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结合PXA270 Bootloader实例详细分析ARM映象文件

时间:2009-05-26  来源:cumann


    最近花了一个月的时间终于把PXA270的板子Bootloader 部分整出来了,颇费周折;其中的很长一段时间,一直被ARM可执行程序的执行机理迷惑:搞不懂ARM的映象文件组成、代码重定位、地址重映射remap等,网上查了N多资料看了N多技术帖子总算整清楚。如今写出来整理一下思路,也为其它初始进入ARM系统设计的兄弟们提供点资料借鉴,少走些弯路是好。
    ARM学习过程中,初学者最难突破的应当是ARM映象文件形态和ARM启动代码分析了,本文将以我的Bootloader源码为例,力求作个透彻分析。
      如下给出我的开发环境: ²        Cpu:INTEL PXA270 (ARM V5TE) ²        Board:INTEL MAINSTONE 2 ²      Memory:64MByte SDRAM,32MByte NorFlash(Inte E28F128),32MByte NandFlash ²      Cross-complier:cross_3.3.2 一、关于映象文件和load region和execute region: 1.       ARM映象文件组成 我们在ADS中编译源代码文件后的生成文件有两个:.axf和.bin文件。.bin文件是二进制格式执行文件,它才是真正可下载到FLASH中运行的;.axf文件是ADS的调试文件,利用UltraEdit查看其二进制代码,可以发现.axf其实是在.bin文件基础上增加文件头标识、文件尾表示(U-boot中的mkimage工具在映象文件中加入64kbyte的文件头,以供U-Boot识别)、再插入ADS的调试符号。打开ADS的调试器,可对.axf文件调试。 2.       ARM映象文件加载域(load region)、运行域(execute region) 看了很多ARM教材这方面都没怎么涉及,有的书本提到感觉始终太过术语话,不太好明白。这里我首先对些关键概念做个简单名词解释,相信大家一看就懂: ²        RO:Read-only
RW:Read-write.
ZI:Zero-initialized
²        段(Section):描述映像文件的代码或数据块。 ²        输入段(input section):它包含着代码,初始化数据或标记了在应用程序运行之前必须要初始化为0的一段内存。 ²        输出段(output section):它包含了一系列具有相同的RO,RW或ZI属性的输入段。 ²        域(Regions):在一个映像文件中,一个域包含了1至3个输出段。1个或多个域(一般是一个)组织在一起,就构成了最终的映像文件。 ²        加载时地址:是指映像文件位于存储器(在该映像文件没有运行时,如FLASH)中的地址。 ²        运行时地址:是指映像文件在运行时的地址(映象文件内存中运行)。 其实举个实例来分析:我的源代码编译后生成的二进制zybootloader.bin文件就是一个域,打开ADS的”Realese Settings”标签页“listing”,选中“Image map””Symbols”,编译生成目标文件时,ADS就会生成映象、符号的地址表。观察发现它由三个输出段组成:RO、RW、ZI,各输出段大小如图: 二、    源代码详细分析 说了这么多,拿我自己的Bootloader启动代码来给大家分析一下,就再清楚不过的了。 Bootloader在进入C代码运行之前,先经历一些代码位置无关的顺序初始化例程: ²        获取外部目标头文件,声明外部变量 ²        主程序入口,定义中断向量表,跳转到复位异常 ²        设置处理器工作模式为SVC,并禁止中断(bootloader运行过程中一直都要禁止) ²        初始化GPIO、内存控制寄存器 ²        初始化电源管理寄存器,设置CPU工作频率时钟 ²        为六大中断分配堆栈空间 以上步骤大家结合datasheet可以对照看懂。 最后一步,最最关键的啦,Bootloader将要做个“乾坤大挪移”动作,然后对ZI区清零: Step 1:复制RO到SDRAM,程序将无缝切换到SDRAM空间运行;   Step 2:复制RW到SDRAM,这里包括已初始化的全局变量;并且对ZI段未初始化的全局变量全部清零!OK,现在程序可以安全跳入C主函数运行了!下图为两步的示意图,其中: |Image$$RO$$Base| ; RO段起始地址 |Image$$RO$$Limit| ; RO段结束地址加1  |Image$$RW$$Base| ; RW段起始地址 |Image$$RW$$Limit| ; RW段结束地址加1 |Image$$ZI$$Base| ; ZI段起始地址 |Image$$ZI$$Limit| ; ZI段结束地址加1 编译器从R0_base 和RW_base来得到这些地址。

500)this.width=500;" border=0>

  源代码详细分析:

;/************************************************************************ /
;Step 1 将FLASH的CODE拷贝到SDRAM中(RO_BASE指定的地址)
;===============================================
       ;bl xlli_icache_enable ; Enable I-Cache, D-Cache, BTB
       ;don't enable cache, make it's safe for download and
       ;bl LedFlash ;led flash test after xlli_icache_enable, hzh
       IF RELOCATE_ROM=1
       adr r0, MAIN
       ldr r2, BaseOfROM
       cmp r0, r2
       ldreq r0, TopOfROM
       beq InitRam
       ldr r3, TopOfROM
0
       ldmia {r4-r7}
       stmia {r4-r7}
       cmp r2, r3
       bcc %B0;无符号数小于

500)this.width=500;" border=0>


       
       sub r2, r2, r3 ; r2 超出r3
       sub r0, r0, r2 ;确保取得RW区精确起始地址
;Step 2:初始化SDRAM,将RW段拷贝到SDRAM
InitRam
       ldr r2, BaseOfBSS
       ldr r3, BaseOfZero
0
       cmp r2, r3
       ldrcc r1, [r0], #4
       strcc r1, [r2], #4
       bcc %B0
;对SDRAM ZI段清零
       mov r0, #0
       ldr r3, EndOfBSS
1
       cmp r2, r3
       strcc r0, [r2], #4
       bcc %B1
       

500)this.width=500;" border=0>


;跳转到C的主函数Main中
       
       ldr pc, =GotoMain
GotoMain
       ;mov r0, #3
       ;bl LedSet
       ;IF :DEF: BOOTABLE
       ldr r0, EndOfBSS
       ;ELSE
       ;ldr r0,=|Image$$ZI$$Limit|
       ;
       bl PlatformMain
       b GotoMain
       ENDIF
BaseOfROM DCD |Image$$RO$$Base|
TopOfROM DCD |Image$$RO$$Limit|
BaseOfBSS DCD |Image$$RW$$Base|
BaseOfZero DCD |Image$$ZI$$Base|
EndOfBSS DCD |Image$$ZI$$Limit|

       二、    后续 已经今天暂且写到这里,PXA270的Bootloader已经做成功了,后面将会结合自己的开发笔记陆续对U-Boot 1.1.6在我的开发板PXA270上的移植流程和LINUX内核启动代码作分析。  
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