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在了解了ARM相关的汇编指令后，同时结合网上各位大虾的提点开始阅读u-boot的启动代码，现将分析过程记录如下 可执行文件及内存映射 我们可以把可执行文件分为2种情况：存放态和运行态 1.存放态：可执行文件经过烧到存储介质上（flash或磁盘）的分布，此时可执行文件通常有2部分组成，代码段和数据段，代码段又分为可执行代码段 （.text）和只读数据段（.rodata）,数据段可以分为初始化数据段（.data）和未初始化代码段（.bss），如下： +-------------+----------- | .bss | （ZI） +-------------+-- 数据段 | .data | （RW） +-------------+----------- | .rodata | |_____________| 代码段（RO） | .text | +-------------+----------- 2.运行态：可执行文件经过装载后就变成为运行态， 当可执行文件装载后, 在RAM中的分布如下： | ... | +-------------+-- ZI段结束地址 | ZI 段 | +-------------+-- ZI段起始地址 | 保留区2 | +-------------+-- RW段结束地址 | RW 段 | +-------------+-- RW段起始地址 | 保留区1 | +-------------+-- RO段结束地址 | RO 段 | +-------------+-- RO段起始地址 所以装载过程必须完成把可执行文件的各个段搬移到RAM的指定位置，这个装载过程则是由启动程序来完成的。而可执行代码在RAM中的地址则是由链接脚本来指定的。 一个可执行的image必须有一个入口点，并且只能有一个全局入口点，所以要通知编译器这个入口在哪里。这个是有链接脚本来实现的，由此我们可以找到程序 的入口点是在 /board/lpc2210/u-boot.lds中指定的，其中ENTRY(_start)说明程序从_start开始运行，而他指向的是cpu /arm7tdmi/start.o文件。因为我们用的是ARM7TDMI的cpu架构，在复位后从地址0x00000000取它的第一条指令，所以我们 将Flash映射到这个地址上，这样在系统加电后，cpu将首先执行u-boot程序。 ARM在CPU加电复位后是从0x0000地址开始取指，因此在零地址需要放置第一条启动代码。默认情况下，程序的链接器是把0x8000作为映像的入口 点（取指的第一条指令的位置），因此 需要对映像链接定位，即重定位映像段的存放，包括代码段、数据段、零区等，对整个系统的代码做正确的定位，这些规则通常写成链接脚本。链接脚本就是提供了 一种把代码段和数据段放在不同存储器定位。 我们的只读代码和数据是固化在ROM中（通常在0x0000），但是在执行的时候想在RAM区运行（优化系统，使性能发挥最大），就需要链接定位。链接器告诉了随机存储器从哪里开始。 
Load View：代码编译链接的一个组织情况 Execute View：代码正确执行的空间组织 启动过程的C部分 1. 初始化MMU 2.初始化外部端口 3. 中断处理程序表初始化 4. 串口初始化 5. 其它部分初始化(可选) 6. 主程序循环 于是我们可以在链接脚本中找到映像的加载地址，也即程序的入口点。/board/s3c2410/U-boot.lds OUTPUT_FORMAT("elf32-littlearm", "elf32-littlearm", "elf32-littlearm") /*OUTPUT_FORMAT("elf32-arm", "elf32-arm", "elf32-arm")*/ OUTPUT_ARCH(arm) ENTRY(_start) SECTIONS { . = 0x00000000; /*映像的入口点，通常链接器将此地址定位到ROM的0x0地址，必须使编译器知道这 个地址*/ . = 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 = .; } 从上面可以看出，链接脚本指定了代码段从0x00000000开始，而代码段最开始链接的就是cpu/arm920t/start.o。于是可以知道在CPU加电复位后程序首先是从cpu/arm920t/start.S开始的。 1．Stage1：cpu/arm920t/start.S 当系统启动时, ARM CPU会跳到0x00000000去执行。一般BootLoader都包括如下几个部分： 1. 建立中断向量异常表 2. 显示的切换到SVC且32指令模式 3. 关闭S3C2410的内部看门狗 4. 禁止所有的中断 5. 配置系统时钟频率和总线频率 6. 设置内存区的控制寄存器 7. 初始化中断 8. 安装中断向表量 9. 把可执行文件的各个段搬到运行态的各个位置 10. 跳到C代码部分执行 具体分析如下： /*复位时0地址是ROM区，从0x0到0x20分配了ARM的中断向量表*/ .globl _start _start: b reset /*0x0,正常情况下，系统reset后进入的入口，驻留于0x0地址，机器码为EA0000XX*/ ldr pc, _undefined_instruction /*0x4,未定义指令，系统出错处理的入口*/ ldr pc, _software_interrupt /*0x8，软中断，monitor程序的入口*/ ldr pc, _prefetch_abort /*0x0c，预取失败错误*/ ldr pc, _data_abort /*0x10，取数据失败错误（通常是保护现场，然后do nothing）*/ ldr pc, _not_used /*0x14保留*/ ldr pc, _irq /*0x18，快速中断请求 */ ldr pc, _fiq /*0x1c，处理原理与irq相同，所有的硬件中断源共用一个通道来进行IRQ或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 /*.