回味经典——uboot1.1.6 之 第一阶段

    最近打算移植一个比较新的 uboot 到开发板，回想起来上一次移植 uboot1.1.6 已经差不多是一年前了，手头保留了一些当时移植分析时的笔记，但是没有归纳梳理，在移植新版 uboot 之前，再来回味一下经典。本文重点在于分析 uboot 启动流程以及 uboot 自身的细节，比如栈空间的划分、如何设置 tag 、如何添加一个自定义命令等。但是不涉及基本的硬件驱动的分析，比如内存初始化、时钟初始化、mmu
、nandflash 等等这些细节不是我们的重点。

    

一、链接脚本

    uboot1.1.6 的链接脚本 u-boot.lds 位于 u-boot-1.1.6\board\smdk2410 目录下：

ENTRY(_start)
SECTIONS
{
. = 0x00000000;

. = ALIGN(4);
.text      :
{
cpu/arm920t/start.o	(.text)
*(.text)
}

. = ALIGN(4);
.rodata : { *(.rodata) }

. = ALIGN(4);
.data : { *(.data) }

. = ALIGN(4);
.got : { *(.got) }

. = .;
__u_boot_cmd_start = .;
.u_boot_cmd : { *(.u_boot_cmd) }
__u_boot_cmd_end = .;

. = ALIGN(4);
__bss_start = .;
.bss : { *(.bss) }
_end = .;
}

    链接地址为 0 ？显然不应该，实际编译的时候执行的大概是这样一条语句：
    arm-linux-ld -Bstatic -T u-boot.lds -Ttext 0x33F80000 start.o ...

    0x33F80000 在 board/smdk2410/config.mk 中定义，为 TEXT_BASE = 0x33F80000 （链接地址）

    整个 uboot 的入口 _start 包含在
cpu/arm920t/start.S 中

二、第一阶段

   
uboot 的第一阶段主要工作是作基本的初始化工作，例如关看门狗、初始化时钟、初始化 sdram 以及代码重定位，为第二阶段做准备。这里的代码都是没有经过移植的源代码~！


  1、设置异常向量

.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

.balignl 16,0xdeadbeef

    第一条 b reset ，因为刚开始运行时代码都是在片内 sram 里，我们在 sram 里调来跳去的话就需要用位置无关码，那么 b 就是最佳选择，因为它是相对跳转。
    ldr    pc, _undefined_instruction

    _undefined_instruction:.word undefined_instruction

    感觉真是在卖弄，两条指令连起来的结果就是，CPU 会跳转到 undefined_instruction 链接地址处去执行（sdram里）。

    那么其实，一条 ldr pc,=undefined_instruction 就够了，它是位置有关码，绝对跳转。

    或许，uboot 的作者别有用意我没看透，不知道这是不是个伏笔。在u-boot2015里，就只有一个 reset 一个异常入口了。

 

  2、进入管理模式

reset:
/*
* set the cpu to SVC32 mode
*/
mrs	r0,cpsr
bic	r0,r0,#0x1f
orr	r0,r0,#0xd3
msr	cpsr,r0

    ARM每种工作模式除R0~R15共16个寄存器外，还有第17个寄存器CPSR,叫做 当前程序状态寄存器，CPSR中一些位被用于标识各种状态，一些位被用于标识当前出于什么工作模式。

    


    有时候我们会碰到 CPSR_C ，它其实就是 CPSR 的低 8 位而已。



    I：1-禁止irq中断 0-允许irq中断
    F：1-禁止fiq中断 1-允许fiq中断
    T：1-Thumb 0-arm 指令集
    M0-M4 : 工作模式



    说了这么多，前边两条指令，先将 cpsr 低 5位 清零，然后或上 1101 0011B
    禁止了 irq 和 fiq 中断，工作在 arm 指令集，管理模式。
 
3、关看门狗

#if defined(CONFIG_S3C2400) || defined(CONFIG_S3C2410)
ldr     r0, =pWTCON
mov     r1, #0x0
str     r1, [r0]

