零、說明

本文主要以友善之臂的tiny210板子作說明，使用的是s5pv210核心。 
主要集中于以下幾個問題： 
* 支持哪些存儲介質？ 
* 上電之后的啟動流程？分成了幾個階段？具體負責什么功能？ 
* 各個階段使用的存儲介質是什么？原因？ 
* 各個階段的運行地址是什么？ 
* 鏡像存放可能存放在幾種存儲介質中，如何判斷要從哪種存儲介質中獲取鏡像？（也就是啟動模式）

本文只介紹non secure boot的情況。也就是說不是在secure環境下，無需做簽名處理。

一、和啟動相關的硬件介紹

1、可運行存儲介質

要先理解一點，運行介質都會在CPU的地址空間上，占用地址空間的一部分。CPU可以根據尋址地址從運行介質從讀取一條指令或者一條數據，而并不是說直接在運行介質上執行。

• IROM 
  ROM（Read Only Memory），唯讀記憶體。ROM數據不能隨意更新，但是在任何時候都可以讀取。主要用于存放一些固定的不需要修改的代碼或者數據。掉電之后，數據還可以保存。 
  IROM則是指集成于芯片內部的ROM.

• SRAM 
  SRAM（Static Random Access Memory），即靜態隨機存取存儲器。它是一種具有靜止存取功能的內存，不需要刷新電路即能保存它內部存儲的數據。 
  

• 優點，速度快，不必配合內存刷新電路，可提高整體的工作效率。初始化簡單。

• 缺點，集成度低，掉電不能保存數據，功耗較大，相同的容量體積較大，而且價格較高，少量用于關鍵性系統以提高效率。

• SDRAM 
  由General SDRAM and Controller進行控制。 
  SDRAM（Synchronous Dynamic Random Access Memory），同步動態隨機存儲器，同步是指內存工作需要同步時鐘，內部的命令的發送與數據的傳輸都以它為基準；動態是指存儲陣列需要不斷的刷新來保證數據不丟失；隨機是指數據不是線性依次存儲，而是自由指定地址進行數據讀寫。相對于SRAM來說，體積較小且價格偏移。

三者差異簡單歸納如下表：

補充說明 
綜上，因為BL0是上電啟動代碼，固定不變的，所以將其固化在IROM中運行。 
因為SRAM是集成在平臺內部，BL0階段之后可以直接使用，但是size比較小。 
而SDRAM需要根據外圍DDR進行初始化，BL0之后還無法使用，需要在BL1中進行初始化之后才能使用。 
故BL1放在SRAM中運行，BL2放在SDRAM中運行。 
后續會繼續說明。

2、存儲介質

• SD/MMC/eMMC

• nand flash / nor flash / OneNand flash

• eSSD

3、tiny210運行介質和存儲介質說明

首先看一下對應s5pv210平臺和存儲相關的硬件支持

• 64KB的IROM

• 94KB的內部SRAM

• 通用SDRAM控制器，用于控制SDRAM 
  需要外部實現SDRAM.

• 4/8位高速SD/MMC控制器，用于控制4-bit SD / 4-bit MMC / 4 or 8-bit eMMC 
  需要外部實現SD/MMC/eMMC

• Nand Flash控制器，用于控制nand flash 
  需要外部實現nand flash

• OneNand控制器，用于控制OneNand flash。 
  需要外部實現OneNand flash

• eSSD控制器，用于控制eSSD 
  需要外部實現eSSD

• UART/USB控制器

在s5pv210的基礎上，對應tiny210板子上有如下外圍硬件： 
* 512MB的DDR支持 
* 1GB的nand flash支持（K9K8G08U0B） 
* SD card接口支持，可以直接支持SD card

綜上，tiny210板子上有如下存儲介質：

• 64KB的IROM

• 94KB的內部SRAM

• 512MB的DDR

• 512MB的nand flash支持

• SD card（自己插了一個4GB的SD卡）

二、s5pv210 上電啟動的幾個階段

注意：以下介紹的啟動流程和官方給的啟動流程《S5PV210-iROM-ApplicationNote-Preliminary》有所差異，是實際上我在項目中使用的啟動流程，也是比較通用的啟動流程。 
和官方文檔中比較大的差異在于，BL2在下面介紹是放在SDRAM中運行，而官方文檔《S5PV210-iROM-ApplicationNote-Preliminary》中則是放在IRAM中運行，因為編出來的uboot過大，超過了限制，所以官方文檔是不可行的。

