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php爱好者> php文档>U-boot在开发板上移植过程详解(2)---U-boot实现源码分析(第一阶段)

U-boot在开发板上移植过程详解(2)---U-boot实现源码分析(第一阶段)

时间：2011-05-22 来源：☆&寒烟☆

前边，我们说了，一般的bootloader都分为两个阶段。我在讲U-boot实现源码分析时，也是按照这连个阶段来分析，如果对这两个阶段不清楚，请看前边的博客。好了，开始今天的主题：U-boot在开发板上移植过程详解(2)---U-boot实现源码分析(start.S分析)

第一阶段：

1）一些基本的硬件初始化工作

u-boot对应的第一阶段代码放在cpu/arm920t/start.S文件中，入口代码如下：

.globl _start                 ;global声明一个符号可被其它文件引用，相当于声明了一个全局变量，.globl与.global相同
_start:    b       reset    ;b是不带返回的跳转(bl是带返回的跳转)，意思是无条件直接跳转到reset标号出执行程序
    ldr    pc, _undefined_instruction ;ldr相当于mov操作
    ldr    pc, _software_interrupt
    ldr    pc, _prefetch_abort
    ldr    pc, _data_abort
    ldr    pc, _not_used
    ldr    pc, _irq
    ldr    pc, _fiq

;.word伪操作用于分配一段字内存单元(分配的单元都是字对齐的)，并用伪操作中的expr初始化。

_undefined_instruction: .word undefined_instruction ;就是在当前地址，即_undefined_instruction 处存放 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

这部分就是异常向量表。当系统上电或复位后，将执行第一条指令，即跳转到标签为reset的代码处执行,具体如下：

reset:                                   ;设置CPU为SVC32管理模式
    mrs    r0,cpsr                     ;mrs将状态寄存器cpsr(current program status register)的内容传送至通用寄存器
    bic    r0,r0,#0x1f                ;r0和0x1f（00011111）的反码进行位与,是把 r0后面5位清零
    orr    r0,r0,#0xd3                ;r0和0xd3(11010011)进行位或,最后得到r0=11010011,目的是设置r0的后5位为10011,让ARM进入SVC特权模式
    msr    cpsr,r0

#if defined(CONFIG_S3C2400)   ;关闭看门狗
# define pWTCON        0x15300000   ;看门狗寄存器
# define INTMSK         0x14400008    ;中断屏蔽寄存器
# define CLKDIVN        0x14800014    ;时钟分频寄存器
#elif defined(CONFIG_S3C2410)
# define pWTCON        0x53000000
# define INTMSK         0x4A000008
# define INTSUBMSK    0x4A00001C   ;次级中断屏蔽寄存器
# define CLKDIVN    0x4C000014        ;时钟分频寄存器
#endif

#if defined(CONFIG_S3C2400) || defined(CONFIG_S3C2410)
    ldr       r0, =pWTCON
    mov     r1, #0x0
    str       r1, [r0]

    mov     r1, #0xffffffff                    ;屏蔽所有中断
    ldr       r0, =INTMSK
    str       r1, [r0]
# if defined(CONFIG_S3C2410)
    ldr       r1, =0x3ff
    ldr       r0, =INTSUBMSK
    str       r1, [r0]
# endif
    ldr    r0, =CLKDIVN                       ;设置时钟
    mov    r1, #3
    str    r1, [r0]
#endif    /* CONFIG_S3C2400 || CONFIG_S3C2410 */

#ifndef CONFIG_SKIP_LOWLEVEL_INIT
bl cpu_init_crit ;跳转并把转移后面紧接的一条指令地址保存到链接寄存器LR(R14)中，以此来完成子程序的调用
#endif

上面的代码将CPU设为管理模式，关闭看门狗，屏蔽中断并设置中断，最后调用cpu_init_crit函数进行cpu的初始化，代码如下：

cpu_init_crit:                                 ;清除指令和数据缓存
    mov    r0, #0
    mcr    p15, 0, r0, c7, c7, 0            ;mcr{条件} 协处理器编码, 协处理器操作码1, 目的寄存器, 源寄存器1, 源寄存器2, 协处理器操作码2

mcr p15, 0, r0, c8, c7, 0 ;mcr指令用于将ARM处理器寄存器的数据传送到协处理器寄存器中,若协处理器不能成功完成操作，则

;产生未定义指令异常。其中协处理器操作码1和协处理器操作码2为协处理器将要执行的操作，目的寄存器

;为ARM处理器的寄存器，源寄存器1和源寄存器2均为协处理器的寄存器。

    mrc    p15, 0, r0, c1, c0, 0            ;mrc 协处理器寄存器到ARM处理器寄存器的数据传送指令
    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

    mov    ip, lr                                 ;设置SDRAM控制器,与具体的目标板相关
    bl    lowlevel_init
    mov    lr, ip
    mov    pc, lr