将地址对其到16的倍数，如果PC跳过4字节才是16的倍数，则用0xdeadbeef填充，如果只跳过了1，2，3个字节则填充不确定，如果PC是16的倍数，则什么也不做*/ *************************************************************** * 当一个异常出现以后，ARM会自动执行以下几个步骤： * (1) 把下一条指令的地址放到连接寄存器LR(通常是R14)，这样就能够在处理异常返回时从正确的位置继续执行。 * (2) 将相应的CPSR(当前程序状态寄存器)复制到SPSR（备份的程序状态寄存器）中。从异常退出的时候，就可以由SPSR来恢复CPSR。 * (3) 根据异常类型，强制设置CPSR的运行模式位。 * (4) PC（程序计数器）被强制成相关异常向量处理函数地址，从而跳转到相应的异常处理程序中。 * * 当异常处理完毕后，ARM会执行以下几步操作从异常返回： * (1) 将连接寄存器LR的值减去相应的偏移量后送到PC中 * (2) 将SPSR复制回CPSR中 * (3) 若在进入异常处理时设置了中断禁止位，要在此清除 上述代码即碰到异常时，PC会被强制设置为对应的异常向量，从而跳转到 相应的处理程序，然后再返回到主程序继续执行。 ****************************************************************** /* ************************************************************************* * * Startup Code (reset vector) * * do important init only if we don't start from memory! * relocate armboot to ram * setup stack * jump to second stage * ************************************************************************* */ /*保存变量的数据区*/ _TEXT_BASE: .word TEXT_BASE .globl _armboot_start _armboot_start: .word _start /* * These are defined in the board-specific linker script. */ .globl _bss_start _bss_start: .word __bss_start .globl _bss_end _bss_end: .word _end #ifdef CONFIG_USE_IRQ /* IRQ stack memory (calculated at run-time) */ .globl IRQ_STACK_START IRQ_STACK_START: .word 0x0badc0de /* IRQ stack memory (calculated at run-time) */ .globl FIQ_STACK_START FIQ_STACK_START: .word 0x0badc0de #endif /*****************************************************/ 上述代码主要是用于保存一些全局变量，用于启动程序将代码从flash 拷贝到RAM或其他使用。有一些变量的值是通过链接脚本得到的，如 TEXT_BASE位于/u-boot-1.1.6/board/xxx(开发板目录名称)/config.mk * 文件里。__bss_start、_end位于/u-boot-1.1.6/board/xxx(开发板目录名称) /u-boot.lds文件里，具体值是由编译器算出来的。 /********************************************************/ /* * the actual reset code */ reset: /* * set the cpu to SVC32 mode ,在进入时将CPSR设置为监控模式，退出后改为用户模式 * 运行模式位为：10011（svc mode) */ mrs r0,cpsr bic r0,r0,#0x1f //r0=r0 AND (!0x1f），屏蔽所有中断，为中断提供服务通常是OS的设备驱动的责任，在bootloader执行中不需要中断 orr r0,r0,#0xd3 //逻辑或 msr cpsr,r0 //svc mode /**************************************************************************/ *设置cpu运行在SVC32模式。ARM共有7种模式: * 用户模式(usr)： arm处理器正常的程序执行状态 * 快速中断模式(fiq)： 用于高速数据传输或通道处理 * 外部中断模式(irq)： 用于通用的中断处理 * 超级保护模式(svc)： 操作系统使用的保护模式 * 数据访问终止模式(abt)： 当数据或指令预取终止时进入该模式，可用于虚拟存储及存储保护 * 系统模式(sys)： 运行具有特权的操作系统任务 * 未定义指令中止模式(und)： 当未定义的指令执行时进入该模式，可用于支持硬件协处理器的软件仿真 * 通过设置ARM的CPSR寄存器，让CPU运行在操作系统保护模式，为后面进行其它操作作好准备了。 *************************************************************************/ /* turn off the watchdog */ #if defined(CONFIG_S3C2400) # define pWTCON 0x15300000 # define INTMSK 0x14400008 /* Interupt-Controller base addresses */ # define CLKDIVN 0x14800014 /* clock divisor register */ #elif defined(CONFIG_S3C2410) # define pWTCON 0x53000000 # define INTMSK 0x4A000008 /* Interupt-Controller base addresses */ # define