JZ2440MMU段映射代码实现
时间：2019-09-02 16:00:01
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[导读]实现流程：
JZ2440V3的SDRAM物理地址范围处于0x30000000~0x33FFFFFF,S3C2440的寄存器地址范围都处于0x48000000~0x5FFFFFFF。在前面，通过往G
实现流程：
JZ2440V3的SDRAM物理地址范围处于0x30000000~0x33FFFFFF,S3C2440的寄存器地址范围都处于0x48000000~0x5FFFFFFF。在前面，通过往GPBCON和GPBDAT这两个寄存器的物理地址0x56000010、0x56000014写入特定的数据来驱动4个LED 开启MMU，并将虚拟地址空间0xA0000000~0xA0100000映射到物理地址空间0x56000000~0x56100000上，这样就可以通过操作地址0xA0000010、0xA0000014来达到驱动这4个LED的同样效果 另外，将虚拟地址空间0xB0000000~0xB3FFFFFF映射到物理地址空间0x30000000~0x33FFFFFF上，并在连程序时将一部分代码的运行地址指定为0xB0004000，看看能否令程序跳转到0xB0004000(即0x30004000)处执行 本例程序只使用一级页表，以段的方式进行地址映射。32位CPU的虚拟地址空间达到4GB，一级页表中使用4096个描述符来表示这4GB的空间(每个描述符对应1MB的虚拟地址)，每个描述符占用4字节，所以一级页表占16KB(4096*4KB)。在此使用SDRAM开始的16KB(0x4000)来存放一级页表，所以剩下的内存开始物理地址为0x30004000！详细知识补充和代码分析
程序代码：
第一部分：(
head.S&init.c)运行地址设为0，关闭看门狗，初始化SDRAM，复制第二部分代码到SDRAM中(存放在0x30004000开始处)，设置页表，启动MMU，最后到SDRAM中(地址0xB0004000)去继续执行
第二部分：(leds.c)运行地址设为0xB0004000,用来驱动LED head.S
@*************************************************************************
@ File：head.S
@ 功能：设置栈指针，禁止看门狗，初始化SDRAM，将第二部分代码复制到SDRAM，
@ 设置页表，启动MMU，然后跳到SDRAM继续执行led程序
@*************************************************************************
.text
.global _start
_start:
ldr sp, =4096 @ 设置栈指针，(4KB)以下都是C函数，调用前需要设好栈
bl disable_watch_dog @ 关闭WATCHDOG，否则CPU会不断重启
bl memsetup @ 设置存储控制器以使用SDRAM
bl copy_2th_to_sdram @ 将第二部分代码复制到SDRAM
bl create_page_table @ 设置页表
@ 令heed.S、init.c程序所在内存的VA和PA一样
@ 为了代码在开启MMU后能够没有任何障碍的运行
bl mmu_init @ 启动MMU
ldr sp, =0xB4000000 @ 重设栈指针，指向SDRAM顶端(使用虚拟地址)
ldr pc, =0xB0004000 @ 跳到SDRAM中继续执行第二部分代码
@ 等价于ldr pc,=main
halt_loop:
b halt_loop
init.c
/*
* init.c: 进行一些初始化，在Steppingstone中运行
* 它和head.S同属第一部分程序，此时MMU未开启，使用物理地址
*/
/* WATCHDOG寄存器 */
#define WTCON (*(volatile unsigned long *)0x53000000)
/* 存储控制器的寄存器起始地址 */
#define MEM_CTL_BASE 0x48000000
/*
* 关闭WATCHDOG，否则CPU会不断重启
*/
void disable_watch_dog(void)
{
WTCON = 0; // 关闭WATCHDOG很简单，往这个寄存器写0即可
}
/*
* 设置存储控制器以使用SDRAM
*/
void memsetup(void)
{
/* SDRAM 13个寄存器的值 */
unsigned long const mem_cfg_val[]={ 0x22011110, //BWSCON
0x00000700, //BANKCON0
0x00000700, //BANKCON1
0x00000700, //BANKCON2
0x00000700, //BANKCON3
0x00000700, //BANKCON4
0x00000700, //BANKCON5
0x00018005, //BANKCON6
0x00018005, //BANKCON7
0x008C07A3, //REFRESH
0x000000B1, //BANKSIZE
0x00000030, //MRSRB6
0x00000030, //MRSRB7
};
int i = 0;
volatile unsigned long *p = (volatile unsigned long *)MEM_CTL_BASE;
for(; i < 13; i++)
p[i] = mem_cfg_val[i];
}
/*
* 将第二部分代码复制到SDRAM
*/
void copy_2th_to_sdram(void)
{
unsigned int *pdwSrc = (unsigned int *)2048; //led.o的加载地址在连接脚本中被指定2048
