uboot笔记之一：start.s

u-boot-2010.06到ok2440的移植以sbc2410x为模板。先阅读分析sbc2410x的执行过程。

start.s位于arch/arm/cpu/arm920t目录下，是uboot执行的第一段代码。阅读代码，了解uboot的执行过程，顺便学习gnu的arm汇编。

最近发现有人做过类似的工作，互相参考吧：
http://blog.21ic.com/user1/4079/archives/2007/44392.html

 

#include <common.h>#include <config.h>/* ************************************************************************* * * Jump vector table as in table 3.1 in [1] * ************************************************************************* */.globl _start/*.globl symbol定义一个全局可见的symbolGNU linker要求用一个全局可见的symbol _start 来指定程序执行的第一条指令（程序入口）*/_start:bstart_codeldrpc, _undefined_instructionldrpc, _software_interruptldrpc, _prefetch_abortldrpc, _data_abortldrpc, _not_usedldrpc, _irqldrpc, _fiq/*以上中断向量表*/_undefined_instruction:.word undefined_instruction_software_interrupt:.word software_interrupt_prefetch_abort:.word prefetch_abort_data_abort:.word data_abort_not_used:.word not_used_irq:.word irq_fiq:.word fiq/*.word expression GNU汇编伪指令，插入一个32-bit的数据，其内容为expression的值。 与armasm中的DCD功能相同可以使用.word把标识符作为常量使用：_fiq:.word fiq label _fiq所指示的内存单元中存储的内容为label fiq的地址，此处之所以将这些汇编代码的label都用.word重新定义一遍，是为了在c语言程序中可以使用这些label所在的地址：例如编译链接之后_start的地址是0x33f80000,其中存储的内容是指令b start_code的机器码_armboot_start的地址是0x33f80044，其中存储的内容是_start的地址0x33f80000汇编中label只是内存地址的一个标记，代表地址本身而与其中存储的内容无关：ldrr0, =_start会被替换为ldr r0,0x33f80000而在c语言中，对变量的引用是使用其中所存储的内容，而与变量所存储的地址无关：_armboot_start = 0x12345678会改变内存0x33f80044地址处所存储的内容为0x12345678（本来是0x33f80000），变量名是指向内存地址的一个指针。关于这个问题的详细讨论可以参考http://blog.chinaunix.net/u/26710/showart_403988.html 从U-Boot源码看C语言对汇编代码中的符号引用http://www.alteraforum.com/forum/showthread.php?t=17189 How to declare linker symbol in C files*/.balignl 16,0xdeadbeef/*.balign[wl] abs-expr, abs-expr, abs-expr增加位置计数器(在当前子段)使它指向规定的存储边界。第一个表达式参数(结果必须是纯粹的数字)是必需参数：边界基准,单位为字节。例如， ‘.balign 8’向后移动位置计数器直至计数器的值等于8的倍数。如果位置计数器已经是8的倍数，则无需移动。第2个表达式参数(结果必须是纯粹的数字)给出填充字节的值，用这个值填充位置计数器越过的地方。第2个参数(和逗点)可以省略。如果省略它，填充字节的值通常是0。但在某些系统上，如果本段标识为包含代码，而填充值被省略,则使用no-op指令填充空白区。第3个参数的结果也必须是纯粹的数字，这个参数是可选的。如果存在第3个参数，它代表本对齐命令允许跳过字节数的最大值。如果完成这个对齐需要跳过的字节数比规定的最大值还多,则根本无法完成对齐。可以在边界基准参数后简单地使用两个逗号，以省略填充值参数(第二参数)；如果想在适当的时候，对齐操作自动使用no-op指令填充，本方法将非常奏效。.balignw和.balignl是.balign命令的变化形式。.balignw使用2个字节来填充空白区。.balignl使用4字节来填充。例如,.balignw 4,0x368d将地址对齐到4的倍数，如果它跳过2个字节，GAS将使用0x368d填充这2个字节(字节的确切存放位置视处理器的存储方式而定)。如果它跳过1或3个字节,则填充值不明确。.balignl 16,0xdeadbeefARM指令每条4byte，中断向量表占4x8=32byte，后边的标识符赋值占4x7=28byte，当前指针为0x3c（十进制60）,若要满足16的倍数对齐，需要移动到0x40（十进制64）正好空余4byte，可以填入0xdeadbeef。deadbeef算是作者放在这的magic number吧。