转载_Uboot Start.s 详细理解

对于uboot的start.S，主要做的事情就是系统的各个方面的初始化。

从大的方面分，可以分成这几个部分：

• 设置CPU模式
• 关闭看门狗
• 关闭中断
• 设置堆栈sp指针
• 清除bss段
• 异常中断处理

大多数bootloader都分为stage1和stage2两部分，u-boot也不例外。依赖于CPU体系结构的代码（如设备初始化代码等）通常都放在stage1且可以用汇编语言来实现，而stage2则通常用C语言来实现，这样可以实现复杂的功能，而且有更好的可读性和移植性。
1、Stage1 start.S代码结构
u-boot的stage1代码通常放在start.S文件中，他用汇编语言写成，其主要代码部分如下：
（1）定义入口。由于一个可执行的Image必须有一个入口点，并且只能有一个全局入口，通常这个入口放在ROM（Flash）的0x0地址，因此，必须通知编译器以使其知道这个入口，该工作可通过修改连接器脚本来完成。
（2）设置异常向量（ExceptionVector）。
（3）设置CPU的速度、时钟频率及终端控制寄存器。
（4）初始化内存控制器。
（5）将ROM中的程序复制到RAM中。
（6）初始化堆栈。
（7）转到RAM中执行，该工作可使用指令ldrpc来完成。
2、Stage2C语言代码部分
lib_arm/board.c中的startarmboot是C语言开始的函数也是整个启动代码中C语言的主函数，同时还是整个u-boot（armboot）的主函数，该函数只要完成如下操作：
（1）调用一系列的初始化函数。
（2）初始化Flash设备。
（3）初始化系统内存分配函数。
（4）如果目标系统拥有NAND设备，则初始化NAND设备。
（5）如果目标系统有显示设备，则初始化该类设备。
（6）初始化相关网络设备，填写IP、MAC地址等。
（7）进去命令循环（即整个boot的工作循环），接受用户从串口输入的命令，然后进行相应的工作。
3、U-Boot的启动顺序(示例，其他u-boot版本类似)
cpu/arm920t/start.S

 

@文件包含处理

 

#include<config.h>
@由顶层的mkconfig生成，其中只包含了一个文件：configs/<顶层makefile中6个参数的第1个参数>.h  
#include<version.h>  
#include <status_led.h>

 

 

注：ARM微处理器支持字节（8位）、半字（16位）、字（32位）3种数据类型
@向量跳转表，每条占四个字节（一个字），地址范围为0x00000000～@0x0000 0020
@ARM体系结构规定在上电复位后的起始位置，必须有8条连续的跳

@转指令，通过硬件实现。他们就是异常向量表。ARM在上电复位后，@是从0x00000000开始启动的，其实如果bootloader存在，在执行

@下面第一条指令后，就无条件跳转到start_code，下面一部分并没@执行。设置异常向量表的作用是识别bootloader。以后系统每当有@异常出现，则CPU会根据异常号，从内存的0x00000000处开始查表@做相应的处理

 

 

 

.globl _start 
@_start是GNU汇编器的默认入口标签，.globl将_start声明为外部程序可访问的标签，.globl是GNU汇编的保留关键字，前面加点是GNU汇编的语法
_start: b      start_code   @0x00
@ARM上电后执行的第一条指令，也即复位向量，跳转到start_code

@reset用b，就是因为reset在MMU建立前后都有可能发生
@其他的异常只有在MMU建立之后才会发生
 ldrpc, _undefined_instruction
   ldr pc,_software_interrupt  
   ldr pc,_prefetch_abort   
   ldr pc,_data_abort    
   ldr pc,_not_used    
   ldr pc,_irq     
   ldr pc,_fiq     

@对于ARM数据从内存到CPU之间的移动只能通过L/S指令，如：ldrr0,0x12345678为把0x12345678内存中的数据写到r0中，还有一个就是ldr伪指令，如：ldrr0,=0x12345678为把0x12345678地址写到r0中，mov只能完成寄存器间数据的移动，而且立即数长度限制在8位