//所以第二部分代码就存储在Steppingstone中地址2048之后
unsigned int *pdwDest = (unsigned int *)0x30004000;
while (pdwSrc < (unsigned int *)4096)
{
*pdwDest = *pdwSrc;
pdwDest++;
pdwSrc++;
}
}
/*
* 设置页表
*/
void create_page_table(void)
{
/*
* 用于段描述符的一些宏定义
* 段描述符bit[11:0]=0b110000011110
*/
#define MMU_FULL_ACCESS (3 << 10) /* 访问权限 */
#define MMU_DOMAIN (0 << 5) /* 属于哪个域 */
#define MMU_SPECIAL (1 << 4) /* 必须是1 */
#define MMU_CACHEABLE (1 << 3) /* cacheable */
#define MMU_BUFFERABLE (1 << 2) /* bufferable */
#define MMU_SECTION (2) /* 表示这是段描述符 */
#define MMU_SECDESC (MMU_FULL_ACCESS | MMU_DOMAIN | MMU_SPECIAL |
MMU_SECTION)
#define MMU_SECDESC_WB (MMU_FULL_ACCESS | MMU_DOMAIN | MMU_SPECIAL |
MMU_CACHEABLE | MMU_BUFFERABLE | MMU_SECTION)
#define MMU_SECTION_SIZE 0x00100000
unsigned long virtuladdr, physicaladdr;
unsigned long *mmu_tlb_base = (unsigned long *)0x30000000;
/*
* Steppingstone的起始物理地址为0，第一部分程序的起始运行地址也是0，
* 为了在开启MMU后仍能运行第一部分的程序，
* 将0～1M的虚拟地址映射到同样的物理地址
*/
virtuladdr = 0;
physicaladdr = 0;
*(mmu_tlb_base + (virtuladdr >> 20)) = (physicaladdr & 0xFFF00000) |
MMU_SECDESC_WB;
//*(mmu_tlb_base + (virtuladdr >> 20)) =
//*(TTB[31-14]+MVA[31-20]+00) = *(描述符地址)
/*
* 0x56000000是GPIO寄存器的起始物理地址，
* GPBCON和GPBDAT这两个寄存器的物理地址0x56000050、0x56000054，
* 为了在第二部分程序中能以地址0xA0000050、0xA0000054来操作GPFCON、GPFDAT，
* 把从0xA0000000开始的1M虚拟地址空间映射到从0x56000000开始的1M物理地址空间
*/
virtuladdr = 0xA0000000;
physicaladdr = 0x56000000;
*(mmu_tlb_base + (virtuladdr >> 20)) = (physicaladdr & 0xFFF00000) |
MMU_SECDESC;
//*(mmu_tlb_base + (virtuladdr >> 20)) =
//*(TTB[31-14]+MVA[31-20]+00) = *(描述符地址)
/*
* SDRAM的物理地址范围是0x30000000～0x33FFFFFF，
* 将虚拟地址0xB0000000～0xB3FFFFFF映射到物理地址0x30000000～0x33FFFFFF上，
* 总共64M，涉及64个段描述符
*/
virtuladdr = 0xB0000000;
physicaladdr = 0x30000000;
while (virtuladdr < 0xB4000000)
{
*(mmu_tlb_base + (virtuladdr >> 20)) = (physicaladdr & 0xFFF00000) |
MMU_SECDESC_WB;
virtuladdr += 0x100000; //0x100000 = 1MB，段页表以1MB为单位
physicaladdr += 0x100000;
}
}
/*
* 启动MMU
*/
void mmu_init(void)
{
unsigned long ttb = 0x30000000;
__asm__(
"mov r0, #0n"
"mcr p15, 0, r0, c7, c7, 0n" /* 使无效ICaches和DCaches */
"mcr p15, 0, r0, c7, c10, 4n" /* drain write buffer on v4 */
"mcr p15, 0, r0, c8, c7, 0n" /* 使无效指令、数据TLB */
"mov r4, %0n" /* r4 = 页表基址 ，取第0个符号*/
"mcr p15, 0, r4, c2, c0, 0n" /* 设置页表基址寄存器 */
"mvn r0, #0n"
"mcr p15, 0, r0, c3, c0, 0n" /* 域访问控制寄存器设为0xFFFFFFFF，
* 不进行权限检查
*/
/*
* 对于控制寄存器，先读出其值，在这基础上修改感兴趣的位，
* 然后再写入
*/
"mrc p15, 0, r0, c1, c0, 0n" /* 读出控制寄存器的值 */
/* 控制寄存器的低16位含义为：.RVI ..RS B... .CAM
* R : 表示换出Cache中的条目时使用的算法，