http://haoyeren.blog.sohu.com/84511571.html认为："所以在这个.balignl 16,0xdeadbeef指令之前，一共占了4x15=60个字节的内存，所以本代码的作者当时就简单的在15这个数上，加了个1，即16，把当前指针往后移到地址为64的位置，然后在前面插上了0xdeadbeef这个特殊的值"以下这篇文章对align的用法分析的比较清楚http://www.phpfans.net/article/htmls/200905/MjcyNzAy.html align 的用法（u-boot源代码分析）*//* ************************************************************************* * * Startup Code (called from the ARM reset exception vector) * * do important init only if we don't start from memory! * relocate armboot to ram * setup stack * jump to second stage * ************************************************************************* */_TEXT_BASE:.wordTEXT_BASE.globl _armboot_start_armboot_start:.word _start/* * These are defined in the board-specific linker script. */.globl _bss_start_bss_start:.word __bss_start.globl _bss_end_bss_end:.word _end/*__bss_start和_end在linker script /arch/arm/cpu/arm920t/u-boot.lds中定义*/#ifdef CONFIG_USE_IRQ/* IRQ stack memory (calculated at run-time) */.globl IRQ_STACK_STARTIRQ_STACK_START:.word0x0badc0de/* IRQ stack memory (calculated at run-time) */.globl FIQ_STACK_STARTFIQ_STACK_START:.word 0x0badc0de#endif/* * the actual start code */start_code:/* * set the cpu to SVC32 mode */mrsr0, cpsrbicr0, r0, #0x1forrr0, r0, #0xd3msrcpsr, r0/*ARM复位完成后处于SVC模式mrs 读状态寄存器（spsr，cpsr）指令bic 位清零orr 逻辑或msr 写状态寄存器指令r0 = cpsrr0 = r0&(!0x1f)r0 = r0|0xd3cpsr = r0cpsr被设置为0bxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxx11010011FIQ IRQ禁止，ARM状态，SVC模式*/blcoloured_LED_initblred_LED_on/*arch/arm/lib/boaard.c中，空函数*/#ifdefined(CONFIG_AT91RM9200DK) || defined(CONFIG_AT91RM9200EK)/* * relocate exception table */ldrr0, =_startldrr1, =0x0movr2, #16copyex:subsr2, r2, #1ldrr3, [r0], #4strr3, [r1], #4bnecopyex#endif/*将_start开始的16word复制到0x0处ldr在ARM中既可以作为伪指令也可以作为数据加载指令作为伪指令LDR Rn,=expression作为指令LDR Rn,<address>关于ldr伪指令的文章：http://blog.csdn.net/axx1611/archive/2008/04/27/2335410.aspx 说说ARM汇编的LDR伪指令。*/#ifdef CONFIG_S3C24X0/* turn off the watchdog */# if defined(CONFIG_S3C2400)# define pWTCON0x15300000# define INTMSK0x14400008/* Interupt-Controller base addresses */# define CLKDIVN0x14800014/* clock divisor register */#else /*s3c2440*/# define pWTCON0x53000000# define INTMSK0x4A000008/* Interupt-Controller base addresses */# define INTSUBMSK0x4A00001C# define CLKDIVN0x4C000014/* clock divisor register */# endifldrr0, =pWTCONmovr1, #0x0strr1, [r0]/* * mask all IRQs by setting all bits in the INTMR - default */movr1, #0xffffffffldrr0, =INTMSKstrr1, [r0]# if defined(CONFIG_S3C2410)ldrr1, =0x3ffldrr0, =INTSUBMSKstrr1, [r0]# endif/* FCLK:HCLK:PCLK = 1:2:4 *//* default FCLK is 120 MHz ! */ldrr0, =CLKDIVNmovr1, #3strr1, [r0]#endif/* CONFIG_S3C24X0 *//* * we do sys-critical inits only at reboot, * not when booting