U-BOOT中Start.s源代码详解

 

 u-boot 1.1.6 start.S 代码学习

/*

参考了别人的一些笔记，看完了启动代码。

本文档记录在看代码时碰到的困难，将这些曾经困扰的问题记录下来，以备今后之用。分析时不重要的代码被删除了。

*/

.globl _start

_start: b       reset

    ldr pc, _undefined_instruction

    ldr pc, _software_interrupt

    ldr pc, _prefetch_abort

    ldr pc, _data_abort

    ldr pc, _not_used

    ldr pc, _irq

    ldr pc, _fiq

 

_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

 

    .balignl 16,0xdeadbeef

/*

_start是整个u-boot程序的入口点，即链接后，该处是整个程序的第一条指令。程序的入口点是由链接脚本所指定，比如对于smdk2410的板子(下面都以smdk241为例)，脚本文件位于board/smdk2140/u-boot.lds。在该脚本文件中：ENTRY(_start)　即指定程序的入口地址。globl _start 定义一个外部可以引用的变量，比如说，在其它源代码文档中，就可以直指引用_start这个变量。如int entry=_start; 那此处entry值将是多少呢？因为_start相当于一个变量，entry的值就是_start处存储的值，即 b reset机器码值。关于globl定义的变量得注意的地方，后面还有记录

 

这段代码处理中断向量表。

 

关于　balignal 16,0xdeadbeef的网上资料：

.align伪操作用于表示对齐方式：通过添加填充字节使当前位置满足一定的对齐方式。

.balign的作用同.align。

.align {alignment} {,fill} {,max}

其中：alignment用于指定对齐方式，可能的取值为2的次幂，缺省为4。fill是填充内容，

缺省用0填充。max是填充字节数最大值，如果填充字节数超过max,就不进行对齐.

例如： .align 4, 指定对齐方式为字对齐

deadbeef一般用来表示没用的或是已经被释放掉的内存

*/

 

_TEXT_BASE:

    .word    TEXT_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

/*

备注这几个由.word伪操作符定义变量的作用及其取值

_TEXT_BASE:

    .word   TEXT_BASE

 

_TEXT_BASE:此处定义一汇编语言标签，更好的理解就是：告诉编译器，为_TEXT_BASE分配存储空间，该空间的名字就叫_TEXT_BASE,该空间中存储的值就是由.word后面确定的TEXT_BASEC(即0x33F80000)，相当于C语言中 long _TEXT_BASE=TEXT_BASE; TEXT_BASE定义在board/smdk2410/config.mk文件中。该值的作用是告诉链接器，本程序运行的基地址为TEXT_BASE。U-boot编译后，烧在FLASH的第一个块中，CPU复位上电后，PC寄存器为0x0000。怎么会跑到TEXT_BASE处执行呢？

事实上，CPU上电后，从地址0x0000处执行，而U-BOOT的最起始代码，即本文件中从_start开始的代码是与地址不相关的，这段代码放在任何空间执行的结果都是一样（当然不是绝对，假设u-boot代码段是100K，则放在TEXT_BASE-80K处，搬运时就会把u-boot代码后面20K部分覆盖为最前面的20K）。

 

.globl _armboot_start

_armboot_start:

    .word _start

定义外部可以引用的变量_armboot_start,。即相当于C long _armboot_start=&_start; _armboot_start值是多少？是TEXT_BASE,即0x33F80000！等价的那条Ｃ语句，取的是_start变量地址，而不是_start本身。在Ｃ语言中，定义一变量 int x=100;就是告诉编译器。给我一个int大小的存储空间，该空间存储的值就是100，这个空间在哪呢？即空间地址是多少呢？我们可以通过&x知道。

在汇编语言中，理解上有点不一样。上面三行语句，

第一句，告诉编译器，向外面输出变量_armboot_start

第二句，_armboot_start变量在此处，到底在哪，要到链接时才能确定，凡正现在知道有这么一个变量了。

第三句，_armboot_start变量空间放的数据为_start标签的值。这点与Ｃ语言的理解有点不一样了。此处引用的是_start标签对应处的地址。在汇编语言中，标签代表的就是那行所在的地址。

