认识u-boot七、U-boot源码start.S详细分析

转载自：http://blog.chinaunix.net/uid-21714580-id-145312.html

_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。如果从flash启动，就是0x0，如果从SDRAM中这姓，则是TEXT_BASE=0x33F80000。

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。

#include <common.h> //位于\include目录下是一个包含其他头文件的头文件
#include <config.h> //位于\include\linux目录下
.globl _start

下面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。

_start: b start_code
ldr pc, _undefined_instruction // ldr语句的意思是将第二个操作数指向的地址数据传给PC
ldr pc, _software_interrupt // .word 为定义一个4字节的空间undefined_instruction
//为地址，即后面标号所对的偏移地址数据
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

以下这几个由.word伪操作符定义变量的作用及其取值。

_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）。

_TEXT_BASE:
.word TEXT_BASE

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，

.globl _armboot_start
_armboot_start:
.word _start

下面三句，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

. = 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:{*(.bss)}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：
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)

.globl _bss_start
_bss_start:
.word __bss_start
.globl _bss_end
_bss_end:
.word _end
#ifdef CONFIG_USE_IRQ
/* IRQ stack memory (calculated at run-time) */
.globl IRQ_STACK_START
IRQ_STACK_START:
.word 0x0badc0de
/* IRQ stack memory (calculated at run-time) */
.globl FIQ_STACK_START
FIQ_STACK_START:
.word 0x0badc0de
#endif

代码从这里开始。下面几行进入SVC模式，通过装入CPSR到R0，修改相应位后再装入到CPSR

start_code:
/*
* set the cpu to SVC32 mode
*/
mrs r0,cpsr
bic r0,r0,#0x1f
orr r0,r0,#0xd3
msr cpsr,r0
/*
*以下这些都是为AT91RM9200写的
*/
bl coloured_LED_init
bl red_LED_on
#if defined(CONFIG_AT91RM9200DK) || defined(CONFIG_AT91RM9200EK)
/*
* relocate exception table
*/
ldr r0, =_start
ldr r1, =0x0
mov r2, #16
copyex:
subs r2, r2, #1
ldr r3, [r0], #4
str r3, [r1], #4
bne copyex
#endif
#if defined(CONFIG_S3C2400) || defined(CONFIG_S3C2410)
/*
*关闭看门狗
*/
# if defined(CONFIG_S3C2400)
# define pWTCON 0x15300000
# define INTMSK 0x14400008 /* Interupt-Controller base addresses */
# define CLKDIVN 0x14800014 /* clock divisor register */
#else
# define pWTCON 0x53000000
# define INTMSK 0x4A000008 /* Interupt-Controller base addresses */
# define INTSUBMSK 0x4A00001C
# define CLKDIVN 0x4C000014 /* clock divisor register */
# endif
ldr r0, =pWTCON
mov r1, #0x0
str r1, [r0]
/*
* 设置中断屏蔽寄存器相应位，关闭所有的中断
*/
mov r1, #0xffffffff
ldr r0, =INTMSK
str r1, [r0]
# if defined(CONFIG_S3C2410)
ldr r1, =0x3ff
ldr r0, =INTSUBMSK
str r1, [r0]
# endif
/*
*通过设置CLKDIVN寄存器，时钟分频比为1:2:4默认的FCLK为120MHz
*/
ldr r0, =CLKDIVN
mov r1, #3
str r1, [r0]
#endif /* CONFIG_S3C2400 || CONFIG_S3C2410 */

跳入cpu_init_crit ，这是一个系统初始化函数，他还会调用board/*/lowlevel_init.S中的lowlevel_init函数。主要是对系统总线的初始化，初始化了连接存储器的位宽、速度、刷新率等重要参数。经过这个函数的正确初始化，Nor Flash、SDRAM才可以被系统使用。下面的代码重定向就依赖它。

#ifndef CONFIG_SKIP_LOWLEVEL_INIT
bl cpu_init_crit
#endif

代码重定向，它首先检测自己是否已经在内存中：如果是直接跳到下面的堆栈初始化代码stack_setup。如果不是就将自己从Nor Flash中拷贝到内存中(到TEXT_BASE地址)

    adr r0,_start这条指令网上讲得也很多，翻译过来就是 add r0,r0,[PC+#offset], 就是把通过一个地址来知道 _start 处的地址，注意是地址，即 TEXT_BASE=0x33F80000, 这步在链接的时候就已经确定了，或者你不用管那么多，你知道链接完成之后，这条指令相当于 mov r0,0x33F80000(sdram) 或者 mov r0,0x0(flash) 就行了。
    ldr r1,_TEXT_BASE 注意，这里的 ldr 不是伪指令，伪指令表示时， ldr r1,=_TEXT_BASE这两个的区别在于，伪指令是直接把 _TEXT_BASE 写入到 r1 中，这里 _TEXT_BASE 就代表一个地址，而 ldr r1,_TEXT_BASE, 是把 _TEXT_BASE 中存放的内容，也就是 TEXT_BASE=0x33F80000 写入到了 r1.
    ldr    r2, _armboot_start 结合上面讲的，应该知道，这条语句实际上是将 _armboot_start 中的内容，也就是 _start 的地址写入到了 r2 中，而非网上很多人问的是 _armboot_start 的地址。
    ldr    r3, _bss_start这跟上面一样分析了，定义见 cpu/arm920t/start.S

