3.u-boot-2016.03 修改时钟、设置内存控制器、支持UART

    从第一节新建单板最后的测试结果可知，把编译好的u-boot.bin烧写到Jz2440开发板的Nor Flash并重启开发板，串口没有任何输出，在这一节我们将解决这个问题。这一节的内容主要分为三个部分：修改时钟、修改内存控制器设置、修改配置支持UART。

3.1 修改时钟

通过对u-boot-2016.03启动过程的分析，在start.S文件中发现不足，如下图所示：

从图中可知：uboot里先以60MHZ的时钟计算参数来设置内存控制器，但是MPLL 还未设置；
处理措施:把MPLL的设置放到start.S里，取消board_early_init_f里对MPLL的设置，同时根据新设置的时钟参数设置内存控制器。

关于Jz2440开发板SOC的时钟体系，可以阅读韦东山老师的博客掌握Jz2440_ARM芯片时钟体系。
下面修改代码，把时钟修改为FCLK=400MHz，并设置时钟比例FCLK:HCLK:PCLK=1:4:8，把上图设置时钟比例参数的代码删掉，添加如下代码：

/* 2. 设置时钟 */
        ldr r0, =0x4c000014
        mov r1, #0x05;            // FCLK:HCLK:PCLK=1:4:8
        str r1, [r0]

        /* 如果HDIVN非0，CPU的总线模式应该从“fast bus mode”变为“asynchronous bus mode” */
        mrc p15, 0, r1, c1, c0, 0       /* 读出控制寄存器 */ 
        orr r1, r1, #0xc0000000         /* 设置为“asynchronous bus mode” */
        mcr p15, 0, r1, c1, c0, 0       /* 写入控制寄存器 */

#define S3C2440_MPLL_400MHZ     ((0x5c<<12)|(0x01<<4)|(0x01))
        /* MPLLCON = S3C2440_MPLL_200MHZ */
        ldr r0, =0x4c000004
        ldr r1, =S3C2440_MPLL_400MHZ
        str r1, [r0]

        /* 启动ICACHE */
        mrc p15, 0, r0, c1, c0, 0   @ read control reg
        orr r0, r0, #(1<<12)
        mcr p15, 0, r0, c1, c0, 0   @ write it back

3.2 修改内存控制器设置

(1) uboot原理是依据HCLK=60MHz的时钟计算参数来设置内存控制器的，修改时钟后HCLK=100MHz，所以需要重新设置内存控制器。在board/samsung/jz2440/lowlevel_init.S中最后有如下代码:

SMRDATA:
    .word (0+(B1_BWSCON<<4)+(B2_BWSCON<<8)+(B3_BWSCON<<12)+(B4_BWSCON<<16)+(B5_BWSCON<<20)+(B6_BWSCON<<24)+(B7_BWSCON<<28))
    .word ((B0_Tacs<<13)+(B0_Tcos<<11)+(B0_Tacc<<8)+(B0_Tcoh<<6)+(B0_Tah<<4)+(B0_Tacp<<2)+(B0_PMC))
    .word ((B1_Tacs<<13)+(B1_Tcos<<11)+(B1_Tacc<<8)+(B1_Tcoh<<6)+(B1_Tah<<4)+(B1_Tacp<<2)+(B1_PMC))
    .word ((B2_Tacs<<13)+(B2_Tcos<<11)+(B2_Tacc<<8)+(B2_Tcoh<<6)+(B2_Tah<<4)+(B2_Tacp<<2)+(B2_PMC))
    .word ((B3_Tacs<<13)+(B3_Tcos<<11)+(B3_Tacc<<8)+(B3_Tcoh<<6)+(B3_Tah<<4)+(B3_Tacp<<2)+(B3_PMC))
    .word ((B4_Tacs<<13)+(B4_Tcos<<11)+(B4_Tacc<<8)+(B4_Tcoh<<6)+(B4_Tah<<4)+(B4_Tacp<<2)+(B4_PMC))
    .word ((B5_Tacs<<13)+(B5_Tcos<<11)+(B5_Tacc<<8)+(B5_Tcoh<<6)+(B5_Tah<<4)+(B5_Tacp<<2)+(B5_PMC))
    .word ((B6_MT<<15)+(B6_Trcd<<2)+(B6_SCAN))
    .word ((B7_MT<<15)+(B7_Trcd<<2)+(B7_SCAN))
    .word ((REFEN<<23)+(TREFMD<<22)+(Trp<<20)+(Trc<<18)+(Tchr<<16)+REFCNT)
    .word 0x32
    .word 0x30
    .word 0x30                         

