4．2 u-boot源码分析 --- 启动第一阶段
分析代码当然要从上电后执行的第一条指令开始看起咯, 那第一条指令在哪呢？ 还是以smdk2410为例，我们看它的链接脚本：
board/smsk2410/u-boot.lds:
……
ENTRY(_start) //入口地址
SECTIONS
{
. = 0x00000000;
. = ALIGN(4);
.text :
{
cpu/arm920t/start.o (.text) //呵呵， 这个就是启动后执行的第一个文件
*(.text)
}
. = ALIGN(4);
.rodata : { *(.rodata)
}
……
}
由这个文件可知第一个执行的文件是cpu/arm920t/start.S，那第一条指令就在这里了。我们看这个文件：
cpu/arm920t/start.S:
.globl _start
_start: b reset
//复位向量
ldr pc,
_undefined_instruction
ldr pc,
_software_interrupt
ldr pc,
_prefetch_abort
ldr pc,
_data_abort
ldr pc,
_not_used
ldr pc,
_irq //中断向量
ldr pc,
_fiq //快速中断向量
_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
2410的CPU规定开机后的PC寄存器地址为0，即从0地址开始执行指令，因此我们必须把我们的程序放在正确的地址处才能正常开机。 ARM核也规定启动地址处的32个字节必须存放异常向量跳转表，里面保存有中断，异常等的处理函数地址。当系统产生中断时，必定会跳到这里来开始处理中断。具体可参考ARM方面的书籍。
由u-boot.lds可知入口地址为_start， 即开机后从_start处开始执行指令。所以第一条指令就是：
b reset //跳转到reset处进行复位处理
cpu/arm920t/start.S:
/*
* the actual reset code
*/
reset:
/*
* 让处理器进入SVC32模式，这样可以拥有特权操作，参考ARM书籍
*/
mrs r0,cpsr
bic r0,r0,#0x1f
orr r0,r0,#0xd3
msr cpsr,r0
/* turn off the
watchdog */
//CPU上操作watchdog相关的寄存器地址，可参考CPU的datasheet,这里用到的地址都是实地址，
//因为还没为MMU等部件进行初始化，也没切换操作模式呢。
#if
defined(CONFIG_S3C2400)
# define pWTCON 0x15300000
# define INTMSK 0x14400008 /*
Interupt-Controller base addresses */
# define CLKDIVN 0x14800014 /*
clock divisor register */
#elif
defined(CONFIG_S3C2410)
# define pWTCON 0x53000000
# define INTMSK 0x4A000008 /*
Interupt-Controller base addresses */
# define INTSUBMSK 0x4A00001C
# define CLKDIVN 0x4C000014 /*
clock divisor register */
#endif
#if
defined(CONFIG_S3C2400) || defined(CONFIG_S3C2410)
ldr
r0, =pWTCON
mov
r1, #0x0
str
r1, [r0] //关闭watchdog，具体寄存器含义可参考CPU手册
/*
*
mask all IRQs by setting all bits in the INTMR - default
*/
mov r1,
#0xffffffff
ldr r0,
=INTMSK
str r1,
[r0] //关闭所有的中断
# if
defined(CONFIG_S3C2410)
ldr r1,
=0x3ff
ldr r0,
=INTSUBMSK
str r1,
[r0] //关闭所有的中断
# endif
/* FCLK:HCLK:PCLK = 1:2:4 */
/* default FCLK is 120 MHz ! */
//设置HCLK为FCLK/2, PCLK为FCLK/4, FCLK为CPU产生clock,HCLK为AHB总线上的设备产生//clock, PCLK为APB总线上的设备产生clock,具体参考s3c2410的datasheet
ldr r0,
=CLKDIVN
mov r1,
#3
str r1,
[r0]
#endif /* CONFIG_S3C2400 || CONFIG_S3C2410 */
/*
* we
do sys-critical inits only at reboot,
* not
when booting from ram!
*/
//做系统相关的重要初始化，这些初始化代码只在系统重起的时候执行，
// CONFIG_SKIP_LOWLEVEL_INIT 可以看README.
