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上节烧写了 uboot 到开发板，不能运行。这节咱们剖析 uboot 从新编译 uboot，由最初一条链接命令开始剖析 uboot
@[TOC]
下图为编译 uboot 后显示的最初一条链接命令。
1. 剖析 start.S
关上 uboot.lds, 发现链接地址为 0，所以新的 uboot 只能在 nor flash 运行。运行开始文件为 start.o。
上面咱们剖析 arch/arm/cpu/arm920t/start.S
从 start_code 开始运行
.globl _start // 申明_start 全局符号, 这个符号会被 lds 链接脚本用到
_start:
b start_code // 跳转到 start_code 符号处,0x00
ldr pc, _undefined_instruction //0x04
ldr pc, _software_interrupt //0x08
ldr pc, _prefetch_abort //0x0c
ldr pc, _data_abort //0x10
ldr pc, _not_used //0x14
ldr pc, _irq //0x18
ldr pc, _fiq //0x20
_undefined_instruction: .word undefined_instruction
// 定义_undefined_instruction 指向 undefined_instruction(32 位地址)
_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 //balignl 应用，参考 http://www.cnblogs.com/lifexy/p/7171507.html2._start 会跳转到 start_code 处
start_code:
/* 设置 CPSR 寄存器, 让 CPU 进入管理模式 */
mrs r0, cpsr // 读出 cpsr 的值
bic r0, r0, #0x1f // 清位
orr r0, r0, #0xd3 // 位或
msr cpsr, r0 // 写入 cpsr
#if defined(CONFIG_AT91RM9200DK) || defined(CONFIG_AT91RM9200EK)
/*
* relocate exception table
*/
ldr r0, =_start
ldr r1, =0x0 //r1 等于异样向量基地址
mov r2, #16
copyex:
subs r2, r2, #1 // 减 16 次,s 示意每次减都要更新条件标记位
ldr r3, [r0], #4
str r3, [r1], #4 // 将_start 标号后的 16 个符号存到异样向量基地址 0x0~0x3c 处
bne copyex // 直到 r2 减为 0
#endif
#ifdef CONFIG_S3C24X0
/* 关看门狗 */
# define pWTCON 0x53000000
# define INTMSK 0x4A000008 /* Interrupt-Controller base addresses */
# define INTSUBMSK 0x4A00001C
# define CLKDIVN 0x4C000014 /* clock divisor register */
ldr r0, =pWTCON
mov r1, #0x0
str r1, [r0] // 关看门狗, 使 WTCON 寄存器 =0
/* 关中断 */
mov r1, #0xffffffff
ldr r0, =INTMSK
str r1, [r0] // 敞开所有中断
# if defined(CONFIG_S3C2410)
ldr r1, =0x3ff
ldr r0, =INTSUBMSK
str r1, [r0] // 敞开次级所有中断
# endif
/* 设置时钟频率, FCLK:HCLK:PCLK = 1:2:4 , 而 FCLK 默认为 120Mhz*/
ldr r0, =CLKDIVN
mov r1, #3
str r1, [r0]
#ifndef CONFIG_SKIP_LOWLEVEL_INIT
bl cpu_init_crit // 敞开 mmu, 并初始化各个 bank
#endif
call_board_init_f:
ldr sp, =(CONFIG_SYS_INIT_SP_ADDR) //CONFIG_SYS_INIT_SP_ADDR=0x30000f80
bic sp, sp, #7 //sp=0x30000f80
ldr r0,=0x00000000
bl board_init_f下面的 CONFIG_SYS_INIT_SP_ADDR =0x30000f80, 是通过 arm-linux-objdump -D u-boot>u-boot.dis 生成反汇编, 而后从 u -boot.dis 失去的。
3. 而后进入第一个 C 数:board_init_f()
该函数次要工作是：
清空 gd 指向的构造体、通过 init_sequence 函数数组, 来初 始化各个函数以及逐渐填充 gd 构造体，最初划分内存区域, 将数据保留在 gd 里, 而后调用 relocate_code()对 uboot 重定位。
(gd 是用来传递给内核的参数)
1)具体代码如下所示:
void board_init_f(ulong bootflag) // bootflag=0x00000000
{
bd_t *bd;
init_fnc_t **init_fnc_ptr; // 函数指针
gd_t *id;
ulong addr, addr_sp;
#ifdef CONFIG_PRAM
