搬移到 SDRAM 的 main 函数
   .text
   .global _start
   _start:
    ldr r0, =0x53000000        @ Close watch-dog
    mov r1, #0x0
    str r1, [r0]
    bl  memory_setup            @ Initialize memory setting
    bl  copy_block_to_sdram   @ Move code to SDRAM
    ldr sp, =0x34000000         @ Set stack pointer
    ldr pc, =main                   @ call main in SDRAM
    
   halt_loop:
    b   halt_loop
   
   copy_block_to_sdram:
    mov r0, #0x0
    mov r1, #0x30000000
    mov r2, #4096
   copy_loop:
    ldmia r0!, {r3-r10}
    stmia r1!, {r3-r10}
    cmp   r0, r2
    blo copy_loop
  
   注:看门狗(Watch Dog Timer，简称为WDT)技术就是最常见的抗干扰技术，实际上是一个
   可清零的定时计数器。
   
   @ 文件 memory.s
   @ 初始化内存控制寄存器
   .global memory_setup       @ 导出 memory_setup, 使其对链接器可见
   memory_setup:
    mov  r1, #0x48000000     @ BWSCON 内存控制寄存器地址
    adrl r2, mem_cfg_val    
    add  r3, r1, #13*4
   1: 
    @ write initial values to registers
    ldr  r4, [r2], #4
    str  r4, [r1], #4
    cmp  r1, r3
    bne  1b
    mov  pc, lr
    
    .align 4
   mem_cfg_val:
    .long 0x22111110 @ BWSCON
    .long 0x00000700 @ BANKCON0
    .long 0x00000700 @ BANKCON1
    .long 0x00000700 @ BANKCON2
    .long 0x00000700 @ BANKCON3
    .long 0x00000700 @ BANKCON4
    .long 0x00000700 @ BANKCON5
    .long 0x00018005 @ BANKCON6
    .long 0x00018005 @ BANKCON7 9bit
    .long 0x008e07a3 @ REFRESH
    .long 0x000000b2 @ BANKSIZE 
    .long 0x00000030 @ MRSRB6
    .long 0x00000030 @ MRSRB7

   注: 要理解这里的寄存器设置需要看手册和资料， 这里简单介绍一下:
   1．BWSCON：对应BANK0-BANK7，每BANK使用4位。这4位分别表示:
      a．STx：启动/禁止SDRAM的数据掩码引脚，对SDRAM，此位为0；对SRAM，此位为1
      b．WSx：是否使用存储器的WAIT信号，通常设为0
      c．DWx：使用两位来设置存储器的位宽：00-8位，01-16位，10-32位，11-保留。
      d．比较特殊的是BANK0对应的4位，它们由硬件跳线决定，只读。
      e．对于本开发板，使用两片容量为32Mbyte、位宽为16的SDRAM组成容量为64Mbyte、
        位宽为32的存储器，所以其BWSCON相应位为：0010。对于本开发板，BWSCON可设为
        0x22111110：其实我们只需要将BANK6对应的4位设为0010即可，其它的是什么值没
        什么影响，这个值是参考手册上给出的。
   2．BANKCON0-BANKCON5：我们没用到，使用默认值0x00000700即可
   3．BANKCON6-BANKCON7：设为0x00018005
      在8个BANK中，只有BANK6和BANK7可以使用SRAM或SDRAM，与BANKCON0-5有点不同：
      a．MT([16:15])：用于设置本BANK外接的是SRAM还是SDRAM：SRAM-0b00，SDRAM-0b11
      b．当MT=0b11时，还需要设置两个参数：
         Trcd([3:2])：RAS to CAS delay，设为推荐值0b01
         SCAN([1:0])：SDRAM的列地址位数，本开发板的SDRAM列地址位数为9，所以SCAN=0b01
   4．REFRESH(SDRAM refresh control register)：
      其中R_CNT用于控制SDRAM的刷新周期，占用REFRESH寄存器的[10:0]位，它的取值可
      如下计算(SDRAM时钟频率就是HCLK)：
      R_CNT = 2^11 + 1 – SDRAM时钟频率(MHz) * SDRAM刷新周期(uS)
      在未使用PLL时，SDRAM时钟频率等于晶振频率12MHz；SDRAM的刷新周期在SDRAM的数
      据手册上有标明，在本开发板使用的SDRAM HY57V561620CT-H的数据手册上，可看见
      这么一行“8192 refresh cycles / 64ms”：所以，刷新周期=64ms/8192 = 7.8125 uS。

      对于本实验，R_CNT = 2^11 + 1 – 12 * 7.8125 = 1955
      REFRESH=0x008e0000 + 1955 = 0x008e07a3
   5．BANKSIZE：0x000000b2
      位[7]=1：Enable burst operation
      位[5]=1：SDRAM power down mode enable
      位[4]=1：SCLK is active only during the access (recommended)
      位[2:1]=010 BANK6、BANK7对应的地址空间: 010-128M/128M, 001-64M/64M
   6．MRSRB6、MRSRB7：0x00000030
      能让我们修改的只有位[6:4](CL)，SDRAM HY57V561620CT-H不支持CL=1的情况，所以
      位[6:4]取值为010(CL=2)或011(CL=3)

   /* 文件 sdram.c */
   /* 作用 循环点亮开发板上的 D9、D10、D11、D12 四个发光二极管 */
   #define GPFCON (*(volatile unsigned long *)0x56000050) /* GPFCON 端口地址为0x56000050 */
   #define GPFDAT (*(volatile unsigned long *)0x56000054) /* GPFDAT 端口地址为0x56000054 */
   
   int main()
   { 
     int i,j;
     while(1) {
       for (i = 0; i <4; ++i) {
         GPFCON = 0x1<<(8+i*2); /* 如何设置此二寄存器使二极管发光,前一*/
         GPFDAT = 0x0;               /* 篇随笔(FS2401 发光二极管循环点亮) */
                                            /* 里有介绍*/
         // for delay
         for(j=0;j<50000;++j) ;
       }
     }
   }

   # Makefile
   # 编译上述三个代码文件， 并链接生成的目标文件, 
   # 再将目标文件(ELF格式)转换成二进制格式文件
   sdram:head.s memory.s sdram.c
        arm-linux-gcc -c -o head.o head.s
        arm-linux-gcc -c -o memory.o memory.s
        arm-linux-gcc -c -o sdram.o sdram.c

        # -Ttext 0x30000000 会使目标文件里 ldr pc, =main 指令里的 pc 加上
        # 0x30000000 这个基地址，而 #0x30000000 正是我们要将代码搬到 SDRAM 的
        # 起始地址， 更多细节请参考 arm-linux-ld -Ttext 的用法
        arm-linux-ld  -Ttext 0x30000000 head.o memory.o sdram.o -o sdram_tmp.o
        arm-linux-objcopy -O binary -S sdram_tmp.o sdram
  clean:
        rm -f *.o
        rm -f sdram

三、编译、烧写、测试
   Make 一下就会生成我们要的文件 sdram, 将其通过 JTAG 烧入 Nand Flash 即可，Reset
   一下开发板， 欣赏您的实验成果吧