DM365视频处理流程/DM368 NAND Flash启动揭秘

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出自http://blog.csdn.net/maopig/article/details/7029930

 

DM365的视频处理涉及到三个相关处理器,分别是视频采集芯片、ARM处理器和视频图像协处理器(VICP),整个处理流程由ARM核协调。视频处理主要涉及三个处理流程,分别是视频采集、视频编码和对编码后的视频的处理,为了提高性能,通常为每个处理流程提供一个处理线程。
视频采集
  TVP5146将采集到的视频数据转化为数字信号,并将这些数据送入DM365的BT656接口,然后通过Resize得到所需要的分辨率,然后将这些数据写入到指定的内存中,这些内存空间由cmem模块分配。cmem模块用于分配连续的存储空间,连续的存储空间可以提高数据的读写效率。
视频编码
   VICP从指定的存储空间中读入视频数据,并将这些数据编码为指定的视频/图像格式,然后将编码后的数据写入到指定的存储空间,这些存储空间通常也是由cmem模块分配。
编码数据处理
  ARM从指定的内存空间中获取编码后的视频数据,可以将这些编码后的数据保存到本地或远端,也可以使用RTP协议发送到网络。
整个过程由ARM核协调,为了提高效率,大量使用DMA操作和cmem模块分配的连续存储空间。

 

作者:德州仪器现场技术支持工程师 孟海燕

概要:

本文介绍了DM368 NAND Flash启动的原理,并且以DM368 IPNC参考设计软件为例,介绍软件是如何配合硬件实现启动的。

关键字:NAND Flash启动,RBL,UBL

芯片上电后是如何启动实现应用功能的?这是许多工程师在看到处理器运行的时候,通常都会问的一个问题。下面我们就以德州仪器的多媒体处理芯片TMS320DM368为例,介绍它的NAND Flash启动原理以及实现。

一.NAND Flash启动原理

德州仪器的多媒体处理芯片TMS320DM368可以实现1080P30 h264的编码,已经广泛的使用在了网络摄像机的应用中。DM368可以支持NOR Flash,
NAND Flash, UART,
SD Card启动等多种启动方式。对于NAND启动,DM365支持的特性如下:

1.   不支持一次性全部固件下载启动。相反的,需要使用从NAND flash把第二级启动代码(UBL)复制到ARM的内存(AIM),将控制转交给用户定义的UBL

2.   支持最大4KB页大小的NAND。

3.   支持特殊数字标志的错误检测,在加载UBL的时候会尝试最多24次。示例在NAND的第1个block没有找到特殊数字标志,会到下一个block继续查找,一直到查找到第24个block。

4.   支持30KB大小的UBL(DM365有32KB的内存,其中2KB用作了RBL的堆栈,剩下的空间可以放UBL)

5.   用户可以选择在RBL执行的时候是否需要支持DMA,I-cache(示例,加载UBL的时候)

6.   使用并且需要4位硬件ECC(支持每512字节需要ECC位数小于或等于4位的NAND Flash)。

7.   支持需要片选信号在Tr读时间为低电平的NAND Flash。

在网络网络摄像机的应用中为了节约成本,有一些用户使用了NAND Flash启动方式。图1 就是从上电到Linux启动的一个概要的流程图。首先RBL(ROM boot loader)从NAND上读取UBL(user boot loader)并且复制到ARM的内存里面UBL运行在ARM的内存里,初始化系统,示例初始化DDR。然后UBL从NAND
Flash里面读取U-Boot的内容并且复制到DDR里运行
DDR里面运行的U-Boot又从NAND Flash里面读取Linux内核代码并且复制到DDR上,然后启动内核。这样DM365的系统就从上电到完成Linux内核启动,然后就可以运行相应的应用程序了。

图1 NAND Flash启动流程

下面我们会一步一步的介绍从上电到Linux启动是如何实现的。

首先我们需要提到的一个概念是RBL,也就是ROM Boot Loader (ROM启动代码)。在DM368芯片上有一块ROM的区域(地址从0x00008000 0x0000 BFFF),这块区域就是存放RBL代码的地方。ROM上的代码是在芯片出厂前就烧写好的,用户是不能修改的。在DM368上,除了AEMIF
(Nor Flash)启动,其他的启动方式都需要运行RBL。

无论是上电复位,热复位,还是看门狗复位,在复位信号由低到高的时候,DM368芯片会检测BTSEL[2:0]引脚(启动选择引脚)。只要检测到电平不是001,也就是不是AEMIF (NOR Flash)启动,ARM程序就会从ARM的ROM的地址0x00008000地址开始执行。

RBL首先会读取BOOTCFG寄存器里面的BTSEL信息,如果发现BTSEL的状态是000,就会得知配置的是NAND Flash启动,NAND启动模式开始执行。注意:为了保证NAND启动正常运行,需要保证在复位的时候DEEPSLEEPZ/GIO0引脚拉高。在确认启动是NAND后,首先RBL会初始化最高2KB的内存为堆栈并且关闭所以中断。然后RBL会读取NAND的ID信息,然后在RBL的代码里面的NAND ID 列表,从而得知更详细的NAND Flash的信息,示例页(page)大小等,对EMIF做好相应的配置。DM368支持启动的NAND的ID信息可以在参考文档1(ARM子系统用户手册)里面找到。硬件选型时,请务必选择在NAND
ID列表里面支持的NAND芯片。