INTSUBMSK 0x4A00001C # define CLKDIVN 0x4C000014 /* clock divisor register */ #endif #if defined(CONFIG_S3C2400) || defined(CONFIG_S3C2410) ldr r0, =pWTCON mov r1, #0x0 str r1, [r0] //各个硬件还未就绪，关闭看门狗 /* * 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 /* FCLK:HCLK:PCLK = 1:2:4 */ //FCLK用于CPU，HCLK用于AHB，PCLK用于APB /* default FCLK is 120 MHz ! */ ldr r0, =CLKDIVN mov r1, #3 str r1, [r0] #endif /* CONFIG_S3C2400 || CONFIG_S3C2410 */ /*初始化代码在系统重启的时候调用，运行时热复位从RAM中启动不执行 * we do sys-critical inits only at reboot, * not when booting from ram! */ #ifndef CONFIG_SKIP_LOWLEVEL_INIT bl cpu_init_crit //初始化CPU #endif #ifndef CONFIG_SKIP_RELOCATE_UBOOT relocate: /* 重定位 U-Boot 到 RAM */ adr r0, _start /* r0 
/* 初始化堆栈 */ 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 */ /*得到最终sp的值*/ 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 /**********************************************************************/ * 已经准备好了堆栈，就可跳到C写的代码里了，也就是 * 跳到内存中的/u-boot-1.1.4/board.c --> start_armboot中运行了 * 把_start_armboot地址处的值也就是start_armboot绝对地址值移到pc * 于是跳到C代码。 /*********************************************************************/ ldr pc, _start_armboot _start_armboot: .word start_armboot /* ************************************************************************* * * CPU_init_critical registers * * setup important registers * setup memory timing * ************************************************************************* */ cpu_init_crit: /* * flush v4 I/D caches */ mov r0, #0 mcr p15, 0, r0, c7, c7, 0 /* flush v3/v4 cache */ /*使I/D cache失效： 协处理寄存器操作，将r0中的数据写入到协处理器p15的c7中，c7对应cp15的cache控制寄存器*/ mcr p15, 0, r0, c8, c7, 0 /* flush v4 TLB */ /*使TLB操作寄存器失效：将r0数据送到cp15的c8、c7中。C8对应TLB操作寄存器*/ /****************************************************************************************************** * MCR 指令用于将ARM 处理器寄存器中的数据传送到协处理器寄存器中，格式为： * MCR 协处理器编码，协处理器操作码1，源寄存器，目的寄存器1，目的寄存器2，协处理器操作码2。 * 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， * 源寄存器为ARM 处理器的寄存器，目的寄存器1 和目的寄存器2 均为协处理器的寄存器。 ******************************************************************************************************/ /* * disable MMU stuff and caches,禁止MMU和caches */ mrc p15, 0, r0, c1, c0, 0 //将c1、c0的值写入到r0中 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 //将设置好的r0值写入到协处理器p15的c1、c0中 /* * 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 //保存前一个跳转地址，防止下一个跳转将前一个lr地址覆盖 bl lowlevel_init //board/smdk2410/lowlevel_init.S：用于完成芯片存储器的初始化 mov lr, ip mov pc, lr //返回cpu_init_crit函数 2．Stage2：lib_arm/board.c 此文件是u-boot Stage2部分，入口为Stage1最后调用的start_armboot函数。注意上面最后ldr到pc的是_start_armboot这个地址，而非start_armboot变量。 start_armboot是U-Boot执行的第一个C语言函数，完成如下工作： 1. 初始化MMU 2.初始化外部端口 3. 中断处理程序表初始化 4. 串口初始化 5. 其它部分初始化(可选) 6. 