图１是从u-boot编译后生成的u-boot.map截图的。从此文件中知道，_armboot_start这个变量地址为0x33f80044，

*/

图１

/*

.globl _bss_start

_bss_start:

    .word __bss_start

此三句，特别要备注的是__bss_start这个符号，它的值为多少？该值定义在board/smdk2410/u-boot.lds文件中

. = ALIGN(4);

     __bss_start = .;

     .bss : { *(.bss) }

     _end = .;

上面的__bss_start=.; 表示__bss_start值就是当前位置的值。当前位置是多少呢？从下面一句

.bss:{*(.ss)}知道。紧接该位置后面马上就是放bss段数据了。所以，当然就是bss段的起始地址。_end就是bss段的结束地址。

参考：http://blog.chinaunix.net/u1/58780/showart_462971.html

bss是这个链接脚本的最后一个段。start.S就是以这个段的起始地址来计算要搬运u-boot大小的代码的。即，这个段前面的所有数据都将被搬到TEXT_BASE处。然后跑到start_armboot处，即Ｃ语言的入口代码。__bss_start这个值是多少？ Smdk2410我编译后值是0x33f96f20。可以从图２的map文件中查到，bss段从0x33f96f20开始分配的。

再次验证一下0x33f96f20就是__bss_start值，我们可以从图１处可以看到有个变量_bss_start该变量就是由下面三条语句所定义，_bss_start处保存的值就是__bss_start：

.globl _bss_start

_bss_start:

    .word __bss_start

用UltraEdit打开生成的u-boot.bin，定位到文件偏移0x48(0x48由_bss_start所在地址0x33f80048-TEXT_BASE得到),如图３，此处值确实是20 6F F9 33(注意大小端)

*/

 

 图２

 

 

图３

 

 

reset:

    /*

     * set the cpu to SVC32 mode

     */

    mrs r0,cpsr

    bic r0,r0,#0x1f

    orr r0,r0,#0xd3

    msr cpsr,r0

/*

上面几行进入SVC模式，通过装入CPSR到r0，修改相应位后再载入到CPSR。

具体分析如下：
/** 实际运行的复位代码。从一开始运行的代码,就跳到这里运行。*/

reset:
        /** 设置cpu运行在SVC32模式。S3C44B0共有7种模式。   */
       mrs        r0,cpsr
取得当前程序状态寄存器cpsr到r0。
        bic        r0,r0,#0x1f
这里使用位清除指令,把中断全部清除,只置位模式控制位。
        orr        r0,r0,#0x13
计算为超级保护模式。
        msr        cpsr,r0
设置cpsr为超级保护模式。
通过设置arm的CPSR寄存器,让CPU运行在操作系统模式,为后面进行其它操作作好准备了。

 

*/

/* turn off the watchdog 关闭WATCH DOG，具体寄存器地址看芯片DATASHEET即知*/

#if defined(CONFIG_S3C2400)

# define pWTCON       0x15300000

# define INTMSK       0x14400008    /* Interupt-Controller base addresses */

# define CLKDIVN 0x14800014    /* clock divisor register */

#elif defined(CONFIG_S3C2410)

# define pWTCON       0x53000000

# define INTMSK       0x4A000008    /* Interupt-Controller base addresses */

# define INTSUBMSK    0x4A00001C

# define CLKDIVN 0x4C000014    /* clock divisor register */

#endif

 

#if defined(CONFIG_S3C2400) || defined(CONFIG_S3C2410)

    ldr     r0, =pWTCON/*WTCON地址为53000000,watchdog的控制寄存器 */

    mov     r1, #0x0 /* 关Watch Dog */

    str     r1, [r0] /*将r1的数据放到r0的存储单元中*/

 

    /*

     * mask all IRQs by setting all bits in the INTMR – default

     * 设置中断屏蔽寄存器相应位，关闭中断。

     */

    mov r1, #0xffffffff   /*屏蔽所有中断*/

    ldr r0, =INTMSK

    str r1, [r0]

# if defined(CONFIG_S3C2410)

    ldr r1, =0x3ff

    ldr r0, =INTSUBMSK

    str r1, [r0]

# endif

 

    /* FCLK:HCLK:PCLK = 1:2:4 */

    /* default FCLK is 120 MHz ! */

    ldr r0, =CLKDIVN

    mov r1, #3

    str r1, [r0]

#endif /* CONFIG_S3C2400 || CONFIG_S3C2410 */

 

    /*

     * we do sys-critical inits only at reboot,

     * not when booting from ram!

