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U-Boot启动第一阶段代码分析 (二)

2014年08月07日 Bootloader ⁄ 共 11468字 ⁄ 字号 暂无评论 ⁄ 阅读 270 次

加上篇:  U-Boot启动第一阶段代码分析 (一)  http://www.techbulo.com/1095.html

7)关闭MMUcache,执行CPU初始话。

 接着往下看:

       /*

        * we do sys-critical inits only at reboot,

        * not when booting from ram!

        */

#ifndef CONFIG_SKIP_LOWLEVEL_INIT

       bl    cpu_init_crit @如果没有定义CONFIG_SKIP_LOELEVEL_INIT,则执行cpu_init_crit.

 #endif

cpu_init_crit这段代码在U-Boot正常启动时才需要执行,若将U-BootRAM中启动则应该注释掉这段代码。后面再对它分析。

@重新定位u-bootSDRAM

这里将整个U-Boot的代码(包括第一、第二阶段)都复制到SDRAM中,这在cpu/arm920t/start.S中实现:

#ifndef CONFIG_SKIP_RELOCATE_UBOOT

relocate:                       /* relocate U-Boot to RAMU-Boot复制到RAM          */

       adr   r0, _start        /* r0 <- current position of code  r0 = 当前代码的开始地址  */

@判断U-Boot是否是下载到RAM中运行,若是,则不用再复制到RAM中了,这种情况通常在调试U-Boot时才发生,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=0x3ff80000;如果U-bootFlash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。

       ldr   r1, _TEXT_BASE         /* r1 =代码段的连接地址test if we run from flash or RAM */

       cmp     r0, r1      /*测试现在是在Flash中还是在RAM中,_start等于_TEXT_BASE说明是在RAM中运行,路过搬移代码 */

       beq     stack_setup   @如果r0等于r1,已经在RAM(这通常是调试时,直接下载到RAM),则不需要复制。

 

       ldr   r2, _armboot_start   @_armboot_start在前面定义,是第一条指令的运行地址即_start的内容写入r2

       ldr   r3, _bss_start       @在连接脚本u-boot.lds中定义,是代码段的结束地址

       sub  r2, r3, r2        /* @计算armboot所占字节大小 r2=代码段长度*/

       add  r2, r0, r2        /* r2 <- source end address @armboot结束地址,r2 = NOR Flash上代码段的结束地址*/

 

copy_loop:   @实现从flash中拷贝到_TEXT_BASE0x3ff80000)所在的地址中去

       ldmia      r0!, {r3-r10}         /* copy from source address [r0] ,从地址[r0]处获得数据,即从地址为[r0]NOR Flash中读入8个字的数据   */

       stmia       r1!, {r3-r10}         /* copy to target address [r1] r3r10寄存器的数据复制给地址为[r1]  */

       cmp r0, r2                    /* until source end addreee [r2]   判断是否复制完毕*/

       ble   copy_loop  /* 没复制完,则继续 */

#endif     /* CONFIG_SKIP_RELOCATE_UBOOT */

 

       /* Set up the stack        

@设置堆栈                             */

栈的设置灵活性很大,只要让sp寄存器指向一段没有使用的内存即可。

stack_setup:    

       ldr   r0, _TEXT_BASE         /* _TEXT_BASE为代码段的开始地址,值为0x33F80000 upper 128 KiB: relocated uboot*/

       sub  r0, r0, #CFG_MALLOC_LEN      /* malloc area@代码段下面,留出一段内存以实现malloc */

       sub  r0, r0, #CFG_GBL_DATA_SIZE /* bdinfo再留出一段内存,存一些全局参数,这里跳过这个全局数据区 */

#ifdef CONFIG_USE_IRQ

       sub  r0, r0, #(CONFIG_STACKSIZE_IRQ+CONFIG_STACKSIZE_FIQ) @为IRQFIQ留出空间,分配IRQFIQ模式的栈

#endif

       sub  sp, r0, #12             /* leave 3 words for abort-stack @最后,留出12字节的内存给abort异常,往下的内存就都是栈了,将当前的地址赋给sp,这样就为内存栈设置好了,之后如果在u-boot中运行程序时需要使用栈的时候就从这里开始。   */