from ram! */#ifndef CONFIG_SKIP_LOWLEVEL_INITblcpu_init_crit#endif#ifndef CONFIG_SKIP_RELOCATE_UBOOTrelocate:/* relocate U-Boot to RAM */adrr0, _start/* r0 <- current position of code */ldrr1, _TEXT_BASE/* test if we run from flash or RAM */cmpr0, r1/* don't reloc during debug */beqstack_setup/*如果_start和_TEXT_BASE是同一个地址，可以判断代码已经在RAM中，程序将不执行代码拷贝部分.adr为小范围的地址读取伪指令,ADR指令将 基于PC相对偏移的地址值 读取到寄存器中,在编译源程序时ADR伪指令被编译器替换成一条合适的指令.通常编译器用一条ADD指令或SUB指令来实现该ADR伪指令的功能,若不能用一条指令实现则产生汇编错误。ldr为大范围地址读取伪指令，LDR伪指令用于加载32们的立即数或一个地址值到指定寄存器。在汇编编译源程序时，LDR伪指令被编译器替换成一条合适的指令。若加载的常数未超出MOV或者MVN的范围，则使用MOV或MVN指令代替该LDR伪指令，否则汇编器将常量放入字池，并使用一条程序相对偏移的LDR指令从文字池读出常量。adr r0, _start 汇编器自动通过当前PC的值计算出_start的地址值，放到r0中————当代码在flash中执行时r0 = _start = 0；当代码在RAM中执行时_start = _TEXT_BASE = 0x33f80000。ldr r1, _TEXT_BASE 此句执行的结果r1始终是0x33f80000关于adr ldr 以及ldr伪指令区别的文章：http://coon.blogbus.com/logs/2738861.html ldr与adr的区别注意不管是arm7还是arm9或者其他,只要是在执行指令时采用的是流水线机制,前3级的都是:取指->译码->执行。在"执行"阶段,pc总是指向该指令地址加8字节的地址。换句话说,pc总是指向正在执行的指令地址再加2条指令的地址。之所以是2条指令,是因为在"执行"阶段前还有"取指"和"译码"阶段,每个阶段各有一条指令。*/ldrr2, _armboot_startldrr3, _bss_startsubr2, r3, r2/* r2 <- size of armboot */addr2, r0, r2/* r2 <- source end address */copy_loop:ldmiar0!, {r3-r10}/* copy from source address [r0] */stmiar1!, {r3-r10}/* copy to target address [r1] */cmpr0, r2/* until source end addreee [r2] */blecopy_loop/*ldmiar0!, {r3-r10}将r0指向地址的多字节内容加载到r3-r10中，并更新r0的值stmiar1!, {r3-r10}将r3-r10中的数据存储到r1指向的地址，并更新r1的值*/#endif/* CONFIG_SKIP_RELOCATE_UBOOT *//* Set up the stack */stack_setup:ldrr0, _TEXT_BASE/* upper 128 KiB: relocated uboot */subr0, r0, #CONFIG_SYS_MALLOC_LEN/* malloc area */subr0, r0, #CONFIG_SYS_GBL_DATA_SIZE /* bdinfo */#ifdef CONFIG_USE_IRQsubr0, r0, #(CONFIG_STACKSIZE_IRQ+CONFIG_STACKSIZE_FIQ)#endifsubsp, r0, #12/* leave 3 words for abort-stack */bicsp, sp, #7/* 8-byte alignment for ABI compliance *//*SVC 堆栈指针spsp_svc = (_TEXT_BASE - CONFIG_SYS_MALLOC_LEN - CONFIG_SYS_GBL_DATA_SIZE - CONFIG_STACKSIZE_IRQ - CONFIG_STACKSIZE_FIQ - 12) & 0xfffffff8*/clear_bss:ldrr0, _bss_start/* find start of bss segment */ldrr1, _bss_end/* stop here */movr2, #0x00000000/* clear */clbss_l:strr2, [r0]/* clear loop... */addr0, r0, #4cmpr0, r1bleclbss_lldrpc, _start_armboot/*start_armboot在arch/arm/lib/boaard.c,开始C语言阶段*/_start_armboot:.word start_armboot/* ************************************************************************* * * CPU_init_critical registers * * setup important registers * setup memory timing * ************************************************************************* */#ifndef CONFIG_SKIP_LOWLEVEL_INITcpu_init_crit:/* * flush v4 I/D caches */movr0, #0mcrp15, 0, r0, c7, c7, 0/* flush v3/v4 cache */mcrp15, 0, r0, c8, c7, 0/* flush v4 TLB *//*MRC{条件} 协处理器编码，协处理器操作码1，目的寄存器，源寄存器1，源寄存器2，协处理器操作码2 MRC指令用于将协处理器寄存器中的数据传送到ARM 处理器寄存器中,若协处理器不能成功完成操作，则产生未定义指令异常。