更改为如下代码：

SMRDATA:
    .long 0x22011110     //BWSCON
    .long 0x00000700     //BANKCON0
    .long 0x00000700     //BANKCON1
    .long 0x00000700     //BANKCON2
    .long 0x00000700     //BANKCON3  
    .long 0x00000740     //BANKCON4
    .long 0x00000700     //BANKCON5
    .long 0x00018005     //BANKCON6
    .long 0x00018005     //BANKCON7
    .long 0x008C04F4     // REFRESH
    .long 0x000000B1     //BANKSIZE
    .long 0x00000030     //MRSRB6
    .long 0x00000030     //MRSRB7

(2) 取消board_early_init_f里对MPLL的设置，修改 board/samsung/jz2440/jz2440.c中board_early_init_f函数代码如下：

int board_early_init_f(void)
{
    
	struct s3c24x0_clock_power * const clk_power =
					s3c24x0_get_base_clock_power();
	struct s3c24x0_gpio * const gpio = s3c24x0_get_base_gpio();
#if 0
	/* to reduce PLL lock time, adjust the LOCKTIME register */
	writel(0xFFFFFF, &clk_power->locktime);

	/* configure MPLL */
	writel((M_MDIV << 12) + (M_PDIV << 4) + M_SDIV,
	       &clk_power->mpllcon);

	/* some delay between MPLL and UPLL */
	pll_delay(4000);
#endif
	/* configure UPLL */
	writel((U_M_MDIV << 12) + (U_M_PDIV << 4) + U_M_SDIV,
	       &clk_power->upllcon);

	/* some delay between MPLL and UPLL */
	pll_delay(8000);

	/* set up the I/O ports */
	writel(0x007FFFFF, &gpio->gpacon);
	writel(0x00044555, &gpio->gpbcon);
	writel(0x000007FF, &gpio->gpbup);
	writel(0xAAAAAAAA, &gpio->gpccon);
	writel(0x0000FFFF, &gpio->gpcup);
	writel(0xAAAAAAAA, &gpio->gpdcon);
	writel(0x0000FFFF, &gpio->gpdup);
	writel(0xAAAAAAAA, &gpio->gpecon);
	writel(0x0000FFFF, &gpio->gpeup);
	writel(0x000055AA, &gpio->gpfcon);
	writel(0x000000FF, &gpio->gpfup);
	writel(0xFF95FFBA, &gpio->gpgcon);
	writel(0x0000FFFF, &gpio->gpgup);
	writel(0x002AFAAA, &gpio->gphcon);
	writel(0x000007FF, &gpio->gphup);

	return 0;
}

(3) 做了以上修改后，重新make编译成功，烧写u-boot.bin到Nor Flash，重启开发板，串口输出如下:

从上图可知，串口输出的是乱码，究其原因应该是波特率设置的问题。

3.3 查看波特率的设置，解决乱码的问题

(1) 查看串口波特率的设置，在common/board_f.c有函数board_init_f，它通过数组init_sequence_f里的函数初始化硬件，board_init_f函数的代码如下：

void board_init_f(ulong boot_flags)
{
    
#ifdef CONFIG_SYS_GENERIC_GLOBAL_DATA
	/*
	 * For some archtectures, global data is initialized and used before
	 * calling this function. The data should be preserved. For others,
	 * CONFIG_SYS_GENERIC_GLOBAL_DATA should be defined and use the stack
	 * here to host global data until relocation.
	 */
	gd_t data;

	gd = &data;

	/*
	 * Clear global data before it is accessed at debug print
	 * in initcall_run_list. Otherwise the debug print probably
	 * get the wrong vaule of gd->have_console.
	 */
	zero_global_data();
#endif

	gd->flags = boot_flags;
	gd->have_console = 0;

	if (initcall_run_list(init_sequence_f))
		hang();