 

_undefined_instruction: .wordundefined_instruction
_software_interrupt: .wordsoftware_interrupt
_prefetch_abort: .word prefetch_abort
_data_abort:  .worddata_abort
_not_used:  .word not_used
_irq:   .wordirq
_fiq:   .wordfiq
@.word为GNUARM汇编特有的伪操作，为分配一段字内存单元（分配的单元为字对齐的），可以使用.word把标志符作为常量使用。如_fiq:.wordfiq即把fiq存入内存变量_fiq中，也即是把fiq放到地址_fiq中。

 

 .balignl16,0xdeadbeef
@.balignl是.balign的变体

@.align伪操作用于表示对齐方式：通过添加填充字节使当前位置

@满足一定的对齐方式。.balign的作用同.align。
@ .align {alignment} {,fill}{,max}
@  其中：alignment用于指定对齐方式，可能的取值为2的次

@幂，缺省为4。fill是填充内容，缺省用0填充。max是填充字节@数最大值，如果填充字节数超过max,  就不进行对齐,例如：
@  .align4  

【参考好野人的窝，于关u-boot中的.balignl16,0xdeadbeef的理解http://haoyeren.blog.sohu.com/84511571.html】

 

 

 

@TEXT_BASE在开发板相关的目录中的config.mk文档中定义,他定

@义了代码在运行时所在的地址,那么_TEXT_BASE中保存了这个地

@址（这个TEXT_BASE怎么来的还不清楚）

 

 

.globl _armboot_start
_armboot_start:
 .word_start
@用_start来初始化_armboot_start。（为什么要这么定义一下还不明白）

 

 

@下面这些是定义在开发板目录链接脚本中的

 

.globl_bss_start   
_bss_start:
 .word __bss_start
@__bss_start定义在和开发板相关的u-boot.lds中，_bss_start保存的是__bss_start标号所在的地址。

 

.globl _bss_end
_bss_end:
 .word_end
@同上，这样赋值是因为代码所在地址非编译时的地址，直接取得该标号对应地址。

 

@中断的堆栈设置

 

#ifdef CONFIG_USE_IRQ

.globl IRQ_STACK_START
IRQ_STACK_START:
 .word 0x0badc0de

 

.globl FIQ_STACK_START
FIQ_STACK_START:
 .word 0x0badc0de
#endif

 

@复位后执行程序
@真正的初始化从这里开始了。其实在CPU一上电以后就是跳到这里执行的
reset:
 
@更改处理器模式为管理模式
@对状态寄存器的修改要按照：读出-修改-写回的顺序来执行
@
    31 30 29 28---  7  6  -  4   3  2  1   0
   N  Z  C V       I  F      M4  M3  M2 M1 M0
                                  0  0   0 0  0    User26 模式
                                  0  0   0 0  1    FIQ26 模式
                                  0  0   0 1  0    IRQ26 模式
                                  0  0   0 1  1    SVC26 模式
                                  1  0   0 0  0    User 模式
                                  1  0   0 0  1    FIQ 模式
                                  1  0   0 1  0    IRQ 模式
                                  1  0   0 1  1    SVC 模式
                                  1  0   1 1  1    ABT 模式
                                  1  1   0 1  1    UND 模式
                                  1  1   1 1  1    SYS 模式

 

 mrs r0,cpsr
@将cpsr的值读到r0中
 bic r0,r0,#0x1f
@清除M0~M4
 orr r0,r0,#0xd3
@禁止IRQ,FIQ中断，并将处理器置于管理模式
 msr cpsr,r0

 

@以下是点灯了，这里应该会牵涉到硬件设置，移植的时候应该可以不要
 bl coloured_LED_init
 bl red_LED_on

 