到了这一步,读者可以知道内存的使用情况了,如下图所示(图中与上面的划分稍有不同,这是因为在cpu/arm920t/cpu.c中的cpu_init函数中才真正为IRQFIQ模式划分了栈)

u-boot map

U-boot内存使用情况

u-boot mem

8)跳转到第二阶段代码的C入口点。

在跳转之前,还要清除BSS(初始值为0、无初始值的全局变量、静态变量放在BSS),代码如下:

clear_bss:  @清空用户堆区

       ldr   r0, _bss_start         /* find start of bss segment BSS段的开始地址,它的值在连接脚本u-boot.lds中确定 */

       ldr   r1, _bss_end          /* stop here BSS段的结束地址,它的值在连接脚本u-boot.lds中确定*/

       mov       r2, #0x00000000           /* clear */r2中写入0

 

clbss_l:str       r2, [r0]           /* clear loop...   BSS段中写入0                  */

       add  r0, r0, #4

       cmp r0, r1    /*判断是否清空完毕*/

       ble   clbss_l  /* 没清空完,则继续 */

 

现在,C函数的运行环境已经完全准备好,通过如下命令直接跳转(这之后,程序才在内存中执行),它将调用lib_arm/board.c中的start_armboot函数,这是第二阶段的入口点,这样就到了u-boot的第二阶段了。

       ldr   pc, _start_armboot  

_start_armboot:      .word start_armboot

 

附:下面分析一下cpu_init_crit到底做了什么:

cpu_init_crit这段代码在U-Boot正常启动时才需要执行,若将U-BootRAM中启动则应该注释掉这段代码。

#ifndef CONFIG_SKIP_LOWLEVEL_INIT

cpu_init_crit:

       /*

        * flush v4 I/D caches  使数据cache与指令cache无效

        */

       mov r0, #0

       mcr  p15, 0, r0, c7, c7, 0       /* flush v3/v4 cache c7写入0将使ICacheDCache无效*/

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

代码中的c0c1c7c8都是ARM920T的协处理器CP15的寄存器。其中c7cache控制寄存器,c8TLB控制寄存器。上面二行代码将0写入c7c8,使CacheTLB内容无效。

 

       /*

        * disable MMU stuff and caches关闭mmucache

    */

@MRC指令的格式为:

@MRC{条件协处理器编码,协处理器操作码1,目的寄存器,源寄存器1,源寄存器2,协处理器操作码2

@MRC指令用于将协处理器寄存器中的数据传送到ARM处理器寄存器中,若协处理器不能成功完成操作,则产生未定义指令异常。其中协处理器操作码1和协处理器操作码2为协处理器将要执行的操作,目的寄存器为ARM处理器的寄存器,源寄存器1和源寄存器2均为协处理器的寄存器。  指令示例:MRC   P33R0C4C56    ;该指令将协处理器P3的寄存器中的数据传送到ARM处理器寄存器中。

        */

       mrc  p15, 0, r0, c1, c0, 0

       bic   r0, r0, #0x00002300      @ clear bits 13, 9:8 (--V- --RS), 1398bit清零(13—异常向量表基地址:0x0 9Disable System Protection, 8Disable ROM Protection

       bic   r0, r0, #0x00000087      @ clear bits 7, 2:0 (B--- -CAM), 7,2,1,0bit清零(7—为的时候表示小端字节序,2-- Data Cache Disabled1-- Alignment Fault checking disabled0—为0的话MMU disabled)

       orr   r0, r0, #0x00000002      @ set bit 2 (A) Align, bit 1 设置为1表示Fault checking enabled

       orr   r0, r0, #0x00001000      @ set bit 12 (I) I-Cache, bit 12设置为1表示使能 I-Cache

       mcr  p15, 0, r0, c1, c0, 0   @保存r0到控制寄存器

 

 

   这几行代码关闭了MMU。这是通过修改CP15c1寄存器来实现的,将c1 M位置零,关闭了MMU。先看CP15c1寄存器的格式(仅列出代码中用到的位):

 2.3 CP15c1寄存器格式(部分)

 

       各个位的意义如下:

 

V :  表示异常向量表所在的位置,0:异常向量在0x000000001:异常向量在 0xFFFF0000

I :  0 :关闭ICaches:开启ICaches

RS : 用来与页表中的描述符一起确定内存的访问权限

B :  0 CPU为小字节序; CPU为大字节序

C :  0:关闭DCaches1:开启DCaches

A :  0:数据访问时不进行地址对齐检查;1:数据访问时进行地址对齐检查

M :  0:关闭MMU1:开启MMU

 

     

       /*

        * 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.