在这个函数中做了一下工作：清除指令与数据缓存，禁用MMU与数据指令缓存，最后调用lowlevel_init函数设置SDRAM控制器。该函数的实现与具体的目标板有关的。

2）准备RAM空间

所谓准备RAM空间，就是初始化内存芯片，使它可用。在board/smdk2410/lowlevel.init.S就是这个作用，要注意这时的代码，数据都保存在NOR Flash上，内存中还没有，所以读取数据时要变换地址，如下：

_TEXT_BASE:
.word TEXT_BASE

.globl lowlevel_init
lowlevel_init:

    ;现在起三行进行地址变化，因为这时候内存中还没有数据，不能使用连接程序时确定的地址来读取数据
    ldr     r0, =SMRDATA                  ;SMBRDATA表示这13个寄存器的值存放在开始地址(连接地址)，值为0x33F8XXXX,处于内存中
    ldr     r1, _TEXT_BASE                ;获得代码段的起始地址(_TEXT_BASE=0X33F80000)
    sub    r0, r0, r1                         ;将r0和r1详解，这就是13个寄存器值在Nor Flash上存放的开始地址
    ldr     r1, =BWSCON                   ;Bus Width Status Controller
    add     r2, r0, #13*4
0:
    ldr     r3, [r0], #4
    str     r3, [r1], #4
    cmp   r2, r0
    bne    0b

mov pc, lr

.ltorg

SMRDATA: ;13个寄存器的值
.word … …

.word … …

这里做完以后，就要将整个U-boot的代码都复制到SDRAM中，这些又都在start.S中实现，如下：

relocate:                                     ;将u-boot复制到RAM中
    adr    r0, _start                         ;r0:当前代码的开始地址
    ldr     r1, _TEXT_BASE                ;r1:代码段的连接地址
    cmp   r0, r1                              ;测试现在是在Flash中还是在RAM中
    beq    stack_setup                     ;如果已经在RAM中(这通常是调试时直接下载到RAM中)，则不需要复制

    ldr     r2, _armboot_start             ;_armboot_start在前边已经定义,是第一条指令的运行地址
    ldr     r3, _bss_start                   ;在连接脚本u-boot.lds中定义，是代码的结束地址
    sub    r2, r3, r2                          ;r2=代码段的长度
    add    r2, r0, r2                         ;r2=NOR Flash上代码段的结束地址

copy_loop:
    ldmia    r0!, {r3-r10}                  ;从地址[r0]处获得数据
    stmia    r1!, {r3-r10}                  ;复制到地址[r1]处
    cmp    r0, r2                             ;复制是否复制完毕
    ble    copy_loop                        ;没复制完，则继续

接下来，就要设置栈，栈的设置灵活性很大，只要让sp寄存器指向一段没有使用的内存即可。

stack_setup:
    ldr     r0, _TEXT_BASE                                 ;_TEXT_BASE为代码段的开始地址，值为0x33F80000
    sub    r0, r0, #CFG_MALLOC_LEN                   ;代码段下面，留出一段内存以实现malloc
    sub    r0, r0, #CFG_GBL_DATA_SIZE              ;再留出一段内存，存一些全局参数
#ifdef CONFIG_USE_IRQ
    sub    r0, r0, #(CONFIG_STACKSIZE_IRQ+CONFIG_STACKSIZE_FIQ)    ;IRQ,FIQ模式的栈
#endif
    sub    sp, r0, #12                                       ;最后，留下12字节的内存给abort异常，往下的内存就都是栈了

3）跳转到第二阶段代码的C入口点

在跳转之前，还要清除BSS段(初始值为0，无初始值的全局变量，静态变量放在BSS段)，代码如下：

clear_bss:
    ldr       r0, _bss_start                 ;BSS段的开始地址，它的值在连接脚本U-boot.lds中确定
    ldr       r1, _bss_end                   ;BSS段的结束地址，它的值也在连接脚本u-boot.lds确定
    mov     r2, #0x00000000

clbss_l:str    r2, [r0]                      ;往BSS段中写入0值
    add    r0, r0, #4
    cmp    r0, r1
    ble    clbss_l

现在，c函数的运行环境已经完全准备好了，通过如下命令直接跳转(这之后，程序才在内存中执行)，它将调用lib_arm/board.c中的start_armboot函数(这是一个C语言函数)，这是第二阶段的入口点：

ldr pc, _start_armboot

_start_armboot: .word start_armboot

在第二阶段代码中，将进行更多的初始化工作，如对各种设备和接口的初始化，串口终端的初始化等。如果没有设置自动运行，则最终将进入一个循环，在循环内读取用户输入的命令并执行，这些会在下一节详细介绍。