接下来,RBL会在NAND Flash的第1块的第0个页开始查找UBL的描述符。如果没有找一个合法的UBL的特殊数字标志,RBL会继续到下一个块的第0个页查找描述符,最多第24个块。RBL会到多个块里面查找描述符是根据NAND Flash本身容易与坏块的特点而设计的。24块应该足以避免NAND Flash坏块的影响。

如RBL在某块里面找到了合法的UBL描述符,这个块号(block number)就会写到ARM内存最后的32位(0x7FFC~0x8000)用于调试时候使用,然后UBL描述符的具体内容将被读取并且处理。UBL描述符告诉RBL关于下载和将控制权交给UBL所需要的信息,具体见表1.

第0页地址

32位

描述

0

0xA1AC Edxx

特殊数字标志

4

UBL入口地址

用户启动代码的入口地址(绝对地址)

8

UBL使用的页数

页数(用户启动diamond的大小)

12

UBL开始的块号

开始存放用户启动代码的块号(block number)

16

UBL开始的页数

开始存放用户启动代码的页数

20

PLL设置-M

PLL设置- 倍率(仅在特殊数字标准表示PLL使能的时候有效)

24

PLL设置-N

PLL设置- 分率(仅在特殊数字标准表示PLL使能的时候有效

28

快速EMIF设置

快速EMIF设置(仅在特殊数字标准表示快速EMIF启动的时候有效)

表1 NAND UBL描述符

一旦用户需要的启动设置配置好,RBL就会从0x0020第地址开始把UBL搬移到ARM内存。在从NAND读取UBL的过程中中,RBL会使用4位的硬件ECC对NAND Flash上的数据进行检错和纠错。如果因为其他原因读失败,复制会立即停止,RBL会在下个块里面继续寻找特殊数字标志。

对于UBL的描述符有几点注意事项:

1.   入口地址必须在0x0020到0x781C之间

2.   存放UBL的页必须是连续的页,可以分布在多个块内,总共大小必须小于30KB。

3.   UBL的起始块号(block number)可以是和存放UBL描述符的块号一样。

4.   如果UBL的起始块号是和存放UBL描述符的块号一样, 那UBL的起始页数一定不可以和UBL描述符存放的页数一样。

但RBL根据UBL描述符里提供的UBL大小信息将UBL全部成功复制到ARM内存后,RBL会跳到UBL起始地址,这样芯片的控制权就交给了UBL,UBL开始在ARM内存里运行了。

也许你会问,既然RBL可以把NAND Flash上的内容复制到ARM内存里运行,为什么我们不直接把U-Boot复制到内存运行?原因是ARM内存太小。一般的U-Boot都是大于100KB,而DM365上可以用于启动的内存只有30KB。也许你又要问了,那为什么不把U-Boot直接复制到DDR上运行,DDR有足够大的空间?这个原因是,芯片上电后并无法知道用户在DM365的DDR2接口上接的DDR信息,RBL也就无法初始化DDR,在RBL运行的阶段DDR是不可用的。这也是为什么UBL里面初始化DDR是它的一项重要任务。

当NAND启动失败的时候,RBL会继续尝试MMC/SD启动方式。如果你系统使用NAND启动,但NAND上的内容损坏了,如果你的板子上有SD卡接口,也可以改变启动方式,那你可以用SD卡先把系统启动起来,然后重新烧写NAND Flash上的内容。这可以作为产品失效后在客户侧的一个补救方法。

二.NAND Flash启动的软件配合实现

现在我们知道了DM368 NAND Flash启动的原理,下面我们来看看软件是如何根据并配合硬件的要求实现启动的。在DM368 IPNC的软件包里面有一个工具的目录,里面有预先编译好的烧写NAND的CCS的可执行文件, UBL的二进制文件以及相关源码。

刚才在介绍NAND Flash启动原理的时候,我们提到了RBL需要到NAND Flash上面搜索特殊数字标志。这个特殊数字标志就是由烧写NAND的CCS的工程写到Flash上的。在flash_utils_dm36x_1.0.0flash_utils_dm36xDM36xCCSNANDWritersrcnandwriter.c里面的LOCAL_writeHeaderAndData()函数就是用来写描述符的。

// Setup header to be written

headerPtr = (Uint32 *) gNandTx;

headerPtr[0] = nandBoot->magicNum; //Magic Number

headerPtr[1] = nandBoot->entryPoint; //Entry Point

headerPtr[2] = nandBoot->numPage; //Number of Pages

#if defined(IPNC_DM365) || defined(IPNC_DM368)

headerPtr[3] = blockNum+3; //Starting Block Number

headerPtr[4] = 0; //Starting Page Number - always start data in page 1 (this header goes in page 0)

