本文详细解析UBOOT1.3.4的start.S文件，涵盖头文件包含、异常向量表构建、TEXT_BASE变量、CPU初始化、启动介质识别、栈设置、lowlevel_init函数等内容，揭示UBOOT启动第一阶段的关键步骤，包括时钟和DDR初始化、重定位及MMU启用等过程。
整个项目的入口：start.S文件，由链接脚本的ENTRY声明确定
第一部分：头文件包含：
#include <config.h>
#include <version.h>
#if defined(CONFIG_ENABLE_MMU)
#include <asm/proc/domain.h>
#endif
#include <regs.h>
#ifndef CONFIG_ENABLE_MMU
#ifndef CFG_PHY_UBOOT_BASE
#define CFG_PHY_UBOOT_BASE CFG_UBOOT_BASE
#endif
#endif
包含了四个文件：
- config.h文件。config.h是在include目录下的，这个文件不是源码中本身存在的文件，而是配置过程中自动生成的文件。（详见mkconfig脚本）。这个文件的内容其实是包含了一个头文件：#include <configs/x210_sd.h>"，所以实际包含的是include/configs/x210_sd.h文件，该文件内容是uboot配置文件，内含各种宏
- version.h文件，这个文件包含uboot的版本信息
- 第三个是asm/proc/domain.h文件，asm和proc是符号链接（第三部分讲过了），所以实际文件是：include/asm-arm/proc-armv/domain.h
- regs.h文件，也是个符号链接，指向include/s5pc110.h
启动代码的16字节头部：
#if defined(CONFIG_EVT1) && !defined(CONFIG_FUSED)
.word 0x2000
.word 0x0
.word 0x0
.word 0x0
#endif
先用四个字（16字节）填充占位，后面还需要计算校验然后重新填充
异常向量表构建：
.globl _start
_start: b reset
ldr pc, _undefined_instruction
ldr pc, _software_interrupt
ldr pc, _prefetch_abort
ldr pc, _data_abort
ldr pc, _not_used
ldr pc, _irq
ldr pc, _fiq
_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
_pad:
.word 0x12345678 /* now 16*4=64 */
- uboot只对异常进行了简单处理，因为uboot只是一段裸机代码
- 复位异常处的代码是：b reset，因此在CPU复位后真正去执行的有效代码是reset处的代码，因此reset符号处才是真正的有意义的代码开始的地方
.global _end_vect
_end_vect:
.balignl 16,0xdeadbeef
上述代码是让当前地址对齐排布，空的内存用0xdeadbeef（只是个16进制数，没什么特殊含义）填充
TEXT_BASE等变量：
_TEXT_BASE:
.word TEXT_BASE
- 链接时指定的uboot的链接地址，值就是c3e00000
- 源代码中和配置Makefile中很多变量是可以互相传递的。即有些符号的值可以从Makefile中传递到源代码中
_TEXT_PHY_BASE:
.word CFG_PHY_UBOOT_BASE
表示uboot在DDR中的物理地址 CFG_PHY_UBOOT_BASE 值为33e00000
开始真正的reset代码：
reset:
/*
* set the cpu to SVC32 mode and IRQ & FIQ disable
*/
@;mrs r0,cpsr
@;bic r0,r0,#0x1f
@;orr r0,r0,#0xd3
@;msr cpsr,r0
msr cpsr_c, #0xd3 @ I & F disable, Mode: 0x13 - SVC
- msr cpsr_c, #0xd3，表示设置cpsr寄存器，关快速中断和中断模式，设置mode为0x13(SVC模式）
- 整个uboot工作时都是SVC模式
接下来是CPU的一些初始化：
bl disable_l2cache
bl set_l2cache_auxctrl_cycle
bl enable_l2cache
/*
* Invalidate L1 I/D
*/
mov r0, #0 @ set up for MCR
mcr p15, 0, r0, c8, c7, 0 @ invalidate TLBs
mcr p15, 0, r0, c7, c5, 0 @ invalidate icache
/*
* disable MMU stuff and caches
*/
mrc p15, 0, r0, c1, c0, 0
bic r0, r0, #0x00002000 @ clear bits 13 (--V-)
bic r0, r0, #0x00000007 @ clear bits 2:0 (-CAM)
orr r0, r0, #0x00000002 @ set bit 1 (--A-) Align
orr r0, r0, #0x00000800 @ set bit 12 (Z---) BTB
mcr p15, 0, r0, c1, c0, 0
- 禁止L2 cache
- L2 cache相关初始化
- 使能L2 cache
- 刷新L1 cache 的icache 和dcache
- 关闭MMU
- 上述五步都和cpu的cache 和mmu有关，了解即可
识别并暂存启动介质的选择：
/* Read booting information */
ldr r0, =PRO_ID_BASE
ldr r1, [r0,#OMR_OFFSET]
bic r2, r1, #0xffffffc1
上述代码识别并暂存启动介质的选择，r2寄存器中存储了一个数字，这个数字等于某个特定值时就表示SD启动，等于另一个特定值时表示从Nand启动，我们采用sd启动
/* SD/MMC BOOT */
cmp r2, #0xc
moveq r3, #BOOT_MMCSD
SD启动时执行上述代码，r3中赋值#BOOT_MMCSD(0x03)，以备后用
设置栈：
/*
* Go setup Memory and board specific bits prior to relocation.