其中协处理器操作码1 和协处理器操作码2为协处理器将要执行的操作，目的寄存器为ARM 处理器的寄存器，源寄存器1 和源寄存器2 均为协处理器的寄存器。 MCR指令格式相同，用于将ARM处理器寄存器内容传送到协处理器寄存器。关于cache MMU的设置细节，参考《ARM9TDMI TechnicalReference Manual》*//* * disable MMU stuff and caches */mrcp15, 0, r0, c1, c0, 0bicr0, r0, #0x00002300@ clear bits 13, 9:8 (--V- --RS)bicr0, r0, #0x00000087@ clear bits 7, 2:0 (B--- -CAM)orrr0, r0, #0x00000002@ set bit 2 (A) Alignorrr0, r0, #0x00001000@ set bit 12 (I) I-Cachemcrp15, 0, r0, c1, c0, 0/* * before relocating, we have to setup RAM timing * because memory timing is board-dependend, you will * find a lowlevel_init.S in your board directory. */movip, lr/*C语言和ARM汇编的相互调用必须遵AAPCS,也就是ATPCS（ARM-THUMB procedure call standard）的后续版本,ATPCS的寄存器使用规则：1.子程序通过寄存器R0~R3来传递参数,这时寄存器可以记作:A0~A3,被调用的子程序在返回前无需恢复寄存器R0~R3的内容。2.在子程序中,使用R4~R11来保存局部变量,这时寄存器R4~R11可以记作:V1~V8。如果在子程序中使用到V1~V8的某些寄存器,子程序进入时必须保存这些寄存器的值,在返回前必须恢复这些寄存器的值,对于子程序中没有用到的寄存器则不必执行这些操作。在THUMB程序中,通常只能使用寄存器R4~R7来保存局部变量。3.寄存器R12用作子程序间scratch寄存器,记作ip,在子程序间的连接代码段中常有这种使用规则。4.寄存器R13用作数据栈指针,记做SP,在子程序中寄存器R13不能用做其他用途。寄存器SP在进入子程序时的值和退出子程序时的值必须相等.5.寄存器R14用作连接寄存器,记作lr,它用于保存子程序的返回地址,如果在子程序中保存了返回地址,则R14可用作其它的用途。6.寄存器R15是程序计数器,记作PC,它不能用作其他用途。*/bllowlevel_init/*lowlevel_init定义在 /board/sbc2410x/lowlevel_init.S中，其功能是初始化SDRAM控制器*/movlr, ipmovpc, lr#endif /* CONFIG_SKIP_LOWLEVEL_INIT *//* ************************************************************************* * * Interrupt handling * ************************************************************************* */@@ IRQ stack frame.@#define S_FRAME_SIZE72#define S_OLD_R068#define S_PSR64#define S_PC60#define S_LR56#define S_SP52#define S_IP48#define S_FP44#define S_R1040#define S_R936#define S_R832#define S_R728#define S_R624#define S_R520#define S_R416#define S_R312#define S_R28#define S_R14#define S_R00#define MODE_SVC0x13#define I_BIT0x80/* * use bad_save_user_regs for abort/prefetch/undef/swi ... * use irq_save_user_regs / irq_restore_user_regs for IRQ/FIQ handling */.macrobad_save_user_regssubsp, sp, #S_FRAME_SIZEstmiasp, {r0 - r12}@ Calling r0-r12ldrr2, _armboot_startsubr2, r2, #(CONFIG_STACKSIZE)subr2, r2, #(CONFIG_SYS_MALLOC_LEN)/* set base 2 words into abort stack */subr2, r2, #(CONFIG_SYS_GBL_DATA_SIZE+8)ldmiar2, {r2 - r3}@ get pc, cpsr/*r2 r3中存储的是存放在svc栈底的lr和spsr*/addr0, sp, #S_FRAME_SIZE@ restore sp_SVC/*r0发生异常前svc模式的sp*/addr5, sp, #S_SPmovr1, lrstmiar5, {r0 - r3}@ save