ARM9的启动方式及Bootloader的下载

下面详细说明 ARM9（以经典的 S3C2440 芯片为例）的两种主要启动方式、配置方法，以及在这些模式下下载 Bootloader 所使用的工具。

S3C2440 的启动方式由 OM0 和 OM1 这两个引脚的电平状态决定。

常用串口下载工具：DNW（Windows）、Xmodem/Ymodem（配合SecureCRT、Tera Term等终端软件）

方式一：从 NOR Flash 启动

这是最直接、最简单的启动方式，常用于直接在 Flash 上运行代码（XIP）的场景，或者作为烧写 NAND Flash 的一个跳板。

1. 启动流程

• 配置：设置 OM0=0, OM1=0。通常是通过开发板上的跳线帽或拨码开关来设置。
• 上电/复位：
  • CPU 的 0 地址（0x00000000）被物理映射到外部 NOR Flash 的起始地址。
  • CPU 从 0x00000000 处（也就是 NOR Flash 的第一条指令）开始执行。
  • Bootloader 必须预先被烧录在 NOR Flash 的起始位置。

2. Bootloader 下载工具与方法

由于 NOR Flash 支持随机读写且可以直接地址映射，下载 Bootloader 到 NOR Flash 通常使用 JTAG 仿真器。

• 硬件工具：

  • J-Link（SEGGER 公司）
  • ULINK（ARM/Keil 公司）
  • ST-Link (ST 公司，主要用于 STM32，但也可配合 OpenOCD 用于其他 ARM)

• 软件工具：

  • J-Flash (J-Link 配套软件)：
    • 连接 J-Link 到开发板的 JTAG 口。
    • 打开 J-Flash 软件，选择 S3C2440 芯片型号。
    • 加载你编译好的 u-boot.bin 或其他裸机程序的二进制文件。
    • 设置烧录的起始地址为 0x0。
    • 点击“烧录”或“Program”按钮，软件会通过 JTAG 协议将 Bootloader 写入 NOR Flash。
  • OpenOCD (开源工具)：
    • 功能强大，但需要编写配置文件来描述开发板和芯片信息。
    • 配合 GDB 可以进行在线调试。
  • H-JTAG (国内开发者开发)：
    • 简单易用，支持多种并口/USB JTAG。

总结：NOR Flash 启动模式下，主要依赖 JTAG 工具链来完成 Bootloader 的首次烧写。

方式二：从 NAND Flash 启动

这是嵌入式 Linux 系统最常用的启动方式，因为 NAND Flash 容量大、成本低。但由于其特性，启动流程稍微复杂。

1. 启动流程

• 配置：设置 OM0=1, OM1=0。
• 上电/复位：
  • S3C2440 芯片检测到这个配置后，会执行一段内部固化的引导代码（被称为 “Steppingstone”）。
  • 这段引导代码非常小（只有4KB），它的唯一任务是：将 NAND Flash 起始的 4KB 数据，自动复制到片内的 SRAM（称为“步进石”）中。
  • 复制完成后，CPU 会自动跳转到 SRAM 的起始地址（0x40000000）开始执行。
  • 因此，Bootloader 的前 4KB 必须能独立完成对整个系统的初始化（特别是 SDRAM），然后将完整的 Bootloader 从 NAND Flash 的剩余部分复制到外部 SDRAM 中，最后再跳转到 SDRAM 中执行完整的 Bootloader。

2. Bootloader 下载工具与方法

在这种模式下，如果你想烧写 Bootloader 到一个空的 NAND Flash，流程如下：

1. 临时切换到另一种下载模式：因为芯片无法直接从空的 NAND 启动。通常是临时切换到“串口下载模式”或使用 JTAG。
2. 使用串口下载工具：
   • 硬件工具：USB 转 TTL 串口线 (如 CH340, PL2303)。
   • 软件工具：
     • DNW (三星官方或社区修改版，Windows平台)：
       • 这是 S3C2440 最经典的下载工具。
       • 操作步骤：
         1. 将开发板通过串口连接到 PC。
         2. 临时将 OM0 设置为0（或根据开发板手册进入下载模式），让芯片进入下载等待状态。
         3. 在 PC 上打开 DNW 软件，配置好串口号和波特率（通常是115200）。
         4. 通过 DNW 的 “USB Port -> Transmit” 功能，选择一个能在 RAM 中运行的 U-Boot 版本（通常文件名带有 ram 或有特别说明），并设置下载地址为 SDRAM 的地址（如 0x30000000）。
         5. 下载完成后，U-Boot 会在 SDRAM 中运行起来。
         6. 在串口终端（如 SecureCRT, PuTTY）中，使用 U-Boot 提供的 nand 命令（如 nand erase, nand write），将需要固化到 NAND Flash 的 U-Boot 版本 (u-boot-nand.bin) 烧写到 NAND 的 0 地址处。
     • SecureCRT / PuTTY / Tera Term (配合 U-Boot 的 kermit/ymodem 协议)：
       • U-Boot 运行起来后，可以通过 loadb (二进制), loady (Y-Modem) 等命令，从 PC 接收文件到 RAM，然后再烧写到 NAND。

总结：NAND Flash 启动模式下，首次烧写 Bootloader 通常需要先借助一个临时RAM版本的Bootloader，这个临时版本可以通过 串口工具（如DNW） 或 JTAG 下载到 RAM 中运行，然后再由它来完成对 NAND Flash 的最终烧写。

两种模式对比总结

理解这两种模式的硬件配置和软件流程，是进行 ARM9 嵌入式系统开发的基础。