4、uboot源码——第一阶段的start.S文件析

以下内容源于朱有鹏《物联网大讲堂》课程的学习整理，如有侵权，请告知删除。

 

一、相关内容

（1） 阶段的定义

• 第一阶段，即在内部SRAM运行的阶段，简单地理解为汇编阶段，此阶段主要涉及start.S文件，在cpu/s5pc11x/目录下。第一阶段以ldr pc _start_armboot为结束。
• 第二阶段，即在DDR中运行的阶段，简单地理解为C语言阶段，此阶段主要涉及start_armboot函数，在uboot/lib_arm/board.c文件的444~908行。

（2）总结第一阶段主要完成的任务

• 异常向量表的实现；     
• 设置进入特权模式，即SVC模式；
• 检查恢复状态；             
• IO状态恢复；
• 关看门狗；                     
• 一些与SRAM、SROM相关的GPIO设置；
• 开发板的供电锁存；     
• 时钟的初始化；
• DDR的初始化；          
• 重新设置栈空间；
• uboot的重定位；      
• 转换表的建立；
• 使能MMU。

可见，uboot的第一阶段初始化了SoC内部的一些部件，初始化DDR并且重定位。

另外，学完整个uboot内容后，回过头来看。uboot被分割成两部分，即前8kb和整个ubooot。前8k内容肯定包括了第一阶段的操作任务，其中很重要的操作有重定位。

（3）程序入口和SI工具

• uboot中整个程序的入口取决于链接脚本中ENTRY声明的地方。因为链接脚本（即board\samsung\x210\u-boot.lds）中有ENTRY（_start），因此_start符号所在的文件就是起始文件，所处的位置就是起始位置。
• SI工具的使用：search—>lookup reference.

二、start.S解析1

（1）config.h文件在mkconfig脚本中生成，此文件内容为#include <configs/x210.h>；

（2）version.h文件中的内容是#include "version_autogenerated.h。

• version_autogenerated.h文件是在主Makefile中自动生成的，相关的生成代码：

 

• version_autogenerated.h文件中内容为：#define U_BOOT_VERSION "U-Boot 1.3.4"

（3）由于定义了宏CONFIG_ENABLE_MMU，因此包含asm/proc/domain.h，实际包含include\asm-arm\proc-arm\domain.h文件。

三、start.S解析2

1、启动代码的16字节头部

（1）arm7和arm9的arm指令集，一个字类型是32bit。

（2）此段代码用16个字节填充占位（这些数字貌似可以任意？字节内容后续计算重新填充？）。这里填充的原因是SD卡需要16字节的校验？

（3）.word是arm汇编的伪指令，含义是当前地址的值为XX，XX的内容一般为数值或者地址。

• 如：.word 0x2000表示当前地址的值为0x2000；.word _start 表示当前地址的值为_start。

2、构建异常向量表

 

（1）异常向量表由硬件决定，软件只是参照硬件设计来实现。

（2）此向量表只是虚有其表，并未做非常细致的异常处理。

（3）复位异常处理代码是b reset，reset是个函数。

（4）上图中的最后一句是让内存16字节对齐，如果不对齐，用0xdeadbeef这个数字填充。

（5）学完裸机中的中断向量表可知，这里类似的处理。

 

3、一些地址值

 

（1）_TEXT_BASE（4字节）这个内存地址出的值为TEXT_BASE（即0xc3e00000）。

（2）_TEXT_PHY_BASE（4字节）这个内存存放的值为CFG_PHY_UBOOT_BASE（uboot的物理基地址）。

（3）CFG_PHY_UBOOT_BASE（定义在x210_sd.h中）为 MEMORY_BASE_ADDRESS + 0x3e00000

• 在x210_sd.h中有#define MEMORY_BASE_ADDRESS 0x30000000；
• 因此CFG_PHY_UBOOT_BASE为0x33e00000，这个是uboot在DDR中的物理地址。

（4）总结，即标签表示地址，.word后面的表示此内存地址中存储的值。

• 如_bss_end: .word _end表示地址_bss_end上存放的值是_end。

四、start.S解析3 

1、reset中断处理函数

 

（1）由博客http://blog.csdn.net/oqqhutu12345678/article/details/71215628可知，因为0xd3=1101 0011，则cpu设置为SVC模式、arm状态，禁止FIQ、IRQ中断。

（2）整个uboot工作时，cpu一直处于SVC模式。

 