ulong reg;
#endif
bootstage_mark_name(BOOTSTAGE_ID_START_UBOOT_F, "board_init_f");
/* Pointer is writable since we allocated a register for it */
gd = (gd_t *) ((CONFIG_SYS_INIT_SP_ADDR) & ~0x07); 其中 gd 是一个全局变量, 用来传递给内核的参数用的, 如下图所示, 在 arch/arn/include/asm/global_data.h 中定义,*gd 指向 r8 寄存器, 所以 r8 专门提供给 gd 应用
而 CONFIG_SYS_INIT_SP_ADDR, 在之前失去 =0x30000f80, 所以 gd=0x30000f80
2) 持续来看 board_init_f():
__asm__ __volatile__("": : :"memory"); //memory: 让 cpu 从新读取内存的数据
memset((void *)gd, 0, sizeof(gd_t)); // 将 0x30000f80 地址上的 gd_t 构造体清 0
gd->mon_len = _bss_end_ofs;
// _bss_end_ofs =__bss_end__ - _start, 在反汇编找到等于 0xae4e0, 所以 mon_len 等于 uboot 的数据长度
gd->fdt_blob = (void *)getenv_ulong("fdtcontroladdr", 16, (uintptr_t)gd->fdt_blob);
for (init_fnc_ptr = init_sequence; *init_fnc_ptr; ++init_fnc_ptr)
// 调用 init_sequence[]数组里的各个函数
{if ((*init_fnc_ptr)() != 0) // 执行函数, 若函数执行出错, 则进入 hang()
{hang (); // 打印错误信息, 而后始终 while
}
} 下面的 init_sequence[]数组里存了各个函数, 比方有:
board_early_init_f(): 设置零碎时钟, 设置各个 GPIO 引脚
timer_init(): 初始化定时器
env_init(): 设置 gd 的成员变量
init_baudrate(): 设置波特率
dram_init(): 设置 gd->ram_size= 0x04000000(64MB）
3) 持续来看 board_init_f():
addr = CONFIG_SYS_SDRAM_BASE + gd->ram_size; // addr=0x34000000
// CONFIG_SYS_SDRAM_BASE: SDRAM 基地址, 为 0X30000000
// gd->ram_size: 等于 0x04000000
#if !(defined(CONFIG_SYS_ICACHE_OFF) && defined(CONFIG_SYS_DCACHE_OFF))
/* reserve TLB table */
addr -= (4096 * 4); //addr=33FFC000
addr &= ~(0x10000 - 1); // addr=33FF0000,
gd->tlb_addr = addr; // 将 64kB 调配给 TLB, 所以 TLB 地址为 33FF0000~33FFFFFF
#endif
/* round down to next 4 kB limit */
addr &= ~(4096 - 1); //4kb 对齐, addr=33FF0000
debug("Top of RAM usable for U-Boot at: %08lx\n", addr);
/*
* reserve memory for U-Boot code, data & bss
* round down to next 4 kB limit
*/
addr -= gd->mon_len; // 在后面剖析过 gd->mon_len=0xae4e0,
// 所以 addr=33FF0000 -0xae4e0=33F41B20,
addr &= ~(4096 - 1); //4095=0xfff,4kb 对齐, addr=33F41000
// 所以调配给 uboot 各个段的重定位地址为 33F41000~33FFFFFF
debug("Reserving %ldk for U-Boot at: %08lx\n", gd->mon_len >> 10, addr);
#ifndef CONFIG_SPL_BUILD
addr_sp = addr - TOTAL_MALLOC_LEN; // 调配一段 malloc 空间给 addr_sp
//TOTAL_MALLOC_LEN=1024*1024*4, 所以 malloc 空间为 33BF1000~33F40FFF
addr_sp -= sizeof (bd_t); // 调配一段 bd_t 构造体大的空间
bd = (bd_t *) addr_sp; //bd 指向刚刚调配进去的 bd_t 构造体
gd->bd = bd; // 0x30000f80 处的 gd 变量的成员 bd 等于 bd_t 基地址
addr_sp -= sizeof (gd_t); // 调配一个 gd_t 构造体大的空间
id = (gd_t *) addr_sp; //id 指向刚刚调配的 gd_t 构造体
gd->irq_sp = addr_sp; //0x30000f80 处的 gd 变量的成员 irq_sp 等于 gd_t 基地址
addr_sp -= 12;
addr_sp &= ~0x07;
... ...