@针对AT91RM9200进行特殊处理
#if defined(CONFIG_AT91RM9200DK) ||defined(CONFIG_AT91RM9200EK)
 
 ldr r0, =_start
 ldr r1, =0x0
 mov r2, #16
copyex:
 subs r2, r2,#1
@sub带上了s用来更改进位标志，对于sub来说，若发生借位则C标志置0，没有则为1，这跟adds指令相反！要注意。
 ldr r3, [r0], #4
 str r3, [r1], #4
 bne copyex
#endif

 

@针对S3C2400和S3C2410进行特殊处理
@CONFIG_S3C2400、CONFIG_S3C2410等定义在include/configs/下不同开发板的头文件中
#if defined(CONFIG_S3C2400) || defined(CONFIG_S3C2410)
 

 

@关闭看门狗定时器的自动复位功能并屏蔽所有中断，上电后看门狗为开，中断为关
# if defined(CONFIG_S3C2400)
#  definepWTCON  0x15300000
#  defineINTMSK  0x14400008 
#  defineCLKDIVN 0x14800014 
#else @s3c2410的配置
# definepWTCON  0x53000000  
@pWTCON定义为看门狗控制寄存器的地址（s3c2410和s3c2440相同）
#  defineINTMSK  0x4A000008 
@INTMSK定义为主中断屏蔽寄存器的地址（s3c2410和s3c2440相同）
#  defineINTSUBMSK  0x4A00001C
@INTSUBMSK定义为副中断屏蔽寄存器的地址（s3c2410和s3c2440相同）
#  defineCLKDIVN  0x4C000014 
@CLKDIVN定义为时钟分频控制寄存器的地址（s3c2410和s3c2440相同）
# endif
@至此寄存器地址设置完毕

 

 ldr    r0, =pWTCON
 mov    r1, #0x0
 str    r1,[r0]
@对于S3C2440和S3C2410的WTCON寄存器的[0]控制允许或禁止看门狗定时器的复位输出功能，设置为“0”禁止复位功能。

 

 
 mov r1, #0xffffffff
 ldr r0, =INTMSK
 str r1, [r0]
# if defined(CONFIG_S3C2410)
 ldr r1,=0x3ff  @2410好像应该为7ff才对（不理解uboot为何是这个数字）
 ldr r0, =INTSUBMSK
 str r1, [r0]
#endif
@对于S3C2410的INTMSK寄存器的32位和INTSUBMSK寄存器的低11位每一位对应一个中断，相应位置“1”为不响应相应的中断。对于S3C2440的INTSUBMSK有15位可用，所以应该为0x7fff了。

 

 
 
 ldr r0, =CLKDIVN
 mov r1, #3
 str r1,[r0]
@时钟分频设置，FCLK为核心提供时钟，HCLK为AHB（ARM920T,内存@控制器，中断控制器，LCD控制器，DMA和主USB模块）提供时钟，@PCLK为APB（看门狗、IIS、I2C、PWM、MMC、ADC、UART、GPIO、@RTC、SPI）提供时钟。分频数一般选择1：4：8，所以HDIVN=2,PDIVN=1，@CLKDIVN=5，这里仅仅是配置了分频寄存器，关于MPLLCON的配置肯@定写在lowlevel_init.S中了
@归纳出CLKDIVN的值跟分频的关系：
@0x0 = 1:1:1  ,  0x1 = 1:1:2 ,0x2 = 1:2:2  ,  0x3 =1:2:4,  0x4 = 1:4:4,  0x5 =1:4:8, 0x6 = 1:3:3,
0x7 = 1:3:6
@S3C2440的输出时钟计算式为:Mpll=(2*m*Fin)/(p*2^s)
S3C2410的输出时钟计算式为:Mpll=(m*Fin)/(p*2^s)
m=M(the value for divider M)+8;p=P(the value for divider P)+2
M,P,S的选择根据datasheet中PLL VALUE SELECTION TABLE表格进行，
 