        */

在将u-boot搬移到ram前,先要完成其中内存初始化的工作,lowlevel_init就完成了内存初始化的工作,由于内存初始化是依赖于开发板的,因此lowlevel_init的代码一般放在board下面相应的目录中。对于2410lowlevel_initboard/smdk2410/lowlevel_init.S中。

       mov ip, lr   @保存当前链接寄存器中的值

       bl    lowlevel_init   @主要是初始话存储控制器件即初始化内存,共13个。只需要设置BWSCONBANKCONxx0-5),而BANK6,BANK7SDRAM,除了设置 BWSCONBANKCONxx67),还需要设置其他四个寄存器,而这13个寄存器的地址是连续的,BWSCON是第一个寄存器。

 

       mov lr, ip

       mov pc, lr  @返回执行relocate

#endif /* CONFIG_SKIP_LOWLEVEL_INIT */

 

下面分析一下lowlevel_init,代码如下:

#include <config.h>

#include <version.h>

 

 

/* some parameters for the board */

 

/*

 *

 * Taken from linux/arch/arm/boot/compressed/head-s3c2410.S

 *

 * Copyright (C) 2002 Samsung Electronics SW.LEE  <hitchcar@sec.samsung.com>

 *

 */

 

#define BWSCON  0x48000000   /* 13个存储控制器的开始地址 */

 

/* BWSCON */

#define DW8              (0x0)

#define DW16                   (0x1)

#define DW32                   (0x2)

#define WAIT             (0x1<<2)

#define UBLB             (0x1<<3)

 

#define B1_BWSCON         (DW32)

#define B2_BWSCON         (DW16)

#define B3_BWSCON         (DW16 + WAIT + UBLB)

#define B4_BWSCON         (DW16)

#define B5_BWSCON         (DW16)

#define B6_BWSCON         (DW32)

#define B7_BWSCON         (DW32)

 

/* BANK0CON */

#define B0_Tacs                 0x0  /*  0clk */

#define B0_Tcos                 0x0  /*  0clk */

#define B0_Tacc                 0x7  /* 14clk */

#define B0_Tcoh                0x0  /*  0clk */

#define B0_Tah                  0x0  /*  0clk */

#define B0_Tacp                0x0

#define B0_PMC                0x0  /* normal */

 

/* BANK1CON */

#define B1_Tacs                 0x0  /*  0clk */

#define B1_Tcos                 0x0  /*  0clk */

#define B1_Tacc                 0x7  /* 14clk */

#define B1_Tcoh                0x0  /*  0clk */

#define B1_Tah                  0x0  /*  0clk */

#define B1_Tacp                0x0

#define B1_PMC                0x0

 

#define B2_Tacs                 0x0

#define B2_Tcos                 0x0

#define B2_Tacc                 0x7

#define B2_Tcoh                0x0

#define B2_Tah                  0x0

#define B2_Tacp                0x0

#define B2_PMC                0x0

 

#define B3_Tacs                 0x0  /*  0clk */

#define B3_Tcos                 0x3  /*  4clk */

#define B3_Tacc                 0x7  /* 14clk */

#define B3_Tcoh                0x1  /*  1clk */

#define B3_Tah                  0x0  /*  0clk */

#define B3_Tacp                0x3     /*  6clk */

#define B3_PMC                0x0  /* normal */

 

#define B4_Tacs                 0x0  /*  0clk */

#define B4_Tcos                 0x0  /*  0clk */

#define B4_Tacc                 0x7  /* 14clk */

#define B4_Tcoh                0x0  /*  0clk */

#define B4_Tah                  0x0  /*  0clk */

#define B4_Tacp                0x0

#define B4_PMC                0x0  /* normal */

 

