sbi-firmware代码解析

原创已于 2025-07-03 14:09:43 修改 · 887 阅读

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于 2025-07-03 14:03:08 首次发布

基于opensbi-1.2 分析

1. fw_base.S

这段代码是一个 RISC-V 架构下的固件启动程序，用于在系统启动时执行初始化操作、重定位代码、设置内存保护、处理中断和异常，并最终将控制权传递给下一个启动阶段。以下是逐步解释：

1.1 初始化和准备工作

fw_boot_hart：尝试获取启动的 HART（硬件线程）的 ID，并将其存储在 a6 中。
fw_save_info：用于保存启动阶段的信息，默认实现为空操作。
fw_next_arg1：获取下一个启动阶段的参数1，如果定义了 FW_PAYLOAD_FDT_ADDR，则返回该地址，否则返回 a1 的值。
fw_next_addr：获取下一个启动阶段的地址，返回 payload_bin 的地址。
fw_next_mode：设置下一个启动阶段的模式为 S 模式。
fw_options：提供启动选项，默认返回0。

1.2 重定位代码

_relocate：如果加载地址和链接地址不一致，将代码从加载地址重定位到链接地址。
_relocate_done：标记重定位完成，更新 _boot_status。

1.3 初始化平台和固件

fw_platform_init：调用平台初始化函数，配置内存保护和平台资源。
_bss_zero：将 BSS 区域清零，确保未初始化的全局变量为0。

1.4 设置临时环境

设置临时的陷阱处理程序和栈空间，以便在启动过程中处理中断和异常。
调用 fw_save_info 保存启动信息。

1.5 处理设备树（FDT）

如果定义了 FW_FDT_PATH，将设备树从源地址复制到目标地址。

1.6 启动非启动 HART

_wait_relocate_copy_done：等待重定位完成。
_start_warm：初始化非启动 HART 的寄存器、栈和陷阱处理程序。

1.7 中断和异常处理

_trap_handler 和 _trap_exit：处理中断和异常，保存和恢复寄存器状态。

1.8 内存和寄存器操作

memcpy、memset、memmove、memcmp：映射到 SBI 提供的内存操作函数。

1.9 代码逻辑

重定位：将代码从加载地址复制到链接地址，以确保代码在正确的地址执行。
平台初始化：配置内存保护和平台资源，确保系统的安全性和正确性。
设备树处理：将设备树从一个地址复制到另一个地址，以便内核可以使用它来配置硬件。
多 HART 支持：初始化非启动 HART 的寄存器、栈和陷阱处理程序，确保所有 HART 都能正确运行。

1.10 输出

这个启动程序确保 RISC-V 系统在启动时正确配置寄存器、内存和设备树，并为后续的启动过程准备好参数和模式。它还处理中断和异常，确保系统的稳定性和可靠性。

这个启动程序确保在 RISC-V 系统启动时正确配置寄存器、内存和设备树，并为后续的启动过程准备好参数和模式。

2. fw_dynamic.S

这段代码是一个 RISC-V 架构下的固件启动程序的一部分，它处理动态信息的验证和保存，以确保启动过程的正确性和安全性。以下是逐步解释：

2.1 代码解析

处理错误的动态信息：
```
_bad_dynamic_info:
    wfi
    j     _bad_dynamic_info
```
- 如果动态信息验证失败，进入一个无限循环，使处理器等待中断（wfi），然后继续循环。

获取启动 HART ID：

fw_boot_hart:
    /* Sanity checks */
    li   a1, FW_DYNAMIC_INFO_MAGIC_VALUE
    REG_L    a0, FW_DYNAMIC_INFO_MAGIC_OFFSET(a2)
    bne  a0, a1, _bad_dynamic_info
    li   a1, FW_DYNAMIC_INFO_VERSION_MAX
    REG_L    a0, FW_DYNAMIC_INFO_VERSION_OFFSET(a2)
    bgt  a0, a1, _bad_dynamic_info

    /* Read boot HART id */
    li   a1, FW_DYNAMIC_INFO_VERSION_2
    blt  a0, a1, 2f
    REG_L    a0, FW_DYNAMIC_INFO_BOOT_HART_OFFSET(a2)
    ret
2:  li   a0, -1
    ret

验证动态信息的魔数（FW_DYNAMIC_INFO_MAGIC_VALUE）和版本（FW_DYNAMIC_INFO_VERSION_MAX）。
如果动态信息的版本大于支持的最大版本，返回错误。
如果动态信息的版本大于等于 2，则从动态信息中读取启动 HART ID；否则返回 -1。

保存启动信息：

fw_save_info:
    /* Save next arg1 in 'a1' */
    lla  a4, _dynamic_next_arg1
    REG_S    a1, (a4)

    /* Save version == 0x1 fields */
    lla  a4, _dynamic_next_addr
    REG_L    a3, FW_DYNAMIC_INFO_NEXT_ADDR_OFFSET(a2)
    REG_S    a3, (a4)
    lla  a4, _dynamic_next_mode
    REG_L    a3, FW_DYNAMIC_INFO_NEXT_MODE_OFFSET(a2)
    REG_S    a3, (a4)
    lla  a4, _dynamic_options
    REG_L    a3, FW_DYNAMIC_INFO_OPTIONS_OFFSET(a2)
    REG_S    a3, (a4)

