自己学驱动8——uboot代码阅读三(start.S)

/* Set up the stack */

stack_setup:

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 */

#ifdef CONFIG_USE_IRQ

sub r0, r0, #(CONFIG_STACKSIZE_IRQ+CONFIG_STACKSIZE_FIQ)

#endif

sub sp, r0, #12 /* leave 3 words for abort-stack */

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

这一段代码的功能是设置栈和清零.bss段。从代码中也可以看出，代码段是在高地址处，代码段前面是堆（也就是给动态内存分配预留的空间）。CFG_GBL_DATA_SIZE在config文件中定义，start.S中会根据这个值分配栈空间用于保存board的有关信息。bdinfo之前的就是IRQ和FIQ的栈空间，当然这个是否分配是取决于是否定义了CONFIG_USE_IRQ这个宏。后面紧跟着的一条语句

sub sp, r0, #1

这里没有直接将r0的值赋值给栈指针sp，而是将r0-12的值赋值给了sp，当然必须清楚的一点是这里的栈是向下增长的，也就是相当于sp会从当前的地址往地址更小的地方生长。这里留出来的这多余的12个字节是为了给FIQ或者IRQ中断栈预留的空间（防止其栈溢出而破坏sp栈中的数据）。

后面的代码是用了一段循环来将.bss段全部清零，因为逻辑比较清晰，也就不再赘述了。

ldr pc, _start_armboot

_start_armboot: .word start_armboot

这是比较关键的一个地方，因为程序执行到这里，将会跳转到到C语言部分去执行。这个start_armboot函数的路径为lib_arm\Board.c。

cpu_init_crit:

/*

* flush v4 I/D caches

*/

mov r0, #0

mcr p15, 0, r0, c7, c7, 0 /* flush v3/v4 cache */

mcr p15, 0, r0, c8, c7, 0 /* flush v4 TLB */

/*

* disable MMU stuff and 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

/*

* 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.

*/

mov ip, lr

bl lowlevel_init

mov lr, ip

mov pc, lr

#endif /* CONFIG_SKIP_LOWLEVEL_INIT */

程序mov r0, #0开始的这三行刷新cache和TLB。cache是一种高速缓存存储器，用于保存CPU频繁使用的数据。在使用Cache技术的处理器上，当一条指令要访问内存的数据时，首先查询cache缓存中是否有数据以及数据是否过期，如果数据未过期则从cache读出数据。处理器会定期回写cache中的数据到内存。根据程序的局部性原理，使用cache后可以大大加快处理器访问内存数据的速度。

TLB的作用是在处理器访问内存数据的时候做地址转换。TLB的全称是Translation Lookaside Buffer，可以翻译做旁路缓冲。TLB中存放了一些页表文件，文件中记录了虚拟地址和物理地址的映射关系。当应用程序访问一个虚拟地址的时候，会从TLB中查询出对应的物理地址，然后访问物理地址。TLB通常是一个分层结构，使用与Cache类似的原理。处理器使用一定的算法把最常用的页表放在最先访问的层次。提示：ARM处理器Cache和TLB的配置寄存器可以参考ARM体系结构手册。

程序以mrc p15, 0, r0, c1, c0, 0开始的这6行关闭MMU。MMU是内存管理单元（Memory Management Unit）的缩写。在现代计算机体系结构上，MMU被广泛应用。使用MMU技术可以向应用程序提供一个巨大的虚拟地址空间。在U-Boot初始化的时候，程序看到的地址都是物理地址，无须使用MMU。

程序bl lowlevel_init跳转到lowlevel_init标号，执行与开发板相关的初始化配置。需要注意的是bl是一个会返回的跳转，程序执行完与开发板相关的操作之后会跳转回来继续往下执行。

mov ip, lr

bl lowlevel_init

mov lr, ip

mov pc, lr

ip是r12寄存器的别名，它在过程链接胶合代码（例如，交互操作胶合代码）中用于此角色。在过程调用之间，可以将它用于任何用途。被调用函数在返回之前不必恢复r12。

r14是链接寄存器lr。如果您保存了返回地址，则可以在调用之间将 r14 用于其它用途，程序返回时要恢复。

这一段代码需要说明的是，相当于在子程序内部还要调用一个子程序，但是这里是汇编代码，第一次被调用的子程序（也就是cpu_init_crit这个标号）时返回地址被硬件自动的存储在了lr寄存器中，但是当在cpu_init_crit还要调用一个子程序的时候这是lr会被重新赋值，那么以前的lr的值就丢了！所以程序在这里用了ip来保存lr最开始的值，子程序内部的子程序调用结束后再将其复原回来，这样通过mov pc, lr就可以返回最初的调用点后面继续执行了。

#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

#define S_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

这一部分宏看起来很让人迷惑，感觉像是定义的地址。其实这就是pt_regs结构体的偏移值,该结构体定义在include\asm-arm\proc-armv\ptrace.h中。

/*

* use bad_save_user_regs for abort/prefetch/undef/swi ...

* use irq_save_user_regs / irq_restore_user_regs for IRQ/FIQ handling

*/

.macro bad_save_user_regs

sub sp, sp, #S_FRAME_SIZE

stmia sp, {r0 - r12} @ Calling r0-r12

ldr r2, _armboot_start

sub r2, r2, #(CONFIG_STACKSIZE+CFG_MALLOC_LEN)

sub r2, r2, #(CFG_GBL_DATA_SIZE+8) @ set base 2 words into abort stack

ldmia r2, {r2 - r3} @ get pc, cpsr

add r0, sp, #S_FRAME_SIZE @ restore sp_SVC

add r5, sp, #S_SP

mov r1, lr

stmia r5, {r0 - r3} @ save sp_SVC, lr_SVC, pc, cpsr

mov r0, sp

.endm

.macro irq_save_user_regs

sub sp, sp, #S_FRAME_SIZE

stmia sp, {r0 - r12} @ Calling r0-r12

add r8, sp, #S_PC

stmdb r8, {sp, lr}^ @ Calling SP, LR

str lr, [r8, #0] @ Save calling PC

mrs r6, spsr

str r6, [r8, #4] @ Save CPSR

str r0, [r8, #8] @ Save OLD_R0

mov r0, sp

.endm

.macro irq_restore_user_regs

ldmia sp, {r0 - lr}^ @ Calling r0 - lr

mov r0, r0

ldr lr, [sp, #S_PC] @ Get PC

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 mode stack

sub r13, r13, #(CONFIG_STACKSIZE+CFG_MALLOC_LEN)

sub r13, r13, #(CFG_GBL_DATA_SIZE+8) @ reserved a couple spots in abort stack

str lr, [r13] @ save caller 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

.macro get_irq_stack @ setup IRQ stack

ldr sp, IRQ_STACK_START

.endm

.macro get_fiq_stack @ setup FIQ stack

ldr sp, FIQ_STACK_START

.endm

/*

* exception handlers

*/

.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

/* someone ought to write a more effiction fiq_save_user_regs */

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

这一部分是中断处理的中间部分，这里会完成保存中断现场并跳转到中断处理函数的功能，使用了宏代码段来使这部分的逻辑更为清晰。