1、BL0

運行在IROM上！！！

• 加載說明 
  上電后啟動的第一個階段。其代碼固化在s5pv210的IROM中，也就是出廠后已經完成，無法進行修改。上電后CPU會直接從IROM上的BL0的代碼上開始執行。

• 主要工作有：

• 初始化系統時鐘、特殊設備的控制器、啟動設備、看門狗、堆棧、SRAM等等

• 驗證BL1鏡像

• 從存儲介質上（比如SDeMMCnand flash）或者通過USB加載BL1鏡像到對應內部SRAM上

• 跳轉到BL1鏡像所在的地址上

2、BL1

運行在內部SRAM上！！！

• 加載說明 
  上電后啟動的第二個階段。BL0階段會將其鏡像或者代碼從存儲介質上（比如SDeMMCnand flash）上加載到內部SRAM上.

• 主要工作有： 
  

• 初始化部分時鐘（和SDRAM相關）

• 初始化DDR（外部SDRAM）

• 從存儲介質上（比如SDeMMCnand flash）將BL2鏡像加載到SDRAM上

• 驗證BL2鏡像的合法性

• 跳轉到BL2鏡像所在的地址上

3、BL2

運行在外部SDRAM上！！！

• 加載說明 
  上電后啟動的第三個階段，BL1階段會將其鏡像或者代碼從存儲介質上（比如SDeMMCnand flash）上加載到外部SDRAM上.

• 主要功能 
  BL2就是指傳統意義上的bootloader，也就是我們這里的uboot的主體，負責flash操作、uboot命令操作等等，并且最終目標是加載OS和啟動OS，如linux。關于uboot的實現，會在后面具體分析，這里不詳細說明。

上電到BL2的流程圖如下（略過BL2的流程部分）

上電，直接執行BL0BL0(IROM)BL0(IROM)：初始化系列操作BL0(IROM)：加載BL1鏡像到SRAM上BL0(IROM)：跳轉到BL1的地址上BL1(SRAM)BL1(SRAM)：初始化SDRAMBL1(SRAM)：加載BL2鏡像到SDRAM上BL1(SRAM)：跳轉到BL2的地址上BL2(SDRAM)jump into OS

三、各個階段在地址空間上的運行位置

1、s5pv210地址空間

參考《S5PV210_UM_REV1.1》 2.1 MEMORY ADDRESS MAP 
s5pv210整體地址空間映射表如下：

重點關注如下幾個地址空間：

2、BL0的運行地址

通過文檔《S5PV210-iROM-ApplicationNote-Preliminary》位于如下區域

s5pv210上電之后，CPU會直接從0x0地址取指令，也就是直接執行BL0。

3、BL1的運行地址

上述已經說明BL1在IRAM中運行，IRAM空間如下：

但是并不是說整個IRAM都是給BL1使用的。 
BL1使用的部分如下：

BL1鏡像最大為16KB。 
這里有一個注意事項: 
BL1是加載在0xD002_0000的位置上（不包括USB啟動的方法），并不是說BL1就是從0xD002_0000開始運行的。0xD002_0000開始的16B是用于作為BL1的header。BL1代碼的實際運行地址是0xD002_0010 
這部分header是用來給BL0驗證BL1的鏡像的有效性使用的。16B的header格式如下：

當從存儲介質上加載BL1鏡像的時候（非UART/USB模式），需要校驗這個header和BL1的鏡像是否匹配，后續啟動模式中會繼續說明。

4、BL2的運行地址

上述已經知道BL2在SDRAM的地址空間中運行,SDRAM空間如下：

tiny210的ddr是512M并且使用的是DRAM0的地址空間，故BL2的運行空間是

但是在實際使用中，我把uboot加載到了ddr上0x23E0_0000（具體參考CONFIG_SYS_TEXT_BASE的定義）的地址上。

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綜上所述,各個階段的運行地址如下：

四、啟動模式（如何將對應BL1加載到對應RAM上面）

在上述中，我們知道BL0負責將BL1的鏡像加載到對應的地址上。 
那么，有一個問題，BL1的鏡像可能存放在SD卡，eMMC，Nand flash等存儲介質上，也有可能是直接通過USB上寫入到對應RAM的地址上。那么，BL0如何判斷要從哪里去加載BL1的鏡像呢，這就取決于啟動模式了。