我的开发板晶振为16.9344M，所以输出频率选为：399.65M的话M=0x6e,P=3,S=1
@s3c2440增加了摄像头,其FCLK、HCLK、PCLK的分频数还受到CAMDIVN[9]（默认为0）,CAMDIVN[8]（默认为0）的影响
#endif 

 

 
@选择是否初始化CPU
#ifndef CONFIG_SKIP_LOWLEVEL_INIT
 bl cpu_init_crit
@执行CPU初始化，BL完成跳转的同时会把后面紧跟的一条指令地址保存到连接寄存器LR（R14）中。以使子程序执行完后正常返回。
#endif

 

@调试阶段的代码是直接在RAM中运行的，而最后需要把这些代码@固化到Flash中，因此U-Boot需要自己从Flash转移到
@RAM中运行，这也是重定向的目的所在。
@通过adr指令得到当前代码的地址信息：如果U-boot是从RAM@开始运行，则从adr,r0,_start得到的地址信息为
@r0=_start=_TEXT_BASE=TEXT_BASE=0x33F80000;@如果U-boot从Flash开始运行，即从处理器对应的地址运行，
@则r0=0x0000,这时将会执行copy_loop标识的那段代码了。
@ _TEXT_BASE定义在board/smdk2410/config.mk中

#ifndef CONFIG_SKIP_RELOCATE_UBOOT
relocate:    
 adr r0,_start  
 ldr r1,_TEXT_BASE  
 cmp    r0, r1  
 beq    stack_setup
 ldr r2,_armboot_start
@_armboot_start为_start地址
 ldr r3,_bss_start
@_bss_start为数据段地址
 sub r2, r3,r2  
 add r2, r0,r2  

 

copy_loop:
 ldmia r0!,{r3-r10}  

@从源地址[r0]读取8个字节到寄存器,每读一个就更新一次r0地址
@ldmia:r0安字节增长
 stmia r1!,{r3-r10}  
@LDM(STM)用于在寄存器所指的一片连续存储器和寄存器列表的寄存@器间进行数据移动，或是进行压栈和出栈操作。
@格式为：LDM(STM){条件}{类型}基址寄存器{！}，寄存器列表{^}
@对于类型有以下几种情况： IA 每次传送后地址加1，用于移动数

@据块
    IB 每次传送前地址加1，用于移动数据块
    DA 每次传送后地址减1，用于移动数据块
    DB 每次传送前地址减1，用于移动数据块
    FD 满递减堆栈，用于操作堆栈（即先移动指针再操作数据，相当于DB）
    ED 空递减堆栈，用于操作堆栈（即先操作数据再移动指针，相当于DA）
    FA 满递增堆栈，用于操作堆栈（即先移动指针再操作数据，相当于IB）
    EA 空递增堆栈，用于操作堆栈（即先操作数据再移动指针，相当于IA）
（这里是不是应该要涉及到NAND或者NOR的读写？没有看出来）

 

 cmp r0,r2   
 ble copy_loop
#endif /* CONFIG_SKIP_RELOCATE_UBOOT*/

 

 
@初始化堆栈
stack_setup:

ldr r0,_TEXT_BASE  

@获取分配区域起始指针，

sub r0, r0,#CONFIG_SYS_MALLOC_LEN 

@CFG_MALLOC_LEN=128*1024+CFG_ENV_SIZE=128*1024+0x1@0000=192K

sub r0, r0,#CONFIG_SYS_GBL_DATA_SIZE

@CFG_GBL_DATA_SIZE    128---sizein bytes reserved for initial data 用来存储开发板信息
#ifdef CONFIG_USE_IRQ

@这里如果需要使用IRQ,还有给IRQ保留堆栈空间,一般不使用.
 sub r0, r0,#(CONFIG_STACKSIZE_IRQ+CONFIG_STACKSIZE_FIQ)
#endif
 sub sp, r0,#12  

 

@该部分将未初始化数据段_bss_start----_bss_end中的数据@清零
clear_bss:
 ldr r0,_bss_start  
 ldr r1,_bss_end  
 mov r2,#0x00000000  