relocate_code(addr_sp, id, addr); // 进入 relocate_code()函数, 重定位代码, 以及各个符号
// addr_sp: 栈顶, 该栈顶向上的地位用来寄存 gd->irq_sp、id、gd->bd、malloc、uboot、TLB(64kb),
//id: 寄存 gd_t 构造体的首地址
// addr: 等于寄存 uboot 重定位地址 33F41000
}执行完 board_init_f()后, 最终内存会划分如下图所示:
其实此时 uboot 还在 flash 中运行, 而后会进入 start.S 的 relocate_code()里进行 uboot 重定位
4. 接下来进入重定位
1)start.S 的 relocate_code()代码如下所示
relocate_code:
mov r4, r0 /* save addr_sp */ // addr_sp 栈顶值
mov r5, r1 /* save addr of gd */ // id 值
mov r6, r2 /* save addr of destination */ // addr 值:uboot 重定位地址
/* Set up the stack */
stack_setup:
mov sp, r4 // 设置栈 addr_sp
adr r0, _start // 在顶层目录下 system.map 符号文件中找到_start =0, 所以 r0=0
cmp r0, r6 // 判断_start(uboot 重定位之前的地址)和 addr(重定位地址)是否一样
beq clear_bss /* skip relocation */
mov r1, r6 /* r1 <- scratch for copy_loop */ //r1= addr(重定位地址)
ldr r3, _bss_start_ofs //_bss_start_ofs=__bss_start - _start(uboot 代码大小)
add r2, r0, r3 /* r2 <- source end address*/ //r2= uboot 重定位之前的完结地址
copy_loop:
ldmia r0!, {r9-r10} /* copy from source address [r0] */
// 将 r0 处的两个 32 位数据拷到 r9-r10 中, 而后 r0+=8
stmia r1!, {r9-r10} /* copy to target address [r1]*/
// 将拷进去的两个数据放入 r1(重定位地址)处, 而后 r1+=8
cmp r0, r2 /* until source end address [r2]*/ // 判断拷贝的数据是否到完结地址
blo copy_loop 下面只是把代码复制到 SDRAM 上, 而链接地址内容却没有扭转, 比方异样向量 0x04 的代码内容还是 0x1e0,
咱们以异样向量 0x04 为例, 来看它的反汇编:
如上图所示, 即便 uboot 在 SDRAM 运行, 因为代码没批改,PC 也会跳到 0x1e0(flash 地址)上, 和之前老的 uboot 有很大区别, 以前老的 uboot 间接是应用的 SDRAM 链接地址, 如下图所示:
所以, 新的 uboot 采纳了动静链接地址的办法, 在链接脚本 uboot.lds 中, 能够看到这两个段 (.rel.dyn、.dynsym):
该两个段里, 便是保留了各个文件的绝对动静信息(.rel.dyn)、动静链接地址的符号(.dynsym)
以上图的.rel.dyn 段为例来剖析, 找到__rel_dyn_start 符号处:
如上图所示, 其中 0x17 示意的是符号的完结标记位, 咱们以 0x20 为例来解说:
在之前, 咱们讲过 0x20 外面保留的是异样向量 0x04 跳转的地址(0x1e0), 如下图所示:
所以, 接下来的代码, 便会依据 0x20 里的值 0x1e0(flash 地址), 将 SDRAM 的 33F41000+0x20 的内容改为 33F41000+0x1e0(SDRAM 地址), 来扭转 uboot 的链接地址
2) 重定位的残余代码, 如下所示:
#ifndef CONFIG_SPL_BUILD
/*
* fix .rel.dyn relocations
*/
ldr r0, _TEXT_BASE /* r0 <- Text base */ //r0=text 段基地址 =0
sub r9, r6, r0 /* r9 <- relocation offset */ //r9= 重定位后的偏移值 =33F41000
ldr r10, _dynsym_start_ofs /* r10 <- sym table ofs */
//_dynsym_start_ofs =__dynsym_start - _start=0x73608
// 所以 r10= 动静符号表的起始偏移值 =0x73608
add r10, r10, r0 /* r10 <- sym table in FLASH */
//r10=flash 上的动静符号表基地址 =0x73608
ldr r2, _rel_dyn_start_ofs /* r2 <- rel dyn start ofs */
//r2=__rel_dyn_start - _start=0x6b568
// 所以 r2= 绝对动静信息的起始偏移值 =0x6b568
add r2, r2, r0 /* r2 <- rel dyn start in FLASH */
//r2=flash 上的绝对动静信息基地址 =0x6b568