.globl _bss_start
_bss_start:
.word __bss_start

    下面这两条语句也就好理解了：
    sub       r2, r3, r2         // r2 <- armboot 大小
    add r2, r0, r2               // r2 <- 代码结束地址

到底 armboot 的大小都包含了哪些东西，结合 u-boot.lds ，见下图：

认识u-boot七、U-boot源码start.S详细分析

那为什么TEXT_BASE的值是0x33F80000呢？先看一个SDRAM的内存映射图，结合上面的u-boot.lds

0x33F80000
0x30000000
0x33ffffff
映射前
映射后

bss 段、 u-boot cmd 段、 .data 段 .rodata段

及 .text 段及中断向量表

malloc 区域，见 start.S sub r0,r0, #CFG_MALLOC_LEN

全局变量，见 start.S sub r0, r0, #CFG_GBL_DATA_SIZE

IRQ:sub r0, r0, #(CONFIG_STACKSIZE_IRQ+CONFIG_STACKSIZE_FIQ)

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

…

bss 段

u-boot cmd 段

.data 数据段

.rodata 只读数据段，

入口 20 字节中断向量表 .text(start.o 及 *(.text))

在S3C2440 中，查看 datasheet ， 64M SDRAM 地址空间即为 0x30000000 到 0x33ffffff ，在 bank6 中，而 flash 映射地址为 0x0 开始。
TEXT_BASE=0x33F80000 即为程序加载起始地址，可以使用的空间大小即为 0x33F80000 到 0x33FFFFFF 共 512K ，如果你 u-boot 包含的功能太多，觉得不够用，你可以把 0x33F80000 调小一点，即和往低地址移一些，移的过程中注意 memory page 对齐就行了，一般是 4KB.

#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 */

下面几行将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)。

copy_loop:
ldmia {r3-r10} /* copy from source address [r0] */
stmia {r3-r10} /* copy to target address [r1] */
cmp r0, r2 /* until source end addreee [r2] */
ble copy_loop
#endif /* CONFIG_SKIP_RELOCATE_UBOOT */

堆栈初始化代码（为第二阶段的C语言做准备）

stack_setup:
ldr r0, _TEXT_BASE /* upper 128 KiB: relocated uboot */
sub r0, r0, #CONFIG_SYS_MALLOC_LEN /* malloc area */
sub r0, r0, #CONFIG_SYS_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 */

对BSS段清零（为第二阶段的C语言做准备）BSS段（bss segment）通常是用来存放程序中未初始化的全
局变量的一块内存区域。BSS是英文Block Started by Symbol的简称。BSS段属于静态内存分配。在编译时，编译器已经为他们分配好了空间，只不过他们的值为0，为了节省空间，在bin或ELF文件中不占空间。
编译器会计算出_bss_start和_bss_end的值，不是定义的

clear_bss:
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

跳入第二阶段的C语言代码入口_start_armboot （已经被重定向到内存）

ldr pc, _start_armboot
_start_armboot: .word start_armboot

系统初始化函数，初始化重要的寄存器，初始化内存时序，*他还会调用board/*/lowlevel_init.S中的lowlevel_init函数。主要是对系统总线的初始化，初始化了连接存储器的位宽、速度、刷新率等重要参数。经过这个函数的正确初始化，Nor Flash、SDRAM才可以被系统使用。下面的代码重定向就依赖它。操作CP15协处理器

#ifndef CONFIG_SKIP_LOWLEVEL_INIT
cpu_init_crit:
/*
* flush v4 I/D caches
*/
mov r0, #0
mcr p15, 0, r0, c7, c7, 0 /* flush v3/v4 cache */
mcr p15, 0, r0, c8, c7, 0 /* flush v4 TLB */
/*
* disable MMU stuff and caches
*/
mrc p15, 0, r0, c1, c0, 0
bic r0, r0, #0x00002300 @ clear bits 13, 9:8 (--V- --RS)
bic r0, r0, #0x00000087 @ clear bits 7, 2:0 (B--- -CAM)
orr r0, r0, #0x00000002 @ set bit 2 (A) Align
orr r0, r0, #0x00001000 @ set bit 12 (I) I-Cache
mcr p15, 0, r0, c1, c0, 0