1、s5pv210支持的啟動模式

• OneNand Boot模式 
  在這種模式下，BL0會從OneNAND的page0開始加載，先加載16B的header到0xD002_0000，通過header中的size判斷需要讀取多少page，然后再加載剩余的page到0xD002_0010上。 
  最后計算除header外的數據的校驗和，和header中的校驗和比較，一旦匹配，則跳轉到0xD002_0010。 
  因此，當我們選擇這種方式的時候，需要給BL1的鏡像加上16B的header，然后以OneNand page0位置開始存放整個鏡像。

• Nand Boot (with H/W 8/16-Bit ECC) 
  在這種模式下，BL0會從NAND的page0開始加載，先加載16B的header到0xD002_0000，通過header中的size判斷需要讀取多少page，然后再加載剩余的page到0xD002_0010上。 
  最后計算除header外的數據的校驗和，和header中的校驗和比較，一旦匹配，則跳轉到0xD002_0010。 
  因此，當我們選擇這種方式的時候，需要給BL1的鏡像加上16B的header，然后以Nand page0位置開始存放整個鏡像。

• SD / MMC Boot 
  在這種模式下，BL0會跳過SD的block0，從SD的block1加載，先加載block1到0xD002_0000，通過header中的size判斷需要讀取多少block，然后再加載剩余的block。 
  最后計算除header外的數據的校驗和，和header中的校驗和比較，一旦匹配，則跳轉到0xD002_0010。 
  因此，當我們選擇這種方式的時候，需要給BL1的鏡像加上16B的header，然后以block1位置開始存放整個鏡像。

• eSSD Boot 
  在這種模式下，BL0會跳過eSSD的block0，從eSSD的block1加載，先加載block1到0xD002_0000，通過header中的size判斷需要讀取多少block，然后再加載剩余的block。 
  最后計算除header外的數據的校驗和，和header中的校驗和比較，一旦匹配，則跳轉到0xD002_0010。 
  因此，當我們選擇這種方式的時候，需要給BL1的鏡像加上16B的header，然后以block1位置開始存放整個鏡像。

• eMMC Boot 
  在這種模式下，BL0會從eMMC的block0加載，先加載block0到0xD002_0000，通過header中的size判斷需要讀取多少block，然后再加載剩余的block。 
  最后計算除header外的數據的校驗和，和header中的校驗和比較，一旦匹配，則跳轉到0xD002_0010。 
  因此，當我們選擇這種方式的時候，需要給BL1的鏡像加上16B的header，然后以block0位置開始存放整個鏡像。

• UART Boot 
  在這種模式下，BL0會檢測串口數據，并且將其復制到0xD002_0000開始的位置。在PC側通過DWN軟件將鏡像通過串口進行寫入。 
  因為這種模式下不需要驗證header，一旦下載完成之后，會直接跳轉到0xD002_0000進入BL1。

• USB Boot 
  在這種模式下，BL0會檢測USB數據，并且將其復制到0xD002_0000開始的位置。在PC側通過DWN軟件將鏡像通過USB進行寫入。 
  因為這種模式下不需要驗證header，一旦下載完成之后，會直接跳轉到0xD002_0000進入BL1。

幾個模式的差異如下表格

2、s5pv210選擇啟動模式的方法

s5pv210通過OM[5:0]這6個引腳的組合來選擇對應的啟動模式。 
具體查看《S5PV210-iROM-ApplicationNote-Preliminary》表格Table4. iROM OM pin description 
以下舉幾個常見的例子

注意，當OM5用于決定是否先進入UARTUSB模式。如果OM5為0，則直接進入OM[4:0]對應的模式中。 
如果OM5為1，則先判斷串口是否有響應（因此要進入該模式需要現在DNW軟件上打開對應UART下載功能），有響應則進入UART模式，否則，超時，檢測是否進入USB模式。 
然后判斷USB是否有相應（因此要進入該模式需要現在DNW軟件上打開對應USB下載功能），有響應則進入USB模式，否則，超時，跳轉到OM[4:0]對應的模式中。

3、tiny210支持的啟動模式

通過tiny210的原理圖《Tiny210-1305-Schematic》上看OM5OM4OM0均被拉低為0.而OM[3:1]則有撥碼開關S2和反相器來控制其組合。 
最終得到tiny210只支持如下兩種啟動方式