relocate_code function in u-boot(转)暂存看看

个人学习笔记，不保证正确性 。
不过这做为CSAPP第七章的阅读材料非常合适，特别是u-boot中对PIC和GOT的利用。我现在只熟悉MIPS，所以也只阅读了u-boot中与MIPS相关的部分。

u-boot代码下载： ftp://ftp.denx.de/pub/u-boot/u-boot-2009.03.tar.bz2
涉及到的文件 u-boot-2009.03/cpu/mips/start.S
u-boot-2009.03/lib_mips/board.c
不过还要结合一个lds文件来看，比如：u-boot-2009.03/board/qemu-mips/u-boot.lds
先从start.S中的_start开始跑，然后会到board.c中的void board_init_f(ulong bootflag)，然后再回到start.S中的relocate_code (addr_sp, id, addr)；在relocate代码之前要做很多事情，比如RAM的初始化，调用relocate_code函数时那三个参数是怎么确定的。。。具体的代码就不详细的注释了，不过关注一个地方：

/* Initialize $gp.
*/
bal     1f
nop
.word   _gp
1:
lw      gp, 0(ra)

这也许算是个小技巧。可以利用这个ra做很多事情，比如某些时候你可以利用它来判断自己是在FLASH里面还是在RAM里面。
在注释relocate_code函数之前，先来点假设吧，假设你编译代码的时候指定的CONFIG_SYS_MONITOR_BASE是0xbfc00000，u-boot编译出来是PIC的，也就是说它可以被relocate到内存中的其他地方执行。假设relocate到内存中的地址是0x800xxxxx。

/*
* void relocate_code (addr_sp, gd, addr_moni)
*
* This "function" does not return, instead it continues in RAM
* after relocating the monitor code.
*
* a0 = addr_sp
* a1 = gd
* a2 = destination address
*/
.globl    relocate_code
.ent    relocate_code
relocate_code:
move    sp, a0        /* Set new stack pointer    */
#假设CONFIG_SYS_MONITOR_BASE是0xbfc00000。
li    t0, CONFIG_SYS_MONITOR_BASE
#in_ram是个标号，此刻是相对于0xbfc00000。
la    t3, in_ram
#关注lds文件，在链接的时候会确定uboot_end_data的值，此刻取值是从FLASH中。
lw    t2, -12(t3)    /* t2 <-- uboot_end_data    */
move    t1, a2
move    s2, a2        /* s2 <-- destination address    */

/*
* Fix $gp:
*
* New $gp = (Old $gp - CONFIG_SYS_MONITOR_BASE) + Destination Address
*/
#把以前的gp寄存器保存起来。
move    t6, gp
#因为我们链接的时候指定了TEXT_BASE，所以可以算出gp相对于TEXT_BASE的偏移。
sub    gp, CONFIG_SYS_MONITOR_BASE
#这里的a2，就是我们假设会relocate到内存中的起始地址0x800xxxxx，此刻我们的TEXT_BASE变了，所以gp的地址要调整，但是它相对于TEXT_BASE的偏移是一定了，因此我们可以利用它相对CONFIG_SYS_MONITOR_BASE的偏移求出新的RAM地址。
add    gp, a2        /* gp now adjusted        */
#当然，不光是gp，其他的代码也要调整，所以把这个要调整的偏移记录下来。
sub    s1, gp, t6    /* s1 <-- relocation offset    */

/*
* t0 = source address
* t1 = target address
* t2 = source end address
*/

/*
* Save destination address and size for later usage in flush_cache()
*/
move    s0, a1        /* save gd in s0        */
move    a0, t1        /* a0 <-- destination addr    */
sub    a1, t2, t0    /* a1 <-- size            */

/* On the purple board we copy the code earlier in a special way
* in order to solve flash problems
*/
#下面这段循环的代码就是把整个uboot.bin从FLASH复制到RAM中。
#ifndef CONFIG_PURPLE
1:
lw    t3, 0(t0)
sw    t3, 0(t1)
addu    t0, 4
ble    t0, t2, 1b
addu    t1, 4        /* delay slot            */
#endif