*/
ldr sp, =0xd0036000 /* end of sram dedicated to u-boot */
sub sp, sp, #12 /* set stack */
mov fp, #0
- 第一次设置栈，这是在SRAM中设置的，因为当前代码还在SRAM中运行，DDR还没初始化。栈地址自己指定
- 在调用函数前初始化栈，主要原因是在被调用的函数内还有再次调用函数，而BL只会将返回地址存储到LR中，但是我们只有一个LR，所以在第二层调用函数前要先将LR入栈，否则函数返回时第一层的返回地址就丢了
接下来跳转到lowlevel_init函数：
bl lowlevel_init /* go setup pll,mux,memory */
该函数前105行做了下面操作：
-
检查复位状态，复杂CPU允许多种复位情况。譬如直接冷上电、热启动、睡眠(低功耗)状态下的唤醒等，这些情况都属于复位。所以我们在复位代码中要去检测复位状态，来判断到底是哪种情况。
判断哪种复位的意义在于：冷上电时DDR是需要初始化才能用的；而热启动或者低功耗状态下的复位则不需要再次初始化DDR（只要确定自己的启动状态，没有这段也行） -
IO状态复位（与主线启动代码关系不大）
-
关WDT
-
SRAM,SROM相关的GPIO设置（与主线启动代码关系不大）
-
供电锁存
接下来：判断当前代码位置
/* when we already run in ram, we don't need to relocate U-Boot.
* and actually, memory controller must be configured before U-Boot
* is running in ram.
*/
ldr r0, =0xff000fff
bic r1, pc, r0 /* r0 <- current base addr of code */
ldr r2, _TEXT_BASE /* r1 <- original base addr in ram */
bic r2, r2, r0 /* r0 <- current base addr of code */
cmp r1, r2 /* compare r0, r1 */
beq 1f /* r0 == r1 then skip sdram init */
/* init system clock */
bl system_clock_init
/* Memory initialize */
bl mem_ctrl_asm_init
1:
/* for UART */
bl uart_asm_init
bl tzpc_init
上述代码作用是判定当前代码的执行位置是在SRAM还是DDR：
- 如果是冷启动，那么当前代码在SRAM中，则下面需要执行bl system_clock_init和bl mem_ctrl_asm_init来初始化时钟和DDR
- 如果是低功耗复位启动，那么BL2（全部的uboot,包括BL1）已经被复制到DDR中了，此时代码在DDR中运行，则不需要再初始化时钟和DDR，直接跳转到1：处执行下面的代码
- 这一段代码是通过读取当前运行地址和链接地址，然后处理两个地址后对比是否相等，来判定当前运行是在SRAM中（不相等）还是DDR中（相等）。从而决定是否跳过下面的时钟和DDR初始化
- r1中存放某些位被清零的运行地址，r2存放某些位被清零的连接地址。通过比较固定位来确定两个地址是否一样
- ldr r0, =0xff000fff
bic r1, pc, r0 相当于 r1 = pc & ~(ff000fff)
如果是冷启动，则需要进行初始化时钟和DDR：
bl system_clock_init
该函数在lowlevel_init.S文件的205—385行：
初始化过程和裸机差不多，但使用汇编编写（另做分析）
bl mem_ctrl_asm_init
该函数在uboot/cpu/s5pc11x/s5pc110/cpu_init.S文件中，初始化了DCM0和DCM1
接下来跳转到1：处进行串口初始化和tzpc初始化：
1:
/* for UART */
bl uart_asm_init
bl tzpc_init #作用不明
接下来返回：
pop {pc}
执行完lowlevel_init.S后成功返回前会通过串口打印“ok”字样
小结：lowlevel_init.S中总共做了以下事情，重要的加粗：
- IO状态复位
- 关WDT
- SRAM,SROM相关的GPIO设置
- 供电锁存
- 初始化时钟
- 初始化DDR
- 初始化串口并打印“ok”
- tzpc初始化
接下来返回start.S文件继续：
再次设置栈：
/* get ready to call C functions */
ldr sp, _TEXT_PHY_BASE /* setup temp stack pointer */
sub sp, sp, #12
mov fp, #0 /* no previous frame, so fp=0 */
- 这次设置栈是在DDR中设置的（已经初始化了）
- SRAM中空间很小，栈容易溢出
再次判断当前地址位置以决定是否重定位：
/* when we already run in ram, we don't need to relocate U-Boot.
