u-boot移植（四）---修改前工作：代码流程分析3---代码重定位
2017-06-05 20:30
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一、重定位
1.以前版本的重定位
2.新版本
我们的程序不只涉及一个变量和函数，我们若想访问程序里面的地址，则必须使用SDRAM处的新地址，即我们的程序里面的变量和函数必须修改地址。我们要修改地址，则必须知道程序的地址，就需要在链接的时候加上PIE选项：
加上PIE选项后，链接时候的地址就会生成，然后存储在段里面，如下段(u-boot.lds):
然后我们根据这些地址的信息来修改代码，程序就可以复制到SDRAM的任何地方去。
二、代码流程
start.S中执行到了 bl _main，跳转到_main，_main函数入口在crt0.S (arch\arm\lib) 中。1.crt0.S
1 ENTRY(_main) 2 3 /* 4 * Set up initial C runtime environment and call board_init_f(0). 5 * 初始化C运行环境并且调用 board_init_f(0) 函数 6 */ 7 8 /* 9 * 初始化栈地址 10 */ 11 /* Generic-asm-offsets.h (include\generated) 12 * #define GENERATED_GBL_DATA_SIZE 192 13 * JZ2440.h（include\config） 14 * #define PHYS_SDRAM_1 0x30000000 15 * #define CONFIG_SYS_SDRAM_BASE PHYS_SDRAM_1 16 * #define CONFIG_SYS_INIT_SP_ADDR (CONFIG_SYS_SDRAM_BASE + 0x1000 - GENERATED_GBL_DATA_SIZE) 17 * 18 * CONFIG_SYS_INIT_SP_ADDR = 0x30000000 + 0x1000 - 192(0xc0) = 0x30000f40 19 */ 20 ldr sp, =(CONFIG_SYS_INIT_SP_ADDR) /* 设置CFIG_SYS_INIT_SP_ADDR定义的地址，include/configs/jz2440.h中定义 */ 21 22 /* sp 的8字节对齐 */ 23 bic sp, sp, #7 /* 8-byte alignment for ABI compliance */ 24 25 mov r0, sp /* r0 = sp */ 26 bl board_init_f_mem /*跳转到 board_init_f_mem 执行*/ 27 mov sp, r0 28 29 mov r0, #0 30 bl board_init_f /* 调用单板的初始化函数，跳转到 borad_init_f 处执行 */
执行到 board_init_f 处，则跳转到Board_f.c (common) 中去执行。
2.baord_init_f
1 /*
2 * 单板的初始化函数
3 */
4 void board_init_f(ulong boot_flags)
5 {
6 gd->flags = boot_flags;
7 gd->have_console = 0;
8
9 if (initcall_run_list(init_sequence_f))
10 hang();
11
12 #if !defined(CONFIG_ARM) && !defined(CONFIG_SANDBOX) && \
13 !defined(CONFIG_EFI_APP)
14 /* NOTREACHED - jump_to_copy() does not return */
15 hang();
16 #endif
17 }在其中最重要的函数则是 initcall_run_list(init_sequence_f) ，init_sequence_f 执行单板的各种初始化任务，如下：
1 static init_fnc_t init_sequence_f[] = {
2 //gd->mon_len = (ulong)&__bss_end - CONFIG_SYS_MONITOR_BASE;
3 //CONFIG_SYS_MONITOR_BASE = _start = 0
4 //设置gd->mon_len为编译出来的u-boot.bin+bss段的大小
5 setup_mon_len,
6 initf_malloc,
7 initf_console_record,
8 //这个函数应该是留给移植人员使用的，里面什么都没做，而且被__weak修饰，
9 //所以我们可以在别的地方重新定义这个函数来取代它
10 arch_cpu_init, /* basic arch cpu dependent setup：CPU初始化*/
11 initf_dm,
12 arch_cpu_init_dm, //同上
13 mark_bootstage, /* need timer, go after init dm */
14 #if defined(CONFIG_BOARD_EARLY_INIT_F)
15 /* 初始化CPU时钟和各种IO(待修改) */
16 board_early_init_f,
17 #if defined(CONFIG_ARM) || defined(CONFIG_MIPS) || \
18 defined(CONFIG_BLACKFIN) || defined(CONFIG_NDS32) || \
19 defined(CONFIG_SPARC)
20 /* 初始化定时器 */
21 timer_init, /* 初始化定时器 */
22 #endif
23 env_init, /* 初始化环境变量 */
24 init_baud_rate, /* 初始化波特率为: 115200 */