 

clbss_l:str r2,[r0]  
 add r0, r0, #4
 cmp r0, r1
 ble clbss_l

 

@跳到阶段二C语言中去
 ldr pc, _start_armboot

 

_start_armboot: .wordstart_armboot
@start_armboot在/lib_arm/中，到这里因该是第一阶段已经完成了吧，下面就要去C语言中执行第二阶段了吧

 

@CPU初始化

@在“relocate:  ”之前被调用

#ifndefCONFIG_SKIP_LOWLEVEL_INIT
cpu_init_crit:     
 
@初始化CACHES
 mov r0,#0
 mcr p15, 0, r0, c7, c7,0 
 mcr p15, 0, r0, c8, c7,0 

 

 
@关闭MMU和CACHES
 mrc p15, 0, r0, c1, c0, 0
 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
@对协处理器的操作还是看不懂，暂时先不管吧，有时间研究一下ARM技术手册的协处理器部分。

 

 
@初始化RAM时钟，因为内存是跟开发板密切相关的，所以这部分在/开发板目录/lowlevel_init.S中实现
 mov ip, lr
@保存LR,以便正常返回,注意前面是通过BL跳到cpu_init_crit来的。
@（ARM9有37个寄存器，ARM7有27个）
37个寄存器=7个未分组寄存器（R0～R7）+ 2×（5个分组寄存器R8～R12）+6×2（R13=SP，R14=lr 分组寄存器）+ 1(R15=PC) +1(CPSR) + 5(SPSR)
用途和访问权限：
R0～R7:USR(用户模式)、fiq（快速中断模式）、irq（中断模式）、svc（超级用法模式）、abt、und
R8～R12：R8_usr～R12_usr（usr，irq，svc，abt，und）
        R8_fiq～R12_fiq（fiq）
R11=fp
R12=IP(从反汇编上看，fp和ip一般用于存放SP的值)
R13～R14：R13_usr R14_usr(每种模式都有自己的寄存器)
SP ～lr ：R13_fiq R14_fiq
         R13_irq R14_irq
         R13_svc R14_svc
         R13_abt R14_abt
         R13_und R14_und
R15(PC)：都可以访问（即PC的值为当前指令的地址值加8个字节）
R16   ：（(Current Program Status Register，当前程序状态寄存器)）
          SPSR _fiq,SPSR_irq,SPSR_abt,SPSR_und(USR模式没有)

 

#if defined(CONFIG_AT91RM9200EK)

 

#else
 bl lowlevel_init

@在重定向代码之前，必须初始化内存时序，因为重定向时需要将@flash中的代码复制到内存中lowlevel_init在@/board/smdk2410/lowlevel_init.S中。               

 

#endif
 mov lr, ip
 mov pc,lr
@返回到主程序

 

#endif

 

@这段没有看明白，不过好像跟移植关系不是很大，先放一放。
@
@ IRQ stack frame.
@
#define S_FRAME_SIZE 72

 

#define S_OLD_R0 68
#define S_PSR  64
#define S_PC  60
#define S_LR  56
#define S_SP  52

 

#defineS_IP  48
#define S_FP  44
#define S_R10  40
#define S_R9  36
#define S_R8  32
#define S_R7  28
#define S_R6  24
#define S_R5  20
#define S_R4  16
#define S_R3  12
#define S_R2  8
#define S_R1  4
#define S_R0  0

 

#define MODE_SVC 0x13
#define I_BIT  0x80

 

 

 

 .macro bad_save_user_regs
 sub sp, sp, #S_FRAME_SIZE
 stmia sp, {r0 -r12}   @ Callingr0-r12
 ldr r2, _armboot_start
 sub r2, r2,#(CONFIG_STACKSIZE)
 sub r2, r2,#(CONFIG_SYS_MALLOC_LEN)
 sub r2, r2,#(CONFIG_SYS_GBL_DATA_SIZE+8)  @ set base 2 wordsinto abort stack
 ldmia r2, {r2 -r3}   @ get pc,cpsr
 add r0, sp,#S_FRAME_SIZE  @ restoresp_SVC