对比表1,你可看到headerPtr[3]的内容是用来存放UBL代码的起始块号。这里+3的意思就是UBL是存放在UBL描述符所放块号后面的第三块里面。headerPtr[4] = 0表示是从第0页开始存放。当然这个值用户是可以修改的。只要你烧写UBL代码的位置和描述符里面的起始块/页数一致就可以了。

在IPNC的代码里面UBL的描述符是会从NAND Flash的第1个块开始写,如果块是好的,就放在第1块的第0页。如果第1块是坏的,就会把UBL的描述符写入到下一个块的第0页。IPNC的代码里面没有将UBL描述符可能有的块号从1到24块(这是RBL搜索的范围),它只是从第1块到第3块。如果UBL描述符放在第1块,那如果第4块是好的话,UBL的代码就从第4块的第0页开始放。

#elif defined(IPNC_DM368)

// Defines which NAND blocks the RBL will search in for a UBL image

#define DEVICE_NAND_RBL_SEARCH_START_BLOCK (1)

#define DEVICE_NAND_RBL_SEARCH_END_BLOCK (3)

在nandwriter.c里面你还可以看到UBL的入口地址是固定的0x100。

gNandBoot.entryPoint = 0x0100; // This fixed entry point will work with the UBLs

要了解为什么是0x100,你就必须要看一下UBL的源码。在UBL源码的UBL.cmd文件里面,你可以看到下面的定义,将入口地址放在boot的地方,而boot的运行地址就是0x100。

-e boot //指定入口地址为boot

...

MEMORY

{

...

UBL_I_TEXT (RX) : origin = 0x00000100 length = 0x00004300

...

UBL_F_TEXT (R) : origin = 0x020000E0 length = 0x00004300

...

}

SECTIONS

{

...

.text : load = UBL_F_TEXT, run = UBL_I_TEXT, LOAD_START(FLASHTEXTStart), LOAD_SIZE(FLASHTEXTSize)

{

*(.boot)

. = align(4);

*(.text)

. = align(4);

}

....

}

在UBL的源码boot.c里面有强制把启动的最初代码放在了boot的section里面。

#if defined(__TMS470__)

...

#pragma CODE_SECTION(boot,".boot");

#endif

void boot(void)

{

...

}

这样从cmd的配置以及代码指定代码段,UBL的程序就能确保是从0x100的地址开始运行。

UBL启动U-Boot的过程,借鉴了RBL启动UBL的原理。烧写描述符也是用同样的LOCAL_writeHeaderAndData()函数。在nandwriter.c里面,我们把U-Boot的代码叫做应用代码(APP)。

// Defines which NAND blocks are valid for writing the APP data

#define DEVICE_NAND_UBL_SEARCH_START_BLOCK (8)

#define DEVICE_NAND_UBL_SEARCH_END_BLOCK (10)

下面是IPNC启动后串口最初的打印。

Valid magicnum, 0xA1ACED66, found in block 0x00000008.

DONE

Jumping to entry point at 0x81080000.

我们可以看到UBL是指第8块的地方找到了U-Boot的描述符,这个DEVICE_NAND_UBL_SEARCH_START_BLOCK的定义是一致的。

IPNC代码支持在U-Boot里面更新UBL或者U-Boot自己。下面是烧写ubl和U-Boot在U-Boot下的命令。

烧写ubl:

nand write 0x80700000 0x080000 0x08000

烧写U-Boot:

nand write 0x80700000 0x160000 0x28000

要了解为什么NAND Flash的烧写地址是0x80000和0x160000,这还是需要了解nandwriter.c里面的烧写流程。从前面的内容我们可以得知,nandwriter.c烧写UBL是从1+3=4块开始的,而烧写U-Boot是从8+3=11块。在IPNC上使用的NAND Flash是2K一个页,每个块128KB。所以UBL烧写的地址是128KBx4=0x80000,而烧写U-Boot的地址是128Kx11=0x160000。

所以如果在没有NAND Flash坏块的情况下,nandwriter.c会把UBL的描述符烧写在第1块第0页上,把UBL的代码烧写在第4块第0页上,把U-Boot(APP)的描述符烧写在第8块第0页上,把U-Boot的代码烧写在第11块第0页上。这样芯片在上电确认是NAND Flash启动后,RBL在执行的时候就会找到UBL相应的描述符,把UBL加载的ARM内存里运行。而UBL又找到了U-Boot的描述符,把U-Boot加载到DDR上运行。最后U-Boot加载uImage并启动了Linux,完成了从上电到Linux启动的整个过程。

三.结束语

每个芯片一般都有多种启动方式,各个芯片的启动方式都有所不同,但又有类似的地方。上面的介绍也可以作为学习其他芯片其他启动方式的一个参考。

最后感谢李斌在本文整理过程中的帮助!

参考文献

1. TMS320DM36x Digital Media System-on-Chip (DMSoC) ARM Subsystem User's Guide Literature Number: SPRUFG5A

2. TMS320DM368 datasheet Literature Number: SPRS668C