调用board/*/lowlevel_init.S中的lowlevel_init函数，对系统总线的初始化，初始化了连接存储器的位宽、速度、刷新率等重要参数。经过这个函数的正确初始化，Nor Flash、SDRAM才可以被系统使用。

mov ip, lr
bl lowlevel_init
mov lr, ip
mov pc, lr
#endif /* CONFIG_SKIP_LOWLEVEL_INIT */

后面的代码略，主要是中断相关代码，但是U-boot基本不使用中断所以暂且略过

@
@ IRQ stack frame.
@
#define S_FRAME_SIZE 72
#define S_OLD_R0 68
#define S_PSR 64
#define S_PC 60
#define S_LR 56
#define S_SP 52
#define S_IP 48
#define S_FP 44
#define S_R10 40
#define S_R9 36
#define S_R8 32
#define S_R7 28
#define S_R6 24
#define S_R5 20
#define S_R4 16
#define S_R3 12
#define S_R2 8
#define S_R1 4
#define S_R0 0
#define MODE_SVC 0x13
#define I_BIT 0x80
/*
* use bad_save_user_regs for abort/prefetch/undef/swi ...
* use irq_save_user_regs / irq_restore_user_regs for IRQ/FIQ handling
*/
.macro bad_save_user_regs
sub sp, sp, #S_FRAME_SIZE
stmia sp, {r0 - r12} @ Calling r0-r12
ldr r2, _armboot_start
sub r2, r2, #(CONFIG_STACKSIZE)
sub r2, r2, #(CONFIG_SYS_MALLOC_LEN)
sub r2, r2, #(CONFIG_SYS_GBL_DATA_SIZE+8) @ set base 2 words into abort stack
ldmia r2, {r2 - r3} @ get pc, cpsr
add r0, sp, #S_FRAME_SIZE @ restore sp_SVC
add r5, sp, #S_SP
mov r1, lr
stmia r5, {r0 - r3} @ save sp_SVC, lr_SVC, pc, cpsr
mov r0, sp
.endm
.macro irq_save_user_regs
sub sp, sp, #S_FRAME_SIZE
stmia sp, {r0 - r12} @ Calling r0-r12
add r7, sp, #S_PC
stmdb r7, {sp, lr}^ @ Calling SP, LR
str lr, [r7, #0] @ Save calling PC
mrs r6, spsr
str r6, [r7, #4] @ Save CPSR
str r0, [r7, #8] @ Save OLD_R0
mov r0, sp
.endm
.macro irq_restore_user_regs
ldmia sp, {r0 - lr}^ @ Calling r0 - lr
mov r0, r0
ldr lr, [sp, #S_PC] @ Get PC
add sp, sp, #S_FRAME_SIZE
subs pc, lr, #4 @ return & move spsr_svc into cpsr
.endm
.macro get_bad_stack
ldr r13, _armboot_start @ setup our mode stack
sub r13, r13, #(CONFIG_STACKSIZE)
sub r13, r13, #(CONFIG_SYS_MALLOC_LEN)
sub r13, r13, #(CONFIG_SYS_GBL_DATA_SIZE+8) @ reserved a couple spots in abort stack
str lr, [r13] @ save caller lr / spsr
mrs lr, spsr
str lr, [r13, #4]
mov r13, #MODE_SVC @ prepare SVC-Mode
@ msr spsr_c, r13
msr spsr, r13
mov lr, pc
movs pc, lr
.endm
.macro get_irq_stack @ setup IRQ stack
ldr sp, IRQ_STACK_START
.endm
.macro get_fiq_stack @ setup FIQ stack
ldr sp, FIQ_STACK_START
.endm
/*
* exception handlers
*/
.align 5
undefined_instruction:
get_bad_stack
bad_save_user_regs
bl do_undefined_instruction
.align 5
software_interrupt:
get_bad_stack
bad_save_user_regs
bl do_software_interrupt
.align 5
prefetch_abort:
get_bad_stack
bad_save_user_regs
bl do_prefetch_abort
.align 5
data_abort:
get_bad_stack
bad_save_user_regs
bl do_data_abort
.align 5
not_used:
get_bad_stack
bad_save_user_regs
bl do_not_used
#ifdef CONFIG_USE_IRQ
.align 5
irq:
get_irq_stack
irq_save_user_regs
bl do_irq
irq_restore_user_regs
.align 5
fiq:
get_fiq_stack
/* someone ought to write a more effiction fiq_save_user_regs */
irq_save_user_regs
bl do_fiq
irq_restore_user_regs
#else
.align 5
irq:
get_bad_stack
bad_save_user_regs
bl do_irq
.align 5
fiq:
get_bad_stack
bad_save_user_regs
bl do_fiq
#endif

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