ldr r3, _rel_dyn_end_ofs /* r3 <- rel dyn end ofs */
// _rel_dyn_end_ofs=__rel_dyn_end - _start=00073608
// 所以 r3= 绝对动静信息的完结偏移值 =00073608
add r3, r3, r0 /* r3 <- rel dyn end in FLASH */
//r3=flash 上的绝对动静信息完结地址 =0x6b568
fixloop:
ldr r0, [r2] /* r0 <- location to fix up, IN FLASH! */
// 以 0x20 为例,r0=0x6b568 地址处的内容 = 0x20
add r0, r0, r9 /* r0 <- location to fix up in RAM */
//r0=33F41000+0x20=33F41020
ldr r1, [r2, #4] //r1= 33F41024 地址处的内容 =0x17
and r7, r1, #0xff
cmp r7, #23 /* relative fixup? */ //0x17=23, 所以相等
beq fixrel // 跳到:fixerl
cmp r7, #2 /* absolute fixup? */
beq fixabs
/* ignore unknown type of fixup */
b fixnext
fixabs:
/* absolute fix: set location to (offset) symbol value */
mov r1, r1, LSR #4 /* r1 <- symbol index in .dynsym */
add r1, r10, r1 /* r1 <- address of symbol in table */
ldr r1, [r1, #4] /* r1 <- symbol value */
add r1, r1, r9 /* r1 <- relocated sym addr */
b fixnext
fixrel:
/* relative fix: increase location by offset */
ldr r1, [r0] //r1=33F41020 地址处的内容 =0x1e0
add r1, r1, r9 //r1=0x1e0+33F41000= 33F411e0
fixnext:
str r1, [r0] // 扭转链接地址里的内容, 33F41020=33F411e0 (之前为 0x1e0)
add r2, r2, #8 //r2 等于下一个绝对动静信息 (0x24) 的地址
cmp r2, r3 // 若没到尾部__rel_dyn_end, 便继续执行: fixloop
blo fixloop
#endif5. 革除 bss 段
/* 重定位实现后, 革除 bss 段 */
clear_bss:
#ifndef CONFIG_SPL_BUILD
ldr r0, _bss_start_ofs // 获取 flash 上的 bss 段起始地位
ldr r1, _bss_end_ofs // 获取 flash 上的 bss 段完结地位
mov r4, r6 /* reloc addr */ // 获取 r6(SDRAM 上的 uboot 基地址)
add r0, r0, r4 // 加上重定位偏移值, 失去 SDRAM 上的 bss 段起始地位
add r1, r1, r4 // 失去 SDRAM 上的 bss 段完结地位
mov r2, #0x00000000 /* clear*/
clbss_l:
str r2, [r0] /* clear loop... */ // 开始革除 SDRAM 上的 bss 段
add r0, r0, #4
cmp r0, r1
bne clbss_l
bl coloured_LED_init
bl red_led_on
#endif5.1 持续往下剖析
#ifdef CONFIG_NAND_SPL // 未定义, 所以不执行
... ...
#else // 执行 else
ldr r0, _board_init_r_ofs //r0=flash 上的 board_init_r()函数地址偏移值
adr r1, _start //0
add lr, r0, r1 // 返回地址 lr=flash 上的 board_init_r()函数
add lr, lr, r9 // 加上重定位偏移值 (r9) 后,lr=SDRAM 上的 board_init_r()函数
/* setup parameters for board_init_r */
mov r0, r5 /* gd_t */ //r0=id 值
mov r1, r6 /* dest_addr */ //r1=uboot 重定位地址
/* jump to it ... */
mov pc, lr // 跳转: board_init_r()函数
_board_init_r_ofs:
.word board_init_r - _start // 获取在 flash 上的 board_init_r()函数地址偏移值
#endif 从下面代码看出, 接下来便会进入 uboot 的 board_init_r()函数, 该函数会对各个外设初始化、环境变量初始化等.
uboot 的启动过程到此便完结了。
下一节咱们将新建一块单板反对 S3C2440。
如遇到排版错乱的问题，能够通过以下链接拜访我的 CSDN。
**CSDN:[CSDN 搜寻“嵌入式与 Linux 那些事”]
正文完