2、Cpu的初始化（设置l1，l2cache和MMU等内容）

3、识别并暂存启动介质选择

（1）启动介质由SoC的OM0：OM5这6个引脚的高低电平决定 

（2）由#define PRO_ID_BASE 0xE0000000和#define OMR_OFFSET 0x04得到寄存器0xE000 0004

• 这个寄存器会根据OM引脚状况，硬件自动设置值。

（3）此三行代码后，r2存储了一个数字，后续通过该数字进行启动介质的判断。

  

（4）通过判断r2中的值，来确定是从哪里启动的。

• 如果r2中的值为0xc，那从SD卡启动，然后把#BOOT_MMCSD（#define  BOOT_MMCSD  0x3）赋给r3。

（5）最后两行中，因为有#define INF_REG_BASE 0xE010F000和#define INF_REG3_OFFSET 0x0c，则合成寄存器0xE010F00C，然后把r3中的值放入其中。

 

4、第一次设置栈

（1）这次设置栈是在SRAM中设置的，因为当前整个代码还在SRAM中运行，此时DDR还未被初始化还不能用。

• 栈地址0xd0036000是自己指定的，指定的原则就是这块空间只给栈用，不会被别人占用。

（2）之所以要初始化栈，是因为接下来调用的lowlevel_init函数中还要调用其他函数。

• bl只会将返回地址存储到LR中，但是只有一个LR，所以在第二层调用函数前要先将LR入栈，否则函数返回时第一层的返回地址就丢了。

---------------------------------------lowlevel_init函数--------------------------------------------

五、start.S解析4 

1、lowlevel_init函数

（1）lowlevel_init在uboot\board\samsung\x210\lowlevel_init.S中。

（2）检查复位状态

• 因为复杂CPU支持多种复位状态（冷上电、休眠复位等），因此在复位代码中检查复位状态，判断到底是哪一种。
• 冷上电时DDR需要初始化，而休眠状态下复位不需要再次初始化DDR。

（3）IO状态恢复；

（4）关看门狗；

（5）一些与SRAM、SROM相关的GPIO设置（下图）；

 

（6）开发板的供电锁存（下图）

 

六、start.S解析5 

1、判断当前代码执行位置（判断在SRAM还是DDR中）

为什么要判断？

• BL1在SRAM中有一份，在DDR中也有一份。
• 如果是冷启动，则当前代码是在SRAM中运行的BL1；如果是低功耗状态的复位，则当前代码是在DDR中运行的。
• 判断的目的是指导后面代码的运行。
• 譬如在lowlevel_init.S中判定当前代码的运行地址，就是为了确定是否执行时钟初始化和初始化DDR的代码。
• 如果当前代码是在SRAM中，说明是冷启动，则需要初始化时钟和DDR；
• 如果当前代码是在DDR中，说明是热启动，则时钟和DDR都不用再次初始化。

2、时钟初始化：system_clock_init

• 详细可以查阅代码http://blog.csdn.net/oqqhutu12345678/article/details/73188932

3、内存的初始化：mem_ctrl_asm_init

• 代码见博客http://blog.csdn.net/oqqhutu12345678/article/details/73189059

（1）在uboot/cpu/s5pc11x/s5pc110中。该函数和裸机中初始化DDR代码是一样的。实际裸机中初始化DDR的代码就是从这里抄的。

（2）配置值中有一个和裸机中讲的不一样，即DMC0_MEMCONFIG_0

• 它在裸机中配置值为0x20E01323，在uboot中配置为0x30F01313。
• 在裸机中DMC0的256 MB内存地址范围是0x20000000-0x2FFFFFFF；
• 在uboot中DMC0的256MB内存地址范围为0x30000000-0x3FFFFFFF。
  
• DMC0上允许的地址范围是20000000-3FFFFFFF（一共是512MB），而实际只接了256MB物理内存，SoC允许我们给这256MB挑选地址范围。
• 在uboot中，可用的物理地址范围为：0x30000000-0x4FFFFFFF，一共512MB，其中30000000-3FFFFFFF为DMC0，40000000-4FFFFFFF为DMC1。
• 注意条件编译的条件，配置头文件中考虑了不同时钟配置下的内存配置值，主要目的是让不同时钟需求的客户都能找到合适自己的内存配置值。

4、串口初始化：打印一个“O”

• uart_asm_init函数

5、pop {pc}返回前通过串口打印“K”

 

----------------------------------lowlevel_init函数结束----------------------------------------