* and actually, memory controller must be configured before U-Boot
* is running in ram.
*/
ldr r0, =0xff000fff
bic r1, pc, r0 /* r0 <- current base addr of code */
ldr r2, _TEXT_BASE /* r1 <- original base addr in ram */
bic r2, r2, r0 /* r0 <- current base addr of code */
cmp r1, r2 /* compare r0, r1 */
beq after_copy /* r0 == r1 then skip flash copy */
- 第一次是为了确定是否需要初始化时钟和DDR，这次是为了确定是否进行uboot的relocate(是否可以根据第一次的位置决定第二次是否需要重定位，用个flag)
- 冷启动时当前情况是uboot的前一部分（16kb或者8kb）开机自动从SD卡加载到SRAM中正在运行，uboot的第二部分（其实第二部分是整个uboot）还躺在SD卡的某个扇区开头的N个扇区中。此时uboot的第一阶段已经即将结束了（第一阶段该做的事基本做完了），结束之前要把第二部分加载到DDR中链接地址处（33e00000），这个加载过程就叫重定位。
重定位详解：
#if defined(CONFIG_EVT1)
/* If BL1 was copied from SD/MMC CH2 */
ldr r0, =0xD0037488
ldr r1, [r0]
ldr r2, =0xEB200000
cmp r1, r2
beq mmcsd_boot
#endif
D0037488这个内存地址在SRAM中，这个地址中的值是被硬件自动设置的。硬件根据我们实际电路中SD卡在哪个通道中，会将这个地址中的值设置为相应的数字。譬如我们从SD0通道启动时，这个值为EB000000；从SD2通道启动时，这个值为EB200000
跳转到真正的重定位函数movi_bl2_copy（c函数）:
mmcsd_boot:
bl movi_bl2_copy
b after_copy
movi_bl2_copy函数中最重要的是下面这个函数（全部太长不贴了）：
copy_bl2(2, MOVI_BL2_POS, MOVI_BL2_BLKCNT,
CFG_PHY_UBOOT_BASE, 0);
- 2表示通道2；
- MOVI_BL2_POS是uboot的第二部分在SD卡中的开始扇区，这个扇区数字必须和烧录uboot时烧录的位置相同；
- MOVI_BL2_BLKCNT是uboot的长度占用的扇区数；
- CFG_PHY_UBOOT_BASE是重定位时将uboot的第二部分复制到DDR中的起始地址（33E00000）
接下来到after_copy：处：
after_copy:
#if defined(CONFIG_ENABLE_MMU)
enable_mmu:
/* enable domain access */
ldr r5, =0x0000ffff
mcr p15, 0, r5, c3, c0, 0 @load domain access register
/* Set the TTB register */
ldr r0, _mmu_table_base
ldr r1, =CFG_PHY_UBOOT_BASE
ldr r2, =0xfff00000
bic r0, r0, r2
orr r1, r0, r1
mcr p15, 0, r1, c2, c0, 0
/* Enable the MMU */
mmu_on:
mrc p15, 0, r0, c1, c0, 0
orr r0, r0, #1
mcr p15, 0, r0, c1, c0, 0
nop
nop
nop
nop
#endif
做了三件事：
-
使能域访问（cp15的c3寄存器）
(1)cp15协处理器内部有c0到c15共16个寄存器，这些寄存器每一个都有自己的作用。我们通过mrc和mcr指令来访问这些寄存器。所谓的操作cp协处理器其实就是操作cp15的这些寄存器。
(2)c3寄存器在mmu中的作用是控制域访问。域访问是和MMU的访问控制有关的。 -
设置TTB（cp15的c2寄存器）
(1)TTB就是translation table base，转换表基地址。
(2)转换表是建立一套虚拟地址映射的关键。转换表分2部分，表索引和表项。表索引对应虚拟地址，表项对应物理地址。一对表索引和表项构成一个转换表单元，能够对一个内存块进行虚拟地址转换。（映射中基本规定中规定了内存映射和管理是以块为单位的，至于块有多大，要看你的MMU的支持和你自己的选择。在ARM中支持3种块大小，细表1KB、粗表4KB、段1MB）。真正的转换表就是由若干个转换表单元构成的，每个单元负责1个内存块，总体的转换表负责整个内存空间（0-4G）的映射。