 

 add r5, sp,#S_SP
 mov r1, lr
 stmia r5, {r0 -r3}   @ savesp_SVC, lr_SVC, pc, cpsr
 mov r0, sp
 .endm

 

 .macro irq_save_user_regs
 sub sp, sp, #S_FRAME_SIZE
 stmia sp, {r0 -r12}   @ Callingr0-r12
 add    r7, sp, #S_PC
 stmdb   r7,{sp,lr}^                  @ Calling SP, LR
 str    lr, [r7,#0]                   @ Save calling PC
 mrs    r6, spsr
 str    r6, [r7,#4]                   @ Save CPSR
 str    r0, [r7,#8]                   @ Save OLD_R0
 mov r0, sp
 .endm

 

 .macro irq_restore_user_regs
 ldmia sp, {r0 -lr}^   @ Callingr0 - lr
 mov r0, r0
 ldr lr, [sp,#S_PC]   @ GetPC
 add sp, sp, #S_FRAME_SIZE
 subs pc, lr,#4   @ return& move spsr_svc into cpsr
 .endm

 

 .macro get_bad_stack
 ldr r13,_armboot_start  @ setup our modestack
 sub r13, r13,#(CONFIG_STACKSIZE)
 sub r13, r13,#(CONFIG_SYS_MALLOC_LEN)
 sub r13, r13,#(CONFIG_SYS_GBL_DATA_SIZE+8) @ reserved a couple spots in abortstack

 

 str lr,[r13]   @ savecaller lr / spsr
 mrs lr, spsr
 str    lr, [r13, #4]

 

 mov r13,#MODE_SVC   @prepare SVC-Mode
 @ msr spsr_c, r13
 msr spsr, r13
 mov lr, pc
 movs pc, lr
 .endm

 

 .macroget_irq_stack   @setup IRQ stack
 ldr sp, IRQ_STACK_START
 .endm

 

 .macroget_fiq_stack   @setup FIQ stack
 ldr sp, FIQ_STACK_START
 .endm

 

@异常向量处理
@每一个异常向量处其实只放了一条跳转指令（因为每个异常向量只@有4个字节不能放太多的程序），跳到相应的异常处理程序中。
 .align  5
undefined_instruction:
 get_bad_stack
 bad_save_user_regs
 bl do_undefined_instruction

 

 .align 5
software_interrupt:
 get_bad_stack
 bad_save_user_regs
 bl do_software_interrupt

 

 .align 5
prefetch_abort:
 get_bad_stack
 bad_save_user_regs
 bl do_prefetch_abort

 

 .align 5
data_abort:
 get_bad_stack
 bad_save_user_regs
 bl do_data_abort

 

 .align 5
not_used:
 get_bad_stack
 bad_save_user_regs
 bl do_not_used

 

#ifdef CONFIG_USE_IRQ

 

 .align 5
irq:
 get_irq_stack
 irq_save_user_regs
 bl do_irq
 irq_restore_user_regs

 

 .align 5
fiq:
 get_fiq_stack
 
 irq_save_user_regs
 bl do_fiq
 irq_restore_user_regs

 

#else

 

 .align 5
irq:
 get_bad_stack
 bad_save_user_regs
 bl do_irq

 

 .align 5
fiq:
 get_bad_stack
 bad_save_user_regs
 bl do_fiq

 

#endif 
@可知start.S的流程为：异常向量——上电复位后进入复位异常向量——跳到启动代码处——设置处理器进入管理模式——关闭看门狗——关闭中断——设置时钟分频——关闭MMU和CACHE——进入lowlever_init.S——检查当前代码所处的位置，如果在FLASH中就将代码搬移到RAM中