主程序循环 void start_armboot (void) { DECLARE_GLOBAL_DATA_PTR; //此宏定义了一个gd_t类型的指针 *gd，并指名用r8寄存器来存储： #define DECLARE_GLOBAL_DATA_PTR register volatile gd_t *gd asm ("r8") ulong size; init_fnc_t **init_fnc_ptr; char *s; /* Pointer is writable since we allocated a register for it 上面那个宏的作用*/ gd = (gd_t*)(_armboot_start - CFG_MALLOC_LEN - sizeof(gd_t)); // 此C语句引用的是start.S中的地址标号_armboot_start，但是得到的却是其中所指的变量_start的值（在RAM中，_start = 0x33F80000）。 Ps： _armboot_start: .word _start //gd是全局变量，位置在堆栈区以下(低地址)： typedef struct global_data { bd_t *bd; unsigned long flags; unsigned long baudrate; unsigned long have_console; /* serial_init() was called */ unsigned long reloc_off; /* Relocation Offset */ unsigned long env_addr; /* Address of Environment struct */ unsigned long env_valid; /* Checksum of Environment valid? */ unsigned long fb_base; /* base address of frame buffer */ #ifdef CONFIG_VFD unsigned char vfd_type; /* display type */ #endif #if 0 unsigned long cpu_clk; /* CPU clock in Hz! */ unsigned long bus_clk; unsigned long ram_size; /* RAM size */ unsigned long reset_status; /* reset status register at boot */ #endif void **jt; /* jump table */ } gd_t; /* compiler optimization barrier needed for GCC >= 3.4 */ __asm__ __volatile__("": : :"memory"); memset ((void*)gd, 0, sizeof (gd_t)); gd->bd = (bd_t*)((char*)gd - sizeof(bd_t)); //得到bd的起点 memset (gd->bd, 0, sizeof (bd_t)); monitor_flash_len = _bss_start - _armboot_start; /* 顺序执行init_sequence数组中的初始化函数 */ for (init_fnc_ptr = init_sequence; *init_fnc_ptr; ++init_fnc_ptr) { if ((*init_fnc_ptr)() != 0) { hang (); } } /*配置可用的Flash */ size = flash_init (); //初始化Nor flash的函数，函数实现在下面 display_flash_config (size); //打印到控制台：Flash: 512 kB /* _armboot_start 在u-boot.lds链接脚本中定义 */ mem_malloc_init (_armboot_start - CFG_MALLOC_LEN); //将CFG_MALLOC_LEN区域用memset函数清零（直接往目的地址写0） /* 配置环境变量，重新定位 */ env_relocate (); //刚才的初始化函数中有一个是env_init()，根据CRC校验来初始化gd->env_addr变量（自己设定的还是初始值），此函 数是作用是将环境变量值从某个flash和RAM之间的拷贝。下图描述了ENV的初始化过程： /* 从环境变量中获取IP地址，放到全局变量gd中 */ gd->bd->bi_ip_addr = getenv_IPaddr ("ipaddr"); /* 以太网接口MAC 地址，放到全局变量gd中*/ { int i; ulong reg; char *s, *e; uchar tmp[64]; i = getenv_r ("ethaddr", tmp, sizeof (tmp)); s = (i > 0) ? tmp : NULL; for (reg = 0; reg 6; ++reg) { gd->bd->bi_enetaddr[reg] = s ? simple_strtoul (s, &e, 16) : 0; if (s) s = (*e) ? e + 1 : e; } } devices_init (); /* 获取列表中的设备 */ jumptable_init (); console_init_r (); /* 完整地初始化控制台设备 */ enable_interrupts (); /* 使能例外处理 */ /* 通过环境变量初始化 */ if ((s = getenv ("loadaddr")) != NULL) { load_addr = simple_strtoul (s, NULL, 16); } /* main_loop()总是试图自动启动，循环不断执行 */ for (;;) { main_loop (); /* 主循环函数处理执行用户命令 -- common/main.c */ } /* NOTREACHED - no way out of command loop except booting */ } 转载于:https://www.cnblogs.com/hnrainll/archive/2011/06/14/2080257.html