25 serial_init, /* 设置串口通讯 */
26 console_init_f, /* stage 1 init of console */
27 // 打印版本信息，你可以修改include/version.h中的CONFIG_IDENT_STRING选项，
28 // 加入自己的身份信息
29 display_options, /* say that we are here */
30 //打印bss段信息及text_base, 需要 #define DEBUG
31 display_text_info, /* show debugging info if required */
32 print_cpuinfo, /* 打印CPUID和时钟频率 */
33 INIT_FUNC_WATCHDOG_INIT
34 INIT_FUNC_WATCHDOG_RESET
35 announce_dram_init, //输出"DRAM: " 然后在下面进行SDRAM参数设置
36 /* TODO: unify all these dram functions? */
37 #if defined(CONFIG_ARM) || defined(CONFIG_X86) || defined(CONFIG_NDS32) || \
38 defined(CONFIG_MICROBLAZE) || defined(CONFIG_AVR32)
39 dram_init, /* 在smdk2440.c中定义，配置SDRAM大小，可根据实际进行修改 */
40 #endif
41 INIT_FUNC_WATCHDOG_RESET
42 INIT_FUNC_WATCHDOG_RESET
43 /*
44 * Now that we have DRAM mapped and working, we can
45 * relocate the code and continue running from DRAM.
46 *
47 * Reserve memory at end of RAM for (top down in that order):
48 * - area that won't get touched by U-Boot and Linux (optional)
49 * - kernel log buffer
50 * - protected RAM
51 * - LCD framebuffer
52 * - monitor code
53 * - board info struct
54 */
55 setup_dest_addr, //将gd->relocaddr、gd->ram_top指向SDRAM最顶端
56 reserve_round_4k, //gd->relocaddr 4K对齐
57 #if !(defined(CONFIG_SYS_ICACHE_OFF) && defined(CONFIG_SYS_DCACHE_OFF)) && \
58 defined(CONFIG_ARM)
59 //gd->arch.tlb_size = PGTABLE_SIZE; 预留16kb的MMU页表
60 //gd->relocaddr -= gd->arch.tlb_size;
61 //gd->relocaddr &= ~(0x10000 - 1); 64kb对齐
62 //gd->arch.tlb_addr = gd->relocaddr;
63 reserve_mmu,
64 #endif
65 #if defined(CONFIG_VIDEO) && (!defined(CONFIG_PPC) || defined(CONFIG_8xx)) && \
66 !defined(CONFIG_ARM) && !defined(CONFIG_X86) && \
67 !defined(CONFIG_BLACKFIN) && !defined(CONFIG_M68K)
68 reserve_video,
69 #endif
70 #if !defined(CONFIG_BLACKFIN)
71 //gd->relocaddr -= gd->mon_len; 一开始设置的u-boot.bin + bss段长度
72 //gd->relocaddr &= ~(4096 - 1); 4k对齐，这是最终重定位地址
73 //gd->start_addr_sp = gd->relocaddr; 设置重定位后的栈指针
74 reserve_uboot,
75 #endif
76 #ifndef CONFIG_SPL_BUILD
77 //gd->start_addr_sp = gd->start_addr_sp - TOTAL_MALLOC_LEN;
78 //预留4MB MALLOC内存池
79 reserve_malloc,
80 //gd->start_addr_sp -= sizeof(bd_t); 预留空间给重定位后的gd_t->bd
81 //gd->bd = (bd_t *)gd->start_addr_sp; 指定重定位bd地址
82 //memset(gd->bd, '\0', sizeof(bd_t)); 清零
83 reserve_board,
84 #endif
85 //gd->bd->bi_arch_number = CONFIG_MACH_TYPE;
86 //对于S3C2440来说就是MACH_TYPE_S3C2440 (arch/arm/include/asm/mach-types.h)
87 setup_machine,
88 reserve_global_data,
89 reserve_fdt,
90 reserve_arch,
91 //gd->start_addr_sp -= 16; 栈指针16字节对齐
92 //gd->start_addr_sp &= ~0xf;
93 reserve_stacks,