     */

#ifndef CONFIG_SKIP_LOWLEVEL_INIT

    bl   cpu_init_crit

#endif

/*

下面是重定位代码，即将整个u-boot搬到TEXT_BASE地址处的代码

/*

#ifndef CONFIG_SKIP_RELOCATE_UBOOT

relocate:                  /* relocate U-Boot to RAM       */

    adr r0, _start         /* r0 <- current position of code   */

    ldr r1, _TEXT_BASE     /* test if we run from flash or RAM */

    cmp     r0, r1          /* don't reloc during debug       */

    beq     stack_setup

 

    ldr r2, _armboot_start

    ldr r3, _bss_start

    sub r2, r3, r2         /* r2 <- size of armboot            */

    add r2, r0, r2         /* r2 <- source end address         */

 

/*

adr r0, _start这句代码是将_start标签处运行时的地址值装进r0，这条指令到底取一个什么值呢？假设运行到该指令时pc寄存器的值是X,start标签相对此本指令有Y的偏移，则r0=X+Y(Y可能是负值).

针对该程序来说，当被装载到0x0000处运行时，r0就是0，假设装载到TEXT_BASE处运行，则r0=TEXT_BASE.

几条指令分析如下：

求正在运行的程序_start标签处地址到r0，将_TEXT_BASE变量值装到r1，即将0x33f80000装到r1,比较r0/r1是否相等，这个比较就是确定当前是不是从Flash中执行的，还是这段代码已装载到0x33f80000处执行的。如果不等于0x33f80000，则将FLASH中的u-boot代码搬到0x33f80000处。

具体计算如下：

ldr r2,_armboot_startàr2=0x33f80000

ldr r3,_ss_startàr3=bss段的起始地

*/

copy_loop:

    ldmia    r0!, {r3-r10}      /* copy from source address [r0]    */

    stmia    r1!, {r3-r10}      /* copy to   target address [r1]    */

    cmp r0, r2             /* until source end addreee [r2]    */

    ble copy_loop

/*

上面几行将r0地址处的代码复制到r1处，即从0x0000搬到0x33f80000(假设CPU复位从0x0000执行的)。

*/

#endif /* CONFIG_SKIP_RELOCATE_UBOOT */

 

/* Set up the stack　　设置堆栈 */

stack_setup:

    ldr r0, _TEXT_BASE         /* upper 128 KiB: relocated uboot   */

    sub r0, r0, #CFG_MALLOC_LEN /* malloc area                      */

    sub r0, r0, #CFG_GBL_DATA_SIZE /* bdinfo                        */

#ifdef CONFIG_USE_IRQ

    sub r0, r0, #(CONFIG_STACKSIZE_IRQ+CONFIG_STACKSIZE_FIQ)

#endif

    sub sp, r0, #12        /* leave 3 words for abort-stack    */

/*

上面代码中,指定从(TEXT_BASE - CFG_MALLOC_LEN)开始地址，大小为CFG_MALLOC_LEN的内存预留给由malloc函数。因为u-boot中其它地方调用了malloc函数，该空间就是供其动态分配的。

再向低端又预留了CFG_GBL_DATA_SIZE字节的数据（注：为global_data结构体预留的空间，看board.c）

然后为IRQ及FIQ中断预留空间，

最后将预留空间的低端地址赋给sp，ARM堆栈由低到高增长的？？

*/

clear_bss:  /*将bss段数据清零*/

    ldr r0, _bss_start         /* find start of bss segment        */

    ldr r1, _bss_end       /* stop here                        */

    mov r2, #0x00000000         /* clear                            */

 

clbss_l:str r2, [r0]      /* clear loop...                    */

    add r0, r0, #4

    cmp r0, r1

    ble clbss_l

/*下面一句跳到Ｃ语言的入口处start_armboot（函数定义在board.c中） */

    ldr pc, _start_armboot

 

_start_armboot:   .word start_armboot

 

/*关键代码分析结束*/