* 0 = Random replacement；1 = Round robin replacement
* V : 表示异常向量表所在的位置，
* 0 = Low addresses = 0x00000000；1 = High addresses = 0xFFFF0000
* I : 0 = 关闭ICaches；1 = 开启ICaches
* R、S : 用来与页表中的描述符一起确定内存的访问权限
* B : 0 = CPU为小字节序；1 = CPU为大字节序
* C : 0 = 关闭DCaches；1 = 开启DCaches
* A : 0 = 数据访问时不进行地址对齐检查；1 = 数据访问时进行地址对齐检查
* M : 0 = 关闭MMU；1 = 开启MMU
*/
/*
* 先清除不需要的位，往下若需要则重新设置它们
*/
/* .RVI ..RS B... .CAM */
"bic r0, r0, #0x3000n" /* ..11 .... .... .... 清除V、I位 */
"bic r0, r0, #0x0300n" /* .... ..11 .... .... 清除R、S位 */
"bic r0, r0, #0x0087n" /* .... .... 1... .111 清除B/C/A/M */
/*
* 设置需要的位
*/
"orr r0, r0, #0x0002n" /* .... .... .... ..1. 开启对齐检查 */
"orr r0, r0, #0x0004n" /* .... .... .... .1.. 开启DCaches */
"orr r0, r0, #0x1000n" /* ...1 .... .... .... 开启ICaches */
"orr r0, r0, #0x0001n" /* .... .... .... ...1 使能MMU */
"mcr p15, 0, r0, c1, c0, 0n" /* 将修改的值写入控制寄存器 */
: /* 无输出 */ //输出
: "r" (ttb) ); //输入 r=ttb，第0个符号
}
leds.c
/*
* leds.c: 循环点亮4个LED
* 属于第二部分程序，此时MMU已开启，使用虚拟地址
*/
#define GPFCON (*(volatile unsigned long *)0xA0000050) // 物理地址0x56000050
#define GPFDAT (*(volatile unsigned long *)0xA0000054) // 物理地址0x56000054
#define GPF4_out (1<<(4*2))
#define GPF5_out (1<<(5*2))
#define GPF6_out (1<<(6*2))
/*
* wait函数加上“static inline”是有原因的，
* 这样可以使得编译leds.c时，wait嵌入main中，编译结果中只有main一个函数。
* 于是在连接时，main函数的地址就是由连接文件指定的运行时装载地址。
* 而连接文件mmu.lds中，指定了leds.o的运行时装载地址为0xB4004000，
* 这样，head.S中的“ldr pc, =0xB0004000”就是跳去执行main函数。
*/
static inline void wait(volatile unsigned long dly)
{
for(; dly > 0; dly--);
}
int main(void)
{
unsigned long i = 0;
GPFCON = GPF4_out|GPF5_out|GPF6_out; // 将LED1,2,4对应的GPF4/5/6三个引脚设为输出
while(1){
wait(30000);
GPFDAT = (~(i<<4)); // 根据i的值，点亮LED1,2,4
if(++i == 8)
i = 0;
}
return 0;
}
mmu.lds
SECTIONS {
firtst 0x00000000 : { head.o init.o }
/*head.o和init.o组成，加载地址和运行地址都是0，运行前不需要重新移动代码*/
second 0xB0004000 : AT(2048) { leds.o }
/*由leds.o组成，加载地址为2048，重定位地址为0xB0004000,表明段second
*存放在编译所得映象文件地址2048处，在运行前将它复制到地址0xB0004000处，
*这由init.c中的copn_2th_to_sdram函数完成。(此函数将代码复制开始地址为，
*0x30004000的内存中，这是开启MMU后虚拟地址0xB0004000对应的物理地址)*/
}
Makefile
objs := head.o init.o leds.o
# $^ 代表所有的依赖文件。 $@--目标文件，$<--第一个依赖文件。
mmu.bin : $(objs)
arm-linux-ld -Tmmu.lds -o mmu_linux $^
arm-linux-objcopy -O binary -S mmu_linux $@ # binary：二进制的 -S：不从源文件复制重定位信息和符号信息到目标文件中去
arm-linux-objdump -D -m arm mmu_linux > mmu.dis # -D：反汇编所有段 -m arm:指定反汇编文件使用arm架构
%.o:%.c
arm-linux-gcc -Wall -O2 -c -o $@ $< #-Wall：打开警告信息 -O2：2级优化(常用) -c：只编译不连接
%.o:%.S
arm-linux-gcc -Wall -O2 -c -o $@ $<
clean:
rm -f mmu.bin mmu_linux mmu.dis *.o
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