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bowei181  (东城)
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uboot-的start.S详细注解及分析 .

  发布于:2015-09-18

声明:该贴是通过参考其他人的帖子整理出来,从中我加深了对uboot的理解,我知道对其他人一定也是有很大的帮助,不敢私藏,如果里面的注释有什么错误请给我回复,我再加以修改。有些部分可能还没解释清楚,如果您觉得有必要注释,希望指出。再次强调该贴的大部分功劳应该归功于那些原创者,由于粗心,我没有留意参考的出处。我的目的是想让大家共同进步。希望大家念在我微不足道的心意,能够积极回馈,以便使帖子更加完善。以后还会把整理的东西陆续公布出来,谢谢光临!!5e1【中国自动化网社区】fab583【http://sns.ca800.com】340

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大多数bootloader都分为stage1和stage2两部分,u-boot也不例外。依赖于CPU体系结构的代码(如设备初始化代码等)通常都放在stage1且可以用汇编语言来实现,而stage2则通常用C语言来实现,这样可以实现复杂的功能,而且有更好的可读性和移植性。
1、Stage1 start.S代码结构 
u-boot的stage1代码通常放在start.S文件中,他用汇编语言写成,其主要代码部分如下:
(1)定义入口。由于一个可执行的Image必须有一个入口点,并且只能有一个全局入口,通常这个入口放在ROM(Flash)的0x0地址,因此,必须通知编译器以使其知道这个入口,该工作可通过修改连接器脚本来完成。
(2)设置异常向量(Exception Vector)。
(3)设置CPU的速度、时钟频率及终端控制寄存器。
(4)初始化内存控制器。
(5)将ROM中的程序复制到RAM中。
(6)初始化堆栈。
(7)转到RAM中执行,该工作可使用指令ldr pc来完成。
2、Stage2 C语言代码部分
lib_arm/board.c中的start arm boot是C语言开始的函数也是整个启动代码中C语言的主函数,同时还是整个u-boot(armboot)的主函数,该函数只要完成如下操作:
(1)调用一系列的初始化函数。
(2)初始化Flash设备。
(3)初始化系统内存分配函数。
(4)如果目标系统拥有NAND设备,则初始化NAND设备。
(5)如果目标系统有显示设备,则初始化该类设备。
(6)初始化相关网络设备,填写IP、MAC地址等。
(7)进去命令循环(即整个boot的工作循环),接受用户从串口输入的命令,然后进行相应的工作。
3、U-Boot的启动顺序(示例,其他u-boot版本类似)
cpu/arm920t/start.S

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@文件包含处理e7【中国自动化网社区】72804b【http://sns.ca800.com】3bb06bb

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#include <config.h>
@由顶层的mkconfig生成,其中只包含了一个文件:configs/<顶层makefile中6个参数的第1个参数>.h  
#include <version.h>  
#include <status_led.h>
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/*
 *************************************************************************
 *
 * Jump vector table as in table 3.1 in [1]
 *
 *************************************************************************
 */
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注:ARM微处理器支持字节(8位)、半字(16位)、字(32位)3种数据类型
@向量跳转表,每条占四个字节(一个字),地址范围为0x0000 0000~@0x0000 0020
@ARM体系结构规定在上电复位后的起始位置,必须有8条连续的跳
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@转指令,通过硬件实现。他们就是异常向量表。ARM在上电复位后,@是从0x00000000开始启动的,其实如果bootloader存在,在执行f117b84【中国自动化网社区】4915f6【http://sns.ca800.com】11a7a8b

@下面第一条指令后,就无条件跳转到start_code,下面一部分并没@执行。设置异常向量表的作用是识别bootloader。以后系统每当有@异常出现,则CPU会根据异常号,从内存的0x00000000处开始查表@做相应的处理f117b84【中国自动化网社区】4915f6【http://sns.ca800.com】11a7a8b

/******************************************************f117b84【中国自动化网社区】4915f6【http://sns.ca800.com】11a7a8b

;当一个异常出现以后,ARM会自动执行以下几个步骤:
;1.把下一条指令的地址放到连接寄存器LR(通常是R14).---保存位置

;2.将相应的CPSR(当前程序状态寄存器)复制到SPSR(备份的程序状态寄存器)中---保存CPSR
;3.根据异常类型,强制设置CPSR的运行模式位

;4.强制PC(程序计数器)从相关异常向量地址取出下一条指令执行,从而跳转到相应的异常处理程序中
*********************************************************/
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.globl _start  /*系统复位位置,整个程序入口*/
@_start是GNU汇编器的默认入口标签,.globl将_start声明为外部程序可访问的标签,.globl是GNU汇编的保留关键字,前面加点是GNU汇编的语法
_start: b       start_code   @0x00
@ARM上电后执行的第一条指令,也即复位向量,跳转到start_code
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@reset用b,就是因为reset在MMU建立前后都有可能发生
@其他的异常只有在MMU建立之后才会发生
 ldr pc, _undefined_instruction /*未定义指令异常,0x04*/
   ldr pc, _software_interrupt   /*软中断异常
,0x08*/
   ldr pc, _prefetch_abort    /*内存操作异常
,0x0c*/
   ldr pc, _data_abort     /*数据异常
,0x10*/
   ldr pc, _not_used     /*未适用
,0x14*/
   ldr pc, _irq      /*慢速中断异常
,0x18*/
   ldr pc, _fiq      /*快速中断异常,0x1c*/
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@对于ARM数据从内存到CPU之间的移动只能通过L/S指令,如:ldr r0,0x12345678为把0x12345678内存中的数据写到r0中,还有一个就是ldr伪指令,如:ldr r0,=0x12345678为把0x12345678地址写到r0中,mov只能完成寄存器间数据的移动,而且立即数长度限制在8位f117b84【中国自动化网社区】4915f6【http://sns.ca800.com】11a7a8b

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_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为GNU ARM汇编特有的伪操作,为分配一段字内存单元(分配的单元为字对齐的),可以使用.word把标志符作为常量使用。如_fiq:.word fiq即把fiq存入内存变量_fiq中,也即是把fiq放到地址_fiq中。
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 .balignl 16,0xdeadbeef
@.balignl是.balign的变体
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@ .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f117b84【中国自动化网社区】4915f6【http://sns.ca800.com】11a7a8b

@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
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@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 */
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