#if !defined(CONFIG_ARM) && !defined(CONFIG_SANDBOX) && \
		!defined(CONFIG_EFI_APP)
	/* NOTREACHED - jump_to_copy() does not return */
	hang();
#endif
}

source insight 里跳转找到这个数据，从第二节启动过程分析，去掉无关代码后的init_sequence_f数组如下：

static init_fnc_t init_sequence_f[] = {
    
    /* setup_mon_len函数是设置gd结构体成员gd->mon_len的函数;
     *在setup_mon_len函数中：gd->mon_len = (ulong)&__bss_end - (ulong)_start;
     *gd->mon_len等于uboot.bin大小加上bss段的大小，_start为0
     *从反汇编的setup_mon_len函数可知：(ulong)&__bss_end = 0x000c636c;
     *所以，gd->mon_len = 0x000c636c;
     */
	setup_mon_len,
	
    /* 1.在initf_malloc函数里，由于CONFIG_SYS_MALLOC_F_LEN没定义，
     * 直接返回0，相当于一个空函数
     * 2.initf_console_record函数，同理
     */
	initf_malloc,
	initf_console_record,/* 空函数 */

	arch_cpu_init,		/* 空函数 */ /* basic arch cpu dependent setup */
	initf_dm,           /* 空函数 */
	arch_cpu_init_dm,  /* 空函数 */
	mark_bootstage,		/* 标记名字 *//* need timer, go after init dm */
	
	board_early_init_f,  /* 设置系统时钟,设置各个GPIO引脚 */

	timer_init,		/* initialize timer */

	env_init,		/* 设置gd的成员，初始化环境变量 *//* initialize environment */

	init_baud_rate,		/* initialze baudrate settings */
	serial_init,		/* serial communications setup */
	console_init_f,		/* stage 1 init of console */

	display_options,	/* 打印uboot版本等信息 *//* say that we are here */
	display_text_info,	/* 打印uboot代码信息 *//* show debugging info if required */

	print_cpuinfo,		/* 打印uboot时钟频率信息 *//* display cpu info (and speed) */

	announce_dram_init,  /* 打印“ DRAM:  ” */
	/* TODO: unify all these dram functions? */
	dram_init,		/* 设置gd->ram_size= 0x04000000(64MB） *//* configure available RAM banks */

	setup_dest_addr, /* 将gd->relocaddr、gd->ram_top指向SDRAM最顶端 */
	
	reserve_round_4k, /* gd->relocaddr 4KB对齐 */

	reserve_mmu,  /* 预留16KB的MMU页表并且64KB对齐 */
	
	reserve_trace,  /* 空函数 */
    /*reserve_uboot的作用是在SDRAM预留存放u-boot的空间(加上bss段)
     *gd->relocaddr -= gd->mon_len; 
	 *gd->relocaddr &= ~(4096 - 1); 
	 * gd->start_addr_sp = gd->relocaddr;
     */
	reserve_uboot,
    /* reserve_malloc函数：
     * gd->start_addr_sp = gd->start_addr_sp - TOTAL_MALLOC_LEN; 
     * 因为jz2440.h默认定义了CONFIG_ENV_ADDR，所以此时在include/common.h中
     * 执行#define TOTAL_MALLOC_LEN (CONFIG_SYS_MALLOC_LEN + CONFIG_ENV_SIZE)
     * 也就是TOTAL_MALLOC_LEN=4*1024*1024+0x10000=4MB+64KB
     * 预留4MB+64KB MALLOC内存池 
     */
	reserve_malloc,
	
   /* reserve_board函数：
    * gd->start_addr_sp -= sizeof(bd_t);  预留bd_t结构体空间，查看反汇编可知为80字节
    * gd->bd = (bd_t *)gd->start_addr_sp; 指定重定位bd地址
    * memset(gd->bd, '\0', sizeof(bd_t)); 清零 
    */   
	reserve_board,
    /*setup_machine函数：
     *gd->bd->bi_arch_number = CONFIG_MACH_TYPE; /* board id for Linux 
     */
	setup_machine,
	reserve_global_data,/* 预留gd结构体空间，查看反汇编可知为168字节。并设置gd->new_gd */
	reserve_fdt,  /* 如果设置了gd->new_fdt则预留fdt设备树空间，这里没有设置，不用管 */
	reserve_arch,/* 空函数 */