(3)整个建立虚拟地址映射的主要工作就是建立这张转换表
(4)转换表放置在内存中的，放置时要求起始地址在内存中要xx位对齐。转换表不需要软件去干涉使用，而是将基地址TTB设置到cp15的c2寄存器中，然后MMU工作时会自动去查转换表。 -
使能MMU单元（cp15的c1寄存器）
（1）MMU是内存管理单元（Soc中的硬件），负责实现虚拟地址到物理地址的映射
（2）cp15的c1寄存器的bit0控制MMU的开关。只要将这一个bit置1即可开启MMU。开启MMU之后上层软件层的地址就必须经过TT的转换才能发给下层物理层去执行。
转换表mmu_table在lowlevel_init.S文件593行，整个转换表可以看作是一个int类型的数组，数组中的一个元素就是一个表索引和表项的单元。数组中的元素值就是表项，这个元素的数组下标就是表索引。
ARM的段式映射中长度为1MB，因此一个映射单元只能管1MB内存，那我们整个4G范围内需要4G/1MB=4096个映射单元，也就是说这个数组的元素个数是4096.实际上我们做的时候并没有依次单个处理这4096个单元，而是把4096个分成几部分，然后每部分用for循环做相同的处理。
如下：
.set __base,0
// Access for iRAM
.rept 0x100
FL_SECTION_ENTRY __base,3,0,0,0
.set __base,__base+1
.endr
FL_SECTION_ENTRY宏定义（并不懂）：
.macro FL_SECTION_ENTRY base,ap,d,c,b
.word (\base << 20) | (\ap << 10) | \
(\d << 5) | (1<<4) | (\c << 3) | (\b << 2) | (1<<1)
接下来回到start.S继续：
skip_hw_init:
/* Set up the stack */
stack_setup:
#if defined(CONFIG_MEMORY_UPPER_CODE)
ldr sp, =(CFG_UBOOT_BASE + CFG_UBOOT_SIZE - 0x1000)
#else
ldr r0, _TEXT_BASE /* upper 128 KiB: relocated uboot */
sub r0, r0, #CFG_MALLOC_LEN /* malloc area */
sub r0, r0, #CFG_GBL_DATA_SIZE /* bdinfo */
#if defined(CONFIG_USE_IRQ)
sub r0, r0, #(CONFIG_STACKSIZE_IRQ+CONFIG_STACKSIZE_FIQ)
#endif
sub sp, r0, #12 /* leave 3 words for abort-stack */
#endif
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
ldr pc, _start_armboot /*第一阶段和第二阶段的分界,长跳转到第二阶段*/
_start_armboot:
.word start_armboot
-
再次设置栈：
（1）还是在DDR中，本次设置栈的目的是将栈放在比较合适（安全，紧凑而不浪费内存）的地方。
（2）我们实际将栈设置在uboot起始地址上方2MB处，这样安全的栈空间是：2MB-uboot大小-0x1000=1.8MB左右。这个空间既没有太浪费内存，又足够安全。 -
清理bss段：bss段的开头和结尾地址的符号是从链接脚本u-boot.lds得来的
-
ldr pc, _start_armboot
(1)start_armboot是uboot/lib_arm/board.c中，这是一个C语言实现的函数。这个函数就是uboot的第二阶段。这句代码的作用就是将uboot第二阶段执行的函数的地址传给pc，实际上就是使用一个远跳转直接跳转到DDR中的第二阶段开始地址处。
(2)远跳转的含义就是这句话加载的地址和当前运行地址无关，而和链接地址有关。因此这个远跳转可以实现从SRAM中的第一阶段跳转到DDR中的第二阶段。
(3)这里这个远跳转就是uboot第一阶段和第二阶段的分界线
至此uboot第一阶段结束
总结：
uboot第一阶段做的工作：
- 构建异常向量表
- 设置CPU为SVC模式
- 关看门狗
- 开发板供电置锁
- 初始化时钟
- 初始化DDR
- 初始化串口并打印"ok"
- 重定位
- 建立转换表并开启MMU
- 跳转到第二阶段
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