    /* Save version == 0x2 fields */
    li   a4, FW_DYNAMIC_INFO_VERSION_2
    REG_L    a3, FW_DYNAMIC_INFO_VERSION_OFFSET(a2)
    blt  a3, a4, 2f
    lla  a4, _dynamic_boot_hart
    REG_L    a3, FW_DYNAMIC_INFO_BOOT_HART_OFFSET(a2)
    REG_S    a3, (a4)
2:
    ret

保存下一个启动阶段的参数（next arg1）。
根据动态信息的版本，保存不同的字段，包括下一个启动地址、模式和选项。
如果动态信息的版本大于等于 2，还保存启动 HART ID。

获取下一个启动参数：

fw_next_arg1:
    lla  a0, _dynamic_next_arg1
    REG_L    a0, (a0)
    ret

返回保存的下一个启动参数。

获取下一个启动地址：

fw_next_addr:
    lla  a0, _dynamic_next_addr
    REG_L    a0, (a0)
    ret

返回保存的下一个启动地址。

获取下一个启动模式：

fw_next_mode:
    lla  a0, _dynamic_next_mode
    REG_L    a0, (a0)
    ret

返回保存的下一个启动模式。

获取启动选项：

fw_options:
    lla  a0, _dynamic_options
    REG_L    a0, (a0)
    ret

返回保存的启动选项。

动态信息变量：

_dynamic_next_arg1:
    RISCV_PTR 0x0
_dynamic_next_addr:
    RISCV_PTR 0x0
_dynamic_next_mode:
    RISCV_PTR PRV_S
_dynamic_options:
    RISCV_PTR 0x0
_dynamic_boot_hart:
    RISCV_PTR -1

定义动态信息相关的变量，用于存储下一个启动参数、地址、模式、选项和启动 HART ID。

2.2 代码逻辑

动态信息验证：在 fw_boot_hart 中验证动态信息的魔数和版本，以确保动态信息的完整性和兼容性。
信息保存：在 fw_save_info 中保存动态信息中的关键字段，包括下一个启动参数、地址、模式和选项。
参数获取：通过 fw_next_arg1、fw_next_addr、fw_next_mode 和 fw_options 提供保存的启动信息，供后续启动阶段使用。

2.3 输出

该代码确保在 RISC-V 系统启动时正确验证和保存动态信息，为后续的启动过程提供必要的参数和配置。它处理了动态信息的验证、保存和传递，确保启动过程的正确性和安全性。

这个启动程序确保在 RISC-V 系统启动时正确验证和保存动态信息，为后续的启动过程提供必要的参数和配置。它处理了动态信息的验证、保存和传递，确保启动过程的正确性和安全性。

3.fw_jump.S

这段代码是一个 RISC-V 架构下的固件启动程序，用于在系统启动时执行一些关键的初始化操作，并将控制权传递给下一个启动阶段。以下是对代码的详细解释：

3.1 代码解析

fw_boot_hart 函数:
```
fw_boot_hart:
    li   a0, -1
    ret
```
- 该函数在系统启动的早期阶段被调用，用于确定启动的 HART（硬件线程）ID。
- 它将寄存器 a0 设置为 -1，表示没有特定的 HART ID 被选中作为启动 HART。
- 这个函数返回后，a0 的值将作为启动 HART 的 ID。
fw_save_info 函数:
```
fw_save_info:
    ret
```
- 该函数用于保存启动阶段的信息。
- 目前实现为空操作（直接返回），表示没有具体的保存逻辑。这可能是一个占位符，供后续实现使用。
fw_next_arg1 函数:
```
fw_next_arg1:
#ifdef FW_JUMP_FDT_ADDR
    li   a0, FW_JUMP_FDT_ADDR
#else
    add  a0, a1, zero
#endif
    ret
```
- 该函数用于设置下一个启动阶段的参数1。
- 如果定义了 FW_JUMP_FDT_ADDR，则将 a0 设置为该地址；否则，将 a1 的值复制到 a0。
- 这个参数通常用于传递设备树（FDT）的地址。
fw_next_addr 函数:
```
fw_next_addr:
    lla  a0, _jump_addr
    REG_L    a0, (a0)
    ret
```
- 该函数用于设置下一个启动阶段的入口地址。
- 使用 lla 指令将 _jump_addr 的地址加载到 a0 中，然后返回。
fw_next_mode 函数:
```
fw_next_mode:
    li   a0, PRV_S
    ret
```
- 该函数用于设置下一个启动阶段的模式。
- 将 a0 设置为 PRV_S，表示下一个阶段将在 S 模式（监督模式）下运行。
fw_options 函数:
```
fw_options:
    add  a0, zero, zero
    ret
```
- 该函数用于设置启动选项。
- 将 a0 设置为 0，表示没有特定的启动选项。
_jump_addr 定义:
```
#ifndef FW_JUMP_ADDR
#error "Must define FW_JUMP_ADDR"
#endif

_jump_addr:
    RISCV_PTR FW_JUMP_ADDR
```
- 确保必须定义 FW_JUMP_ADDR，否则编译时报错。
- _jump_addr 是一个全局符号，表示下一个启动阶段的入口地址。它被定义为 FW_JUMP_ADDR 的值。