sp_SVC, lr_SVC, pc, cpsrmovr0, sp/*将sp放在r0中作为参数传给后面的异常处理函数，打印存储在堆栈中的寄存器值*/.endm.macroirq_save_user_regssubsp, sp, #S_FRAME_SIZEstmiasp, {r0 - r12}@ Calling r0-r12addr7, sp, #S_PCstmdbr7, {sp, lr}^@ Calling SP, LR/*ldm和stm指令中的^^is an optional suffix. You must not use it in User mode or System mode.It has two purposes:◆ If op is LDM and reglist contains the pc (r15), in addition to the normal multiple register transfer, the SPSR is copied into the CPSR. This is for returning from exception handlers. Use this only from exception modes.◆ Otherwise, data is transferred into or out of the User mode registers instead of the current mode registers.*/strlr, [r7, #0]@ Save calling PCmrsr6, spsrstrr6, [r7, #4]@ Save CPSRstrr0, [r7, #8]@ Save OLD_R0movr0, sp.endm.macroirq_restore_user_regsldmiasp, {r0 - lr}^@ Calling r0 - lrmovr0, r0ldrlr, [sp, #S_PC]@ Get PCaddsp, sp, #S_FRAME_SIZE/* return & move spsr_svc into cpsr */subspc, lr, #4.endm.macro get_bad_stackldrr13, _armboot_start@ setup our mode stacksubr13, r13, #(CONFIG_STACKSIZE)subr13, r13, #(CONFIG_SYS_MALLOC_LEN)/* reserve a couple spots in abort stack */subr13, r13, #(CONFIG_SYS_GBL_DATA_SIZE+8)/*r13 = _armboot_start - CONFIG_STACKSIZE - CONFIG_SYS_MALLOC_LEN- CONFIG_SYS_GBL_DATA_SIZE - 8这里r13指向了堆栈的最低端*/strlr, [r13]@ save caller lr / spsrmrslr, spsrstrlr, [r13, #4]/*存储异常模式的lr和spsr*/movr13, #MODE_SVC@ prepare SVC-Mode@ msrspsr_c, r13msrspsr, r13movlr, pcmovspc, lr @指令尾部带有s后缀并且目标寄存器为pc，cpsr将自动从spsr中恢复.endm/*返回SVC模式*/.macro get_irq_stack@ setup IRQ stackldrsp, IRQ_STACK_START.endm.macro get_fiq_stack@ setup FIQ stackldrsp, FIQ_STACK_START.endm/*IRQ FIQ模式的栈顶sp在运行时计算，在/arch/arm/lib/interrupts.c中的int interrupt_init (void)函数：IRQ_STACK_START = _armboot_start - CONFIG_SYS_MALLOC_LEN - CONFIG_SYS_GBL_DATA_SIZE - 4;FIQ_STACK_START = IRQ_STACK_START - CONFIG_STACKSIZE_IRQ;*//* * exception handlers */.align 5/*.align 5 以2的5次方对齐，也就是4字节对齐关于align的文章：http://www.eetop.cn/blog/html/45/11145-1211.html 有关arm汇编中的align*/undefined_instruction:get_bad_stackbad_save_user_regsbldo_undefined_instruction.align5software_interrupt:get_bad_stackbad_save_user_regsbldo_software_interrupt.align5prefetch_abort:get_bad_stackbad_save_user_regsbldo_prefetch_abort.align5data_abort:get_bad_stackbad_save_user_regsbldo_data_abort.align5not_used:get_bad_stackbad_save_user_regsbldo_not_used#ifdef CONFIG_USE_IRQ.align5irq:get_irq_stackirq_save_user_regsbldo_irqirq_restore_user_regs.align5fiq:get_fiq_stack/* someone ought to write a more effiction fiq_save_user_regs */irq_save_user_regsbldo_fiqirq_restore_user_regs#else.align5irq:get_bad_stackbad_save_user_regsbldo_irq.align5fiq:get_bad_stackbad_save_user_regsbldo_fiq#endif