#ifndef
CONFIG_SKIP_LOWLEVEL_INIT
bl cpu_init_crit //可以先看这段代码在转回来接着看后面的复位过程。
#endif
//内存配置完后，可以进行重定位操作了
#ifndef
CONFIG_SKIP_RELOCATE_UBOOT
relocate: /* 重定位u-boot到RAM中*/
adr r0,
_start /* r0 ＝ flash中的代码的起始地址*/
ldr r1,
_TEXT_BASE /* r1＝ 代码在RAM中的起始地址 */
cmp
r0, r1 /* 看是否u-boot就在RAM中运行*/
beq
stack_setup /*如果在RAM中则无需重定位*/
/*开始重定位，即把u-boot从flash中搬到RAM中去运行*/
ldr r2,
_armboot_start /*r2 = flash中代码的起始地址，看_armboot_start的定义*/
ldr r3,
_bss_start /*r3 = bss段的起始地址，_bss_start可在u-boot.lds中查看。*/
sub r2,
r3, r2 /* r2 ＝ 需要重定位的字节数*/
add r2,
r0, r2 /* r2 ＝ flash中RO,RW内容的结束地址 */
//开始把代码从flash中搬运到RAM中
copy_loop:
ldmia r0!,
{r3-r10} /*获取从r0开始的代码,存入r3—r10*/
stmia r1!,
{r3-r10} /*把r3—r10的内容存入r1所在位置，即RAM中*/
cmp r0,
r2 /*copy所有代码 */
ble copy_loop
#endif /* CONFIG_SKIP_RELOCATE_UBOOT */
/*设置栈地址*/
stack_setup:
ldr r0,
_TEXT_BASE /*upper 128 KiB: relocated
uboot*/
sub r0, r0, #CFG_MALLOC_LEN /*malloc分配内存的区域，大小以板子的配置而定，smdk2410
的在include/configs/smdk2410.h中定义*/
sub r0,
r0, #CFG_GBL_DATA_SIZE /* 存放bdinfo的区域，定义同上*/
#ifdef
CONFIG_USE_IRQ
sub r0,
r0, #(CONFIG_STACKSIZE_IRQ+CONFIG_STACKSIZE_FIQ) //保留中断所需的区域
#endif
sub sp,
r0, #12 /* 保留 12字节给
abort-stack， 并设好堆栈*/
//bss段内容清0
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
#if 0
/* try doing this stuff after the relocation
*/
ldr
r0, =pWTCON
mov
r1, #0x0
str
r1, [r0]
/*
*
mask all IRQs by setting all bits in the INTMR - default
*/
mov r1,
#0xffffffff
ldr r0,
=INTMR
str r1,
[r0]
/* FCLK:HCLK:PCLK = 1:2:4 */
/* default FCLK is 120 MHz ! */
ldr r0,
=CLKDIVN
mov r1,
#3
str r1,
[r0]
/* END stuff after relocation */
#endif
ldr pc,
_start_armboot //跳转到_start_armboot处执行。
_start_armboot: .word start_armboot
总结reset这块代码，主要完成了一下几个部分：
1. 重要部分的初始化工作，如禁止中断，关闭watchdog，初始化memory控制器等
2. 重定位boot
loader到ram
3. 设置好堆栈
4. 跳转到第2阶段执行
完成这些后，此时内存的分布情况如下：
这个图代表的是u-boot自己在内存的情况，和上面的图不一样，这里的_TEXT_BASE就是0x33F8’0000
接着看CPU_init_critical
cpu/arm920t/start.S:
/*
*************************************************************************
*
* CPU_init_critical registers
* 设置cache,TLB,MMU等寄存器
* 设置内存操作的时序
*
*************************************************************************
*/
cpu_init_crit:
/*
*
flush v4 I/D caches
*/
/*使cache和TLB无效，
可以参考data sheet*/
mov r0,
#0
mcr p15,
0, r0, c7, c7, 0 /* 使指令cache和数据cache无效 */
mcr p15,
0, r0, c8, c7, 0 /* 使TLB无效 */
/*
*
disable MMU stuff and caches
*/
mrc p15,
0, r0, c1, c0, 0 /*读出c1控制寄存器的值*/
bic r0,
r0, #0x00002300 @ clear bits 13, 9:8 (--V-
--RS)
bic r0,
r0, #0x00000087 @ clear bits 7, 2:0 (B---
-CAM),小端对齐，关闭数据cache，关
//闭错误检测，关闭MMU
orr r0,
r0, #0x00000002 @ set bit 2 (A) Align, 使能错误检测
orr r0,
r0, #0x00001000 @ set bit 12 (I) I-Cache， 使能指令cache
mcr p15,
0, r0, c1, c0, 0 /*设置c1控制寄存器*/
/*可以参考data sheet*/
/*
*
before relocating, we have to setup RAM timing
* because
memory timing is board-dependend, you will
*
find a lowlevel_init.S in your board directory.