  4、屏蔽中断

/*
* mask all IRQs by setting all bits in the INTMR - default
*/
mov	r1, #0xffffffff
ldr	r0, =INTMSK
str	r1, [r0]
# if defined(CONFIG_S3C2410)
ldr	r1, =0x3ff
ldr	r0, =INTSUBMSK
str	r1, [r0]
# endif

    前边通过 cpsr 禁止 irq 和 fiq 使 cpu 不接受来自中断控制器的中断请求，而这里通过中断屏蔽使中断发生时，中断控制寄存器自身就不会上报给
cpu 双保险。

  5、设置时钟

/* FCLK:HCLK:PCLK = 1:2:4 */
/* default FCLK is 120 MHz ! */
ldr	r0, =CLKDIVN
mov	r1, #3
str	r1, [r0]

 6、关 I/D cache 关 TLB

/*
* 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 */

    协处理器 p15 在2410的数据手册附录有介绍
   
或者参考：http://blog.sina.com.cn/s/blog_858820890102v1gc.html
 
7、关 mmu 

/*
* 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

    这里主要涉及 P15 的 C1寄存器，用到的各位：



 
8、初始化 sdram 控制器

.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 ! */
ldr     r0, =SMRDATA
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
cmp     r2, r0
bne     0b

/* everything is fine now */
mov	pc, lr

.ltorg
/* the literal pools origin */

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

    写裸机代码的入门操作，初始化 sdram 寄存器。

 
9、代码重定位

relocate:				/* relocate U-Boot to RAM	    */
adr	r0, _start		/* r0 <- current position of code   */
ldr	r1, _TEXT_BASE		/* test if we run from flash or RAM */
cmp     r0, r1                  /* don't reloc during debug         */
beq     stack_setup

ldr	r2, _armboot_start
ldr	r3, _bss_start
sub	r2, r3, r2		/* r2 <- size of armboot            */
add	r2, r0, r2		/* r2 <- source end address         */

copy_loop:
ldmia	r0!, {r3-r10}		/* copy from source address [r0]    */
stmia	r1!, {r3-r10}		/* copy to   target address [r1]    */
cmp	r0, r2			/* until source end addreee [r2]    */
ble	copy_loop

    adr 位置无关码，获取_start实际当前位于的地方，_TEXT_BASE 为 0x33f80000 ，这里判断的是代码是否直接运行在 sdram 里了，如果是就不需要重定位了。
    拷贝范围：_start 至 _bss_start 前，拷贝到 0x33f80000 处。
      33f80048 <_bss_start>:

      33f80048:    33fb064c
   
0x33fb064c - 0x33f80000 > 192K ,什么意思呢？整个 uboot 除了 bss 段 > 4k，如果是 nandflash 启动的话需要从 nandflash 里读取 uboot 到内核，而这里是直接从 0 地址开始读，并读取 > 193k 的东西，显然 uboot 运行在 Norflash 才可以。默认 uboot 不支持 nandflash 启动。
 
10、设置栈

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

    TEXT_BASE = 0x33F80000 其它的宏在 Smdk2410.h (include\configs):

#define CFG_MALLOC_LEN		(CFG_ENV_SIZE + 128*1024)
#define CFG_ENV_SIZE		0x10000	/* Total Size of Environment Sector */
#define CFG_GBL_DATA_SIZE	128
#define CONFIG_STACKSIZE_IRQ	(4*1024)	/* IRQ stack */
#define CONFIG_STACKSIZE_FIQ	(4*1024)	/* FIQ stack */

0x34000000:
(512K)				存放 uboot
0x33F80000：	 <span style="white-space:pre">		</span>TEXT_BASE
(64K+128K == 192K)  <span style="white-space:pre">		</span>mallo区
0x33F50000:
(128bytes)			global data区，后边会提到主要放的gd、bd全局结构体
0x33F4FF80:
(4*1024*2)			IRQ+FIQ的栈
0x33F4DF80:
(12byte)			abort-stack,栈溢出
0x33F4DF74:			sp

  11、清 BSS 段

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

三、第二阶段

ldr	pc, _start_armboot

_start_armboot:	.word start_armboot

    跳转到 sdram 里的 start_armboot 函数执行。