94 //gd->bd->bi_dram[i].start = addr; 设置sdram地址和大小
95 //gd->bd->bi_dram[i].size = size;
96 setup_dram_config,
97 show_dram_config,//打印SDRAM大小，与上面的announce_dram_init相对应
98 display_new_sp,
99 INIT_FUNC_WATCHDOG_RESET
100 reloc_fdt,
101 //gd->reloc_off = gd->relocaddr - CONFIG_SYS_TEXT_BASE; 计算重定位偏移地址
102 //memcpy(gd->new_gd, (char *)gd, sizeof(gd_t));
103 //将原来的gd复制到重定位后的gd地址上去
104 setup_reloc,
105 #if !defined(CONFIG_ARM) && !defined(CONFIG_SANDBOX)
106 /* 重定位代码 */
107 jump_to_copy,
108 #endif
109 NULL,
110 ｝3.relocate_code
jump_to_copy中调用重定位代码relocate_code：C语言调用汇编代码，relocate_code 定义在 relocate.S (arch\arm\lib) 。relocate_code(gd->start_addr_sp, gd->new_gd, gd->relocaddr);
内存分布图如下：
gd->start_addr_sp所在位置也看的出来了。gd->start_addr_sp 代码（内存分布代码）：
1 Jz2440.h (include\configs)
2 #define PHYS_FLASH_1 0x00000000 /* Flash Bank #0 */
3 #define CONFIG_SYS_FLASH_BASE PHYS_FLASH_1
4 #define CONFIG_SYS_MONITOR_BASE CONFIG_SYS_FLASH_BASE
5 static int setup_mon_len(void)
6 {
7 /* TODO: use (ulong)&__bss_end - (ulong)&__text_start; ? */
8 gd->mon_len = (ulong)&__bss_end - CONFIG_SYS_MONITOR_BASE;
9 return 0;
10 }
11
12 Jz2440.h (include\configs)
13 #define PHYS_SDRAM_1_SIZE 0x04000000 /* 64 MB */
14
15 int dram_init(void)
16 {
17 /* dram_init must store complete ramsize in gd->ram_size */
18 gd->ram_size = PHYS_SDRAM_1_SIZE;
19 return 0;
20 }
21
22 Jz2440.h (include\configs)
23 #define PHYS_SDRAM_1 0x30000000 /* SDRAM Bank #1 */
24 #define CONFIG_SYS_SDRAM_BASE PHYS_SDRAM_1
25
26 static int setup_dest_addr(void)
27 {
28 gd->ram_size = board_reserve_ram_top(gd->ram_size); //64M ram_size
29
30 #ifdef CONFIG_SYS_SDRAM_BASE
31 gd->ram_top = CONFIG_SYS_SDRAM_BASE; //gd->ram_top = 0x30000000
32 #endif
33 gd->ram_top += get_effective_memsize(); //gd->ramtop = 0x30000000 + 64M
34 gd->ram_top = board_get_usable_ram_top(gd->mon_len);//gd->ram_top值不变
35 gd->relocaddr = gd->ram_top;//gd->relocaddr = 0x30000000 + 64M
36 return 0;
37 }
38
39 static int reserve_round_4k(void) //gd->relocaddr 4K对齐
40 {
41 gd->relocaddr &= ~(4096 - 1);
42 return 0;
43 }
44
45 static int reserve_mmu(void)
46 {
47 /* reserve TLB table */
48 gd->arch.tlb_size = PGTABLE_SIZE; //预留16kb的MMU页表
49 gd->relocaddr -= gd->arch.tlb_size; //gd->relocaddr = gd->relocaddr - 16K = 0x33ffc000
50
51 /* round down to next 64 kB limit */
52 gd->relocaddr &= ~(0x10000 - 1); //64kb对齐 gd->relocaddr = 0x33ff0000
53
54 gd->arch.tlb_addr = gd->relocaddr; //gd->arch.tlb_addr = 0x33ff0000
55 debug("TLB table from %08lx to %08lx\n", gd->arch.tlb_addr,
56 gd->arch.tlb_addr + gd->arch.tlb_size);
57 return 0;
58 }
59
60