   /* reserve_stacks函数：
    * gd->start_addr_sp -= 16;
	* gd->start_addr_sp &= ~0xf;
    * return arch_reserve_stacks();这里调用的不是board_f.c里的arch_reserve_stacks函数
    * 因为该函数被__weak修饰符声明，调用的是arch/arm/lib/stack.c里的arch_reserve_stacks函数
    * gd->irq_sp = gd->start_addr_sp;
    * gd->start_addr_sp -= 16;
    */
	reserve_stacks,
	setup_dram_config,/* 设置gd结构体的SDRAM地址与大小 */
	show_dram_config,/* 打印SDRAM信息 */

	display_new_sp, /* 打印新的栈地址 */
	
	reloc_fdt, /*没有设置设备树，忽略*/
	/*setup_reloc函数：
	 *gd->reloc_off = gd->relocaddr - CONFIG_SYS_TEXT_BASE;计算重定位地址与链接地址偏移值，CONFIG_SYS_TEXT_BASE在jz2440.h定义为0，gd->reloc_off = gd->relocaddr
	 *memcpy(gd->new_gd, (char *)gd, sizeof(gd_t));
	 *把旧的gd复制到新的gd地址里
	 */
	setup_reloc,
	NULL,
};

(2) 从上面的init_sequence_f数组，可以找到串口初始化相关的函数serial_init，在drivers/serial/serial.c找到该函数的代码如下：

int serial_init(void)
{
    
	gd->flags |= GD_FLG_SERIAL_READY;
	return get_current()->start();
}

同样在drivers/serial/serial.c可以找到get_current函数，如下所示：

static struct serial_device *get_current(void)
{
    
	struct serial_device *dev;

	if (!(gd->flags & GD_FLG_RELOC))
		dev = default_serial_console();
	else if (!serial_current)
		dev = default_serial_console();
	else
		dev = serial_current;

	/* We must have a console device */
	if (!dev) {
    
#ifdef CONFIG_SPL_BUILD
		puts("Cannot find console\n");
		hang();
#else
		panic("Cannot find console\n");
#endif
	}

	return dev;
}

get_current函数可知，它返回的是一个serial_device 结构体，该结构如下：

struct serial_device {
    
	/* enough bytes to match alignment of following func pointer */
	char	name[16];

	int	(*start)(void);
	int	(*stop)(void);
	void	(*setbrg)(void);
	int	(*getc)(void);
	int	(*tstc)(void);
	void	(*putc)(const char c);
	void	(*puts)(const char *s);
#if CONFIG_POST & CONFIG_SYS_POST_UART
	void	(*loop)(int);
#endif
	struct serial_device	*next;
};

所以，serial_init函数是通过调用serial_device结构体的start成员函数来初始化串口的。

(3) 从第二节的uboot启动过程分析可以知道，gd->flags是uboot是否重定位的标记，在执行 board_init_f函数时，代码还没开始重定位 ，此时gd->flags=0，所以执行的是if (!(gd->flags & GD_FLG_RELOC))分支里的dev = default_serial_console();。
在drivers/serial/serial_s3c24x0.c可以找到default_serial_console函数，代码如下：

__weak struct serial_device *default_serial_console(void)
{
    
#if defined(CONFIG_SERIAL1)
	return &s3c24xx_serial0_device;
#elif defined(CONFIG_SERIAL2)
	return &s3c24xx_serial1_device;
#elif defined(CONFIG_SERIAL3)
	return &s3c24xx_serial2_device;
#else
#error "CONFIG_SERIAL? missing."
#endif
}

由于CONFIG_SERIAL1在jz2440.h文件被定义，所以该函数返回的是s3c24xx_serial0_device结构体，搜索s3c24xx_serial0_device可以在drivers/serial/serial_s3c24x0.c发现s3c24xx_serial0_device =INIT_S3C_SERIAL_STRUCTURE(0, "s3ser0");，如下图所示：

那么我们继续往下看，看看**INIT_S3C_SERIAL_STRUCTURE**是如何定义的，如下图所示：

原来它是一个宏， 以上的“##”连接符在编译时被去掉，连接符内的变量被替代，最终s3c24xx_serial0_device被定义成如下：

s3c24xx_serial0_device = {
    	\
	.name	= "s3ser0",				\
	.start	= s3serial0_init,		\
	.stop	= NULL,					\
	.setbrg	= s3serial0_setbrg,		\
	.getc	= s3serial0_getc,		\
	.tstc	= s3serial0_tstc,		\
	.putc	= s3serial0_putc,		\
	.puts	= s3serial0_puts,		\
}