*/
//在把u-boot重定位到RAM前，我们必须先把RAM的时序设置好，内存时序是依板子而定的，//所以这里的初始化应该由我们提供,一般在我们的板子所在目录下有个lowlevel_init.S来负//责这件事情。特定板子的目录还记得吗， 呵呵回到上面在看看。
mov ip,
lr
bl lowlevel_init
mov lr,
ip
mov pc,
lr //类似于函数返回
cpu_init_crit主要是使能了instruction
cache,关闭了MMU等部件，但是好像在u-boot后面的代码里没有看见打开MMU的操作，我猜测可能是留到了OS启动的时候再打开了吧，data cache在第二阶段的board_init下被使能。
接着看lowlevel_init。以smdk2410位例
board/smdk2410/lowlevel_init.S
_TEXT_BASE:
.word TEXT_BASE
.globl
lowlevel_init
lowlevel_init:
/* memory control configuration */
/* make r0 relative the current location so
that it */
/* reads SMRDATA out of FLASH rather than
memory ! */
// 内存控制器的配置， 配置完后就可以使用内存了
ldr
r0, =SMRDATA //在下面定义
ldr r1, _TEXT_BASE
sub r0, r0, r1
//???
ldr r1, =BWSCON /*
Bus Width Status Controller */
add
r2, r0, #13*4
0:
ldr
r3, [r0], #4
str
r3, [r1], #4 //设置内存配置寄存器，可以对着datasheet来看这里的设置，包括时
//序位宽等等, 使用一个循环来配置所有的寄存器
cmp
r2, r0
bne
0b
/* everything is fine now */
mov pc,
lr
.ltorg
/* the literal
pools origin */
//这些就是要被设置进内存配置寄存器的值，
SMRDATA:
.word
(0+(B1_BWSCON<<4)+(B2_BWSCON<<8)+(B3_BWSCON<<12)+(B4_BWSCON<<16)+(B5_BWSCON<<20)+(B6_BWSCON<<24)+(B7_BWSCON<<28))
.word
((B0_Tacs<<13)+(B0_Tcos<<11)+(B0_Tacc<<8)+(B0_Tcoh<<6)+(B0_Tah<<4)+(B0_Tacp<<2)+(B0_PMC))
.word
((B1_Tacs<<13)+(B1_Tcos<<11)+(B1_Tacc<<8)+(B1_Tcoh<<6)+(B1_Tah<<4)+(B1_Tacp<<2)+(B1_PMC))
.word
((B2_Tacs<<13)+(B2_Tcos<<11)+(B2_Tacc<<8)+(B2_Tcoh<<6)+(B2_Tah<<4)+(B2_Tacp<<2)+(B2_PMC))
.word
((B3_Tacs<<13)+(B3_Tcos<<11)+(B3_Tacc<<8)+(B3_Tcoh<<6)+(B3_Tah<<4)+(B3_Tacp<<2)+(B3_PMC))
.word
((B4_Tacs<<13)+(B4_Tcos<<11)+(B4_Tacc<<8)+(B4_Tcoh<<6)+(B4_Tah<<4)+(B4_Tacp<<2)+(B4_PMC))
.word ((B5_Tacs<<13)+(B5_Tcos<<11)+(B5_Tacc<<8)+(B5_Tcoh<<6)+(B5_Tah<<4)+(B5_Tacp<<2)+(B5_PMC))
.word
((B6_MT<<15)+(B6_Trcd<<2)+(B6_SCAN))
.word
((B7_MT<<15)+(B7_Trcd<<2)+(B7_SCAN))
.word
((REFEN<<23)+(TREFMD<<22)+(Trp<<20)+(Trc<<18)+(Tchr<<16)+REFCNT)
.word
0x32
.word 0x30
.word 0x30
这部分代码主要是设置memory的时序，位宽等参数