61 static int reserve_uboot(void)
62 {
63 /*
64 * reserve memory for U-Boot code, data & bss
65 * round down to next 4 kB limit
66 */
67 gd->relocaddr -= gd->mon_len; // 一开始设置的u-boot.bin + bss段长度
68 //gd->relocaddr=gd->relocaddr-4kb=0x33fef000
69 gd->relocaddr &= ~(4096 - 1); // 4k对齐，这是最终重定位地址 0x33fef000
70
71 gd->start_addr_sp = gd->relocaddr; //设置重定位后的栈指针gd->start_addr_sp=0x33fef000
72
73 return 0;
74 }
75
76 Jz2440.h (include\configs)
77 #define CONFIG_SYS_MALLOC_LEN (4 * 1024 * 1024) //4M 0x400000 4194304
78
79 Common.h (include)
80 #define TOTAL_MALLOC_LEN CONFIG_SYS_MALLOC_LEN
81
82 static int reserve_malloc(void)
83 { //gd->start_addr_sp = gd->start_addr_sp - 4 * 1024 * 1024 =0x33bef000
84 gd->start_addr_sp = gd->start_addr_sp - TOTAL_MALLOC_LEN; //预留4MB MALLOC内存池
85 return 0;
86 }
87
88 static int reserve_board(void)
89 {
90 if (!gd->bd) {
91 gd->start_addr_sp -= sizeof(bd_t); //预留空间给重定位后的gd_t->bd
92 gd->bd = (bd_t *)map_sysmem(gd->start_addr_sp, sizeof(bd_t)); //指定重定位bd地址
93 memset(gd->bd, '\0', sizeof(bd_t)); //清零
94 }
95 return 0;
96 }
97
98 static int reserve_global_data(void)
99 {
100 gd->start_addr_sp -= sizeof(gd_t);
101 gd->new_gd = (gd_t *)map_sysmem(gd->start_addr_sp, sizeof(gd_t));
102 return 0;
103 }
104
105 static int reserve_stacks(void)
106 {
107 /* make stack pointer 16-byte aligned */
108 gd->start_addr_sp -= 16; //栈指针16字节对齐
109 gd->start_addr_sp &= ~0xf;
110
111 return arch_reserve_stacks();
112 }
113
114 Stack.c (arch\arm\lib)
115 int arch_reserve_stacks(void)
116 {
117 /* setup stack pointer for exceptions */
118 gd->irq_sp = gd->start_addr_sp;
119
120 # if !defined(CONFIG_ARM64)
121 /* leave 3 words for abort-stack, plus 1 for alignment */
122 gd->start_addr_sp -= 16;
123 # endif
124 return 0;
125 }relocate_code(gd->start_addr_sp, gd->new_gd, gd->relocaddr);中的三个参数也已经清楚。gd->relocaddr=0x33fef000
crt0.S (arch\arm\lib)
1 #if ! defined(CONFIG_SPL_BUILD) 2 /* 3 * 这一段代码是将board_init_f中设置好的start_addr_sp地址值赋给栈指针，使其指向重定位后的栈顶 4 * 8字节对齐后，将r9设为新的GD地址( gd地址=bd地址-sizeof(gd_t)) 5 */ 6 ldr sp, [r9, #GD_START_ADDR_SP] /* sp = gd->start_addr_sp */ 7 bic sp, sp, #7 /* 8-byte alignment for ABI compliance */ 8 ldr r9, [r9, #GD_BD] /* r9 = gd->bd */ 9 sub r9, r9, #GD_SIZE /* new GD is below bd */ 10 11 adr lr, here /*设置返回地址为下面的here，重定位到sdram后返回here运行*/ 12 ldr r0, [r9, #GD_RELOC_OFF] /* r0 = gd->reloc_off 取重定位地址偏移值 */ 13 add lr, lr, r0 /*返回地址加偏移地址等于重定位后在sdram中的here地址*/ 14 ldr r0, [r9, #GD_RELOCADDR] /* r0 = gd->relocaddr 传入参数为重定位地址 */ 15 b relocate_code /*跳到arch/arm/lib/relocate.S中执行*/ 16 here: /*返回后跳到sdram中运行 */ 17 bl relocate_vectors 