七、start.S详解6

1、第二次设置栈

 

（1）第一次设置栈，是在调用lowlevel_init函数前。那时程序在SRAM中执行，所以在SRAM中分配了一部分内存作为栈。

（2）第二次因为DDR已经被初始化，因此要把栈挪移到DDR中，所以要重新设置栈。

• 实际设置的栈的地址是33E00000，刚好在uboot的代码段的下面紧挨着。
• 因为是满减栈，所以栈向下增长。注意uboot基地址在0x33e00000，向上增长。

（3）为什么要再次设置栈？

• DDR已经初始化了，已经有大片内存可以用了，没必要再把栈放在SRAM中；
• 原来SRAM中内存大小空间有限，栈放在那里要注意不能使用过多，否则栈会溢出；
• 我们及时将栈迁移到DDR中也是为了尽可能避免使用栈时的诸多不便。

 

2、再次判断运行地址是在SRAM中还是DDR中

（1）上次判断是为了决定是否要执行初始化时钟和DDR的代码，本次判断是为了决定是否进行uboot的重定位。上图中最后一行代码如果不执行，则说明需要重定位。

• 冷启动时，uboot的前一部分（16kb或者8kb）开机自动从SD卡加载到SRAM中运行，uboot的第二部分（其实第二部分是整个uboot）还躺在SD卡的某个扇区开头的N个扇区中。此时uboot的第一阶段即将结束（第一阶段该做的事基本做完了），结束之前要把第二部分加载到DDR中链接地址处（0x33e00000），这个加载过程就叫重定位。

（2）如下图：

• D0037488这个内存地址在SRAM中，这个地址中的值是被硬件自动设置的。硬件根据我们实际电路中SD卡在哪个通道中，会将这个地址中的值设置为相应的数字。譬如我们从SD0通道启动时，这个值为EB000000；从SD2通道启动时，这个值为EB200000。

• 我们确定是从MMCSD启动，因此最终跳转到mmcsd_boot函数中去执行重定位动作，即把SD卡中相应的内容复制到内存中。
• 真正的重定位是通过调用movi_bl2_copy函数完成的，在uboot/cpu/s5pc11x/movi.c中。
• 此函数包含copy_bl2(2, MOVI_BL2_POS, MOVI_BL2_BLKCNT,CFG_PHY_UBOOT_BASE, 0)函数。
• 参数2表示通道2；
• MOVI_BL2_POS是uboot的第二部分在SD卡中的开始扇区，这个扇区数字必须和烧录uboot时烧录的位置相同；
• MOVI_BL2_BLKCNT是uboot的长度占用的扇区数；
• CFG_PHY_UBOOT_BASE是重定位时将uboot的第二部分复制到DDR中的起始地址（33E00000）。

 

 

八、start.S详解7

最后一段代码，作用是配置MMU、重新设置栈、清bss、跳转到start_armboot函数中去执行BL2阶段。

1、MMU（memory management unit），内存管理单元。

• MMU实际上是SOC中一个硬件单元，它的主要功能就是实现虚拟地址到物理地址的映射。
• MMU单片在CP15协处理器中进行控制，也就是说要操控MMU进行虚拟地址映射，方法就是对cp15协处理器的寄存器进行编程。

2、第三次设置栈

• 这次设置栈还是在DDR中，之前虽然已经在DDR中设置过一次栈了，但是本次设置栈的目的是将栈放在比较合适（安全，紧凑而不浪费内存）的地方。
• 我们实际将栈设置在uboot起始地址上方2MB处，这样安全的栈空间是：2MB-uboot大小-0x1000=1.8MB左右。这个空间既没有太浪费内存，又足够安全。

3、清理bss

• 注意表示bss段的开头和结尾地址的符号是从链接脚本u-boot.lds得来的。

4、ldr pc, _start_armboot

• start_armboot函数在uboot/lib_arm/board.c中，这是一个C语言实现的函数。这个函数就是uboot的第二阶段。
• 这句代码的作用就是将uboot第二阶段执行的函数的地址传给pc，实际上就是使用一个远跳转直接跳转到DDR中的第二阶段开始地址处。
• 远跳转的含义就是这句话加载的地址和当前运行地址无关，而和链接地址有关。因此这个远跳转可以实现从SRAM中的第一阶段跳转到DDR中的第二阶段。
• 这里这个远跳转就是uboot第一阶段和第二阶段的分界线。