#define B5_Tacs                 0x0  /*  0clk */

#define B5_Tcos                 0x0  /*  0clk */

#define B5_Tacc                 0x7  /* 14clk */

#define B5_Tcoh                0x0  /*  0clk */

#define B5_Tah                  0x0  /*  0clk */

#define B5_Tacp                0x0

#define B5_PMC                0x0  /* normal */

 

#define B6_MT                  0x3  /* SDRAM */

#define B6_Trcd               0x1

#define B6_SCAN              0x1  /* 9bit */

 

#define B7_MT                  0x3  /* SDRAM */

#define B7_Trcd                0x1  /* 3clk */

#define B7_SCAN              0x1  /* 9bit */

 

/* REFRESH parameter */

#define REFEN                 0x1  /* Refresh enable */

#define TREFMD               0x0  /* CBR(CAS before RAS)/Auto refresh */

#define Trp                 0x0  /* 2clk */

#define Trc                 0x3  /* 7clk */

#define Tchr               0x2  /* 3clk */

#define REFCNT               1113 /* period=15.6us, HCLK=60Mhz, (2048+1-15.6*60) */

/**************************************/

 

_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    /* SMRDATA _TEXT_BASE就是13个寄存器的偏移地址 */

       ldr   r1, =BWSCON      /* Bus Width Status Controller */

       add     r2, r0, #13*4

0:

       ldr     r3, [r0], #4   /*13个寄存器的值逐一赋值给对应的寄存器*/

       str     r3, [r1], #4

       cmp     r2, r0

       bne     0b

 

       /* everything is fine now */

       mov pc, lr

 

       .ltorg

/* the literal pools origin */

/*  下面是13个寄存器的值  */

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

 

lowlevel_init初始化了13个寄存器来实现RAM时钟的初始化。lowlevel_init函数对于U-BootNAND FlashNOR Flash启动的情况都是有效的。

board/samsung/mini2440/lowlevel_init.o将被链接到cpu/arm920t/start.o 后面,因此board/samsung/mini2440/lowlevel_init.o也在U-Boot的前4KB的代码中。

       U-Boot.lds链接脚本有如下代码:

       .text :

 

       {

 

                     cpu/arm920t/start.o    (.text)

 

                board/samsung/mini2440/lowlevel_init.o (.text)

 

                 board/samsung/mini2440/nand_read.o (.text)

 

               

 

       }

U-BootNAND Flash启动时,lowlevel_init.o将自动被读取到CPU内部4KB的内部RAM中。因此lowlevel_init函数代码将从CPU内部RAM中复制寄存器的值到相应的寄存器中。

 

       对于U-BootNOR Flash启动的情况,由于U-Boot连接时确定的地址是U-Boot在内存中的地址,而此时U-Boot还在NOR Flash中,因此还需要在NOR Flash中读取数据到RAM中。

 

       由于NOR Flash的开始地址是0,而U-Boot的加载到内存的起始地址是TEXT_BASESMRDATA标号在Flash的地址就是SMRDATATEXT_BASE

 

       综上所述,lowlevel_init的作用就是将SMRDATA开始的13个值复制给开始地址[BWSCON]13个寄存器,从而完成了存储控制器的设置。

 

Start.S文件之后是

@.macro伪操作符标识宏定义的开始,.endm标识宏定义的结束。二者包含的一段代码,称为宏定义体,这样在程序中就可通过宏指令多次调用该代码段。格式:

.macro macroname {parameter{,parameter}...}

  ...

 .endm

宏的参数可直接使用斜线“/字符”来引用,如下“/reg”所示。

 

@以下就是各种中断的处理。

/**************** 异常处理程序 *******************/

 .align  5

undefined_instruction:               //未定义指令

 get_bad_stack

 bad_save_user_regs

 bl  do_undefined_instruction

 

 .align 5

software_interrupt:                   //软件中断

 get_bad_stack

 bad_save_user_regs

 bl  do_software_interrupt\

……………………………..

@略过     

 

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