U-Boot关键代码分析

Alan0521

1.u-boot程序的入口地址

      要理解程序的入口地址，自然想到的是连接文件，首先看连接文件"/board/smdk2410/u-boot.lds"

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 = .;
}

(1) 从ENTRY(_start)可以看出u-boot的入口函数是_start

(2) 从. = 0x00000000也许可以看出_start的地址是0x00000000,事实并不是这样的，这里的0x00000000无效，在连接的时候最终会被TETX_BASE所代替的，具体请参考u-boot根目录下的config.mk.（-T board/smdk2410/U-boot.lds -Ttext 0x33F80000）

(3) 网上很多说法是 _start=TEXT_BASE，我想这种说法也是正确的，实际上，不是TEXT_BASE这段代码映射到0x0的地方，其实编译器进行编译，是按照链接文件进行的。也就是说，编译的时候所有的地址都是相对于TEXT_BASE计算出来的。而这个地址是在连接文件里面指定的为0x338f0000，你可以看链接文件，可以看反汇编里面的地址，全是0x33f8XXXX的地址。

2.SDRAM初始化，lowleverl_init.S

_TEXT_BASE:
            .word TEXT_BASE
.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

不理解SMRDATA与_TEXT_BASE这两个地址相减之后，到底是一个什么值。为什么要相减呢？

      我们的程序是存放在Flash中的，这里面的地址称为加载地址，当然是从0x0这个地址开始，而程序中所用的标号编译时都是基于_TEXT_BASE地址，我们称为链接或运行地址。这时加载地址和运行地址不相同，所以要求我们的代码在还没有搬移到TEXT_BASE(0x33f80000)这个位置以前是不能使用这些标号。如果直接调用标号，程序就飞了，只有运行在SDRAM中才可以调用标号，因为0x33f80000在SDRAM中。所以只能找到一个相对于0x0的偏移地址出来，才能得到真正的SMRDATA定义数据，也就是说此部分代码与地址无关，是基于PC的偏移来进行的。下面来分析代码：
      ldr  r0, =SMRDATA取得标号SMRDATA的绝对地址，它是大于_TEXT_BASE；ldr  r1, _TEXT_BASE 取基地址(0x33f80000)。sub  r0, r0, r1相减后得到SMRDATA相对于_TEXT_BASE偏移。

3.UBOOT启动代码重定位

#ifndef CONFIG_SKIP_RELOCATE_UBOOT
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 */

一直迷惑r0,r1什么时候才相等，什么时候才不等，看看adr与ldr伪指令区别

      adr是小范围的地址读取伪指令，指令将基于PC相对偏移的地址值读取到寄存器中；ldr是大范围的读取地址伪指令,用于加载32为立即数或一个地址到指定的寄存器中。

      _start的链接地址在链接的时候与各指令之间的偏移地址已经确定，与位置无关，该偏移地址是负值，因为_start始终是代码段的起始地址。假设PC与_start之间的偏移量为x，该值为负，所以在执行adr r0,_start时，相当于ldr r0,=PC+x(x<0)，这个时候r0中的值即为代码段的起始地址

在flash中运行时：r0 = PC+x = 0，这个时候r0 != r1，就需要搬运。
在RAM中运行时：r0 = PC+x =TEXT_BASE=0x33f80000，这个时候r0 = r1,就不需要搬运.

4.U-BOOT怎样从4Ksteppingstone跳到RAM中执行

               ldr   pc, _start_armboot
_start_armboot:    .word start_armboot

      S3C2440的Nand Flash控制器会自动的把Nand Flash上的前4K数据搬移到4K内部RAM中,并把0x00000000设置内部RAM的起始地址,CPU从内部RAM的0x00000000位置开始运行。这个过程不需要程序干涉。程序员需要完成的工作,是把最核心的启动程序放在Nand Flash的前4K中。由于Nand Flash控制器从Nand Flash中搬移到内部RAM的代码是有限的,所以在启动代码的前4K里,我们必须完成S3C2410的核心配置以及把启动代码(U-BOOT)剩余部分搬到RAM中运行。

      在这之前的程序完成了核心配置及代码的拷贝，这两条语句，ldr  pc, _start_armboot中start_armboot是一个函数地址，在编译的时候分配了一个绝对地址(大于0x33f80000)，所以上面语句实际上是完成了一个绝对地址的跳转。跳转后进入c语言初始化。而为什么在start.S里面有很多BL,B跳转语句都没有跳出4Ksteppingstone，原因是他们都是相对于PC的偏移跳转，而不是绝对地址的跳转。

跳转指令，ARM有两种跳转方式。
(1) mov pc <跳转地址〉
      这种向程序计数器PC直接写跳转地址，能在4GB连续空间内任意跳转。

(2) 通过B BL BLX BX可以完成在当前指令向前或者向后32MB的地址空间的跳转（为什么是32MB呢？寄存器是32位的，此时的值是24位有符号数，所以32MB）。

       B是最简单的跳转指令。要注意的是，跳转指令的实际值不是绝对地址，而是相对地址——是相对当前PC值的一个偏移量，它的值由汇编器计算得出。BL非常常用。它在跳转之前会在寄存器LR(R14)中保存PC的当前内容。BL的经典用法如下：

              bl NEXT  ; 跳转到NEXT

              …… 
NEXT: 
              ……

              mov pc, lr   ; 从子程序返回

有了上面的基础在分析U-Boot源代码就简单多了！！！！！！！