对于函数声明的宏DECLARE_S3C_SERIAL_FUNCTIONS(0);，展开后代码如下：

	int s3serial0_init(void) 
	{
     
		return serial_init_dev(0); 
	} 
	void s3serial0_setbrg(void) 
	{
     
		serial_setbrg_dev(0); 
	} 
	int s3serial0_getc(void) 
	{
     
		return serial_getc_dev(0); 
	} 
	int s3serial0_tstc(void) 
	{
     
		return serial_tstc_dev(0); 
	} 
	void s3serial0_putc(const char c) 
	{
     
		serial_putc_dev(0, c); 
	} 
	void s3serial0_puts(const char *s) 
	{
     
		serial_puts_dev(0, s); 
	}

由此可见，宏DECLARE_S3C_SERIAL_FUNCTIONS(0);一下子就声明了多个函数，现在最关心的是s3serial0_init函数，它调用serial_init_dev函数，该函数的代码如下：

/* Initialise the serial port. The settings are always 8 data bits, no parity,
 * 1 stop bit, no start bits.
 */
static int serial_init_dev(const int dev_index)
{
    
    /* 得到ULCON0控制寄存器基地址0x50000000 */
	struct s3c24x0_uart *uart = s3c24x0_get_base_uart(dev_index);

	/* FIFO enable, Tx/Rx FIFO clear */
	writel(0x07, &uart->ufcon);
	writel(0x0, &uart->umcon);

	/* Normal,No parity,1 stop,8 bit */
	writel(0x3, &uart->ulcon);
	/*
	 * tx=level,rx=edge,disable timeout int.,enable rx error int.,
	 * normal,interrupt or polling
	 */
	writel(0x245, &uart->ucon);

	_serial_setbrg(dev_index); /*设置波特率*/

	return (0);
}

串口输出乱码，很大原因是波特率设置不正确，所以我们需要了解 _serial_setbrg函数是如何设置波特率的，_serial_setbrg函数的代码如下：

static void _serial_setbrg(const int dev_index)
{
    
	struct s3c24x0_uart *uart = s3c24x0_get_base_uart(dev_index);
	unsigned int reg = 0;
	int i;

	/* value is calculated so : (int)(PCLK/16./baudrate) -1 */
	reg = get_PCLK() / (16 * gd->baudrate) - 1;

	writel(reg, &uart->ubrdiv);
	for (i = 0; i < 100; i++)
		/* Delay */ ;
}

在这里终于看到有时钟相关的函数：get_PCLK() ，然后跳转到 arch/arm/cpu/arm920t/s3c24x0/speed.c 文件的get_PCLK() ，代码如下：

/* return PCLK frequency */
ulong get_PCLK(void)
{
    
	const uint8_t pclk_divisors[] = {
     1, 2, 4, 8 };
	struct syscon_regs *syscon = (struct syscon_regs *)SYSCON_BASE;

	const uint32_t clkset1 = readl(&syscon->clkset1);
	const uint8_t pclk_div =
		pclk_divisors[(clkset1 >> SYSCON_CLKSET1_PCLK_DIV_SHIFT) & 3];
	const ulong pclk_rate = get_HCLK() / pclk_div;

	return pclk_rate;
}

从上面的代码看，PCLK通过HCLK频得到的，那么继续看get_HCLK函数，代码如下图所示：
从上图中可以发现#ifdef CONFIG_S3C2440 这一句是黑色的，说明没有定义这个CONFIG_S3C2440；
处理措施：在include/configs/jz2440.h中去掉CONFIG_S3C2410 ，换成CONFIG_S3C2440，如下所示：

然后，执行如下命令重新编译：

make distclean
make jz2440_defconfig
make

编译成功，重新烧写到开发的Nor Flash，重启开发板，串口输出信息如下图所示：

从上图可知，串口终于可以正常输出了，但是Flash和NAND都是显示0，接下来会继续修改代码使uboot支持Flash和NAND，这一节就到此结束。