18 /* Set up final (full) environment */ 19 bl c_runtime_cpu_setup /* we still call old routine here */ 20 21 ldr r0, =__bss_start /* this is auto-relocated! */ 22 ldr r1, =__bss_end /* this is auto-relocated! */ 23 mov r2, #0x00000000 /* prepare zero to clear BSS */ 24 25 clbss_l:cmp r0, r1 /* while not at end of BSS */ 26 27 strlo r2, [r0] /* clear 32-bit BSS word */ 28 addlo r0, r0, #4 /* move to next */ 29 blo clbss_l 30 #endif
relocate.S
1 ENTRY(relocate_code)
2 ldr r1, =__image_copy_start /* r1 <- SRC &__image_copy_start
3 * 这是u-boot.bin起始链接地址，
4 * 定义在u-boot.lds中 (编译后在顶层目录生成)
5 * 原文件是arch/arm/cpu/u-boot.lds
6 */
7 subs r4, r0, r1 /* r4 <- relocation offset
8 * r0是crt0.S中传入的重定位地址
9 * 这里是算出偏移值
10 */
11 beq relocate_done /* skip relocation
12 * 如果r4为0，则认为重定位已完成
13 */
14 ldr r2, =__image_copy_end /* r2 <- SRC &__image_copy_end
15 * 同第一条指令，在u-boot.lds中定义
16 */
17
18 /* r1是源地址__image_copy_start，r0是目的地址relocaddr，
19 * size = __image_copy_start - __image_copy_end
20 */
21 copy_loop:
22 ldmia r1!, {r10-r11} /* 从 r1 中拷贝数据到 r10、r11 寄存器中 */
23 stmia r0!, {r10-r11} /* 把r10、r11 寄存器的数据存到r0寄存器中 */
24 cmp r1, r2 /* 比较 r1 和 r2 ,若 r0 < r2 则继续拷贝*/
25 blo copy_loop
26
27 /*
28 * fix .rel.dyn relocations 定义了"-PIE"选项就会执行下面这段代码
29 * 目的是为了让位置相关的资源(代码、参数、变量)的地址在重定位后仍然能被寻址到，所以让他们加上偏移地址，
30 * 即等于他们重定位后的真正地址
31 * 这些 "存放(资源的地址)的地址" 存放在.rel.dyn这个段中，每个参数后面都会跟着一个起标志作用的参数，
32 * 如果这个标志参数为23，即0x17，则表示这个 (资源的地址) 是位置相关的，需要加上重定位偏移值
33 * 这一段代码首先让.rel.dyn这个段中的存放的地址值加上偏移值，使其在sdram中取出(资源的地址)
34 * 然后再让这些(资源的地址)加上偏移值，存回rel.dyn中存放这些地址的地址中，
35 */
36
37 ldr r2, =__rel_dyn_start /* r2 <- SRC &__rel_dyn_start */
38 ldr r3, =__rel_dyn_end /* r3 <- SRC &__rel_dyn_end */
39 fixloop:
40 /* r0为"存放(资源的地址)的地址"，这个地址里存放的是需要用到的(资源的地址)，r1为标志值 */
41 ldmia r2!, {r0-r1} /* (r0,r1) <- (SRC location,fixup) */
42 and r1, r1, #0xff /* r1 = r1 & 0xff r1取低八位*/
43 cmp r1, #23 /* relative fixup? r1 是否等于23(0x17)*/
44 bne fixnext /* 若相等跳转到 fixnext执行 */
45
46 /* relative fix: increase location by offset */
47 /* r4存放的是重定位偏移值，r0这个地址存放的是位置相关的(资源的地址)，
48 * r4+r0即为重定位后的"存放(资源的地址)的地址"，
49 */
50 add r0, r0, r4 /* r0 = r0 + r4 */
51 ldr r1, [r0] /* r1 = r0的地址?在sdram中取出还未修改的(资源的地址)*/
52 add r1, r1, r4 /* r1 = r1 + r4 加上偏移值*/
53 str r1, [r0] /* 存回去 */
54 fixnext: /* 跳到下一个继续检测是否需要重定位 */
55 cmp r2, r3
56 blo fixloop /* 跳转到 fixloop 继续执行 */
57
58 relocate_done:
59 #ifdef __ARM_ARCH_4__
60 /* ARM920T用的汇编指令集是ARMv4，所以使用这条返回指令，返回重定位后的here标志 */
61 mov pc, lr
62 #else
63 bx lr
64 #endif
65
66 ENDPROC(relocate_code)
参考：http://blog.csdn.net/funkunho/article/details/52474373
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