/* If caches were enabled, we would have to flush them here.
*/
#这里有点像see mips run中讲的，CPU自己写指令到内存中，然后再执行这些指令时，需要对cache做一些事情。
/* a0 & a1 are already set up for flush_cache(start, size) */
la    t9, flush_cache
jalr    t9
nop

/* Jump to where we've relocated ourselves.
*/
#s2的值：0x800xxxxx，此处也是根据in_ram标号在FLASH中的偏移算出它在RAM中的地址。
addi    t0, s2, in_ram - _start
#跳到RAM中执行代码。
jr    t0
nop

#以下几个变量要结合lds文件看
.word    _gp
.word    _GLOBAL_OFFSET_TABLE_
.word    uboot_end_data
.word    uboot_end
.word    num_got_entries

in_ram:
/*
* Now we want to update GOT.
*
* GOT[0] is reserved. GOT[1] is also reserved for the dynamic object
* generated by GNU ld. Skip these reserved entries from relocation.
*/
#下面是从RAM中取值，不是从FLASH中了，虽然值的大小是一样的。
lw    t3, -4(t0)    /* t3 <-- num_got_entries    */
lw    t4, -16(t0)    /* t4 <-- _GLOBAL_OFFSET_TABLE_    */
lw    t5, -20(t0)    /* t5 <-- _gp    */
#这里用另外的一种方法算偏移，为什么没有利用前面的s1？
sub    t4, t5        /* compute offset*/
add    t4, t4, gp    /* t4 now holds relocated _GLOBAL_OFFSET_TABLE_    */
addi    t4, t4, 8    /* Skipping first two entries.    */
li    t2, 2
#调整GOT中的内容
1:
lw    t1, 0(t4)
beqz    t1, 2f
add    t1, s1
sw    t1, 0(t4)
2:
addi    t2, 1
blt    t2, t3, 1b
addi    t4, 4        /* delay slot            */

/* Clear BSS.
*/
#这里是从RAM中取值，不过取得的值是相对于0xbfc00000，所以需要调整。
lw    t1, -12(t0)    /* t1 <-- uboot_end_data    */
lw    t2, -8(t0)    /* t2 <-- uboot_end        */
add    t1, s1        /* adjust pointers        */
add    t2, s1
#把BSS段清0。
sub    t1, 4
1:
addi    t1, 4
bltl    t1, t2, 1b
sw    zero, 0(t1)    /* delay slot            */

move    a0, s0        /* a0 <-- gd            */
#board_init_r中的r应该代表的是RAM，前面提到的board_init_f中的f应该代表的是FLASH,到此刻为止，运行C代码的环境已经构建完成。
la    t9, board_init_r
jr    t9
move    a1, s2        /* delay slot            */

.end    relocate_code

要完全理解，lds文件很重要，因此也贴上来：

/*
* (C) Copyright 2003
* Wolfgang Denk Engineering,
*
* See file CREDITS for list of people who contributed to this
* project.
*
* This program is free software; you can redistribute it and/or
* modify it under the terms of the GNU General Public License as
* published by the Free Software Foundation; either version 2 of
* the License, or (at your option) any later version.
*
* This program is distributed in the hope that it will be useful,
* but WITHOUT ANY WARRANTY; without even the implied warranty of
* MERCHANTABILITY or FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE. See the
* GNU General Public License for more details.
*
* You should have received a copy of the GNU General Public License
* along with this program; if not, write to the Free Software
* Foundation, Inc., 59 Temple Place, Suite 330, Boston,
* MA 02111-1307 USA
*/

/*
OUTPUT_FORMAT("elf32-bigmips", "elf32-bigmips", "elf32-bigmips")
*/
OUTPUT_FORMAT("elf32-tradbigmips", "elf32-tradbigmips", "elf32-tradbigmips")
OUTPUT_ARCH(mips)
ENTRY(_start)
SECTIONS
{
. = 0x00000000;

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

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

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

. = .;
_gp = ALIGN(16) +0x7ff0;

.got : {
__got_start = .;
*(.got)
__got_end = .;
}

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

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

uboot_end_data = .;
num_got_entries = (__got_end - __got_start) >> 2;

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