uboot启动之BL1阶段的分析1

对uboot启动的BL1阶段的主体代码分析1 

BL1阶段代码的分析以start.s文件作为主要的目标，此篇博文主要对整个个流程进行分析。

总体分析：

BL1阶段的代码固化在IROM中的BL0调用执行，在上电之后会会执行，他的主要主要工作就是初始化soc，为uboot的主体代码也就是BL2阶段做好一切准备。  

BL1中重要的几个功能：

(1)CPU相关的一些基础的初始化；
 (2)初始化DRAM；
 (3)从sd卡中拷贝BL2（其实是拷贝整个uboot）到DRAM中；
 (4)设置三次不同用处的栈；
 (5)初始化MMU，虚拟地址映射的建立；
 (6)最后通过长跳转执行BL2阶段的代码。

 

下面是对start.S文件的具体分析：

1.镜像文件的16字节校验头：

#if defined(CONFIG_EVT1) && !defined(CONFIG_FUSED)
	.word 0x2000
	.word 0x0
	.word 0x0
	.word 0x0
#endif

在裸机开发时，mkv210image.c完成了这个功能，进行镜像前16字节的填充占位。在之后被填充为坏牛肉：deadbeef

        .balignl 16,0xdeadbeef

 

2.构建异常向量表：

.globl _start
	_start: b	reset
		ldr	pc, _undefined_instruction
		ldr	pc, _software_interrupt
		ldr	pc, _prefetch_abort
		ldr	pc, _data_abort
		ldr	pc, _not_used
		ldr	pc, _irq
		ldr	pc, _fiq

cpu有异常事件发生时会在此向量表内进行查找，然后执行对应的函数，而这些函数具体的实现是参照硬件来实现。 在uboot中的异常向量表较少，因为他的主要工作是驱动硬件，而对于各种异常的处理不是主要的目标。

 

3.链接地址的指定：

_TEXT_BASE:
	.word	TEXT_BASE

这里的TEXT_BASE  就是我们配置阶段分析的 make 时传入的变量。

注：对于这里的汇编的语法做简单的说明：类似于定义了一个名为_TEXT_BASE的指针，而这个指针指向的是一个四字节的名为 TEXT_BASE 的变量

 

4.指定了uboot代码的运行地址：

TEXT_PHY_BASE:
	.word	CFG_PHY_UBOOT_BASE

#define CFG_PHY_UBOOT_BASE	MEMORY_BASE_ADDRESS + 0x3e00000

指定一个uboot进行运行的物理地址，而这个物理地址经过分析为：0x33e0000。 这个地址也是_TEXT_BASE指定的0xc3e00000链接地址所实际对应的物理地址，在之后的MMU初始化之后会将两个地址进行映射。

 

5.定义了一些全局的指针变量：

.globl _armboot_start
	.globl _bss_end
	.globl IRQ_STACK_START
	.globl FIQ_STACK_START

这些全局变量在之后的程序中会被调用

 

6.复位的实现函数，设置CPU的状态：

msr	cpsr_c, #0xd3		@ I & F disable, Mode: 0x13 - SVC

    cpsr：程序状态寄存器，向程序状态寄存器的c位写入0xd3。而0xd3对应的寄存器的含义是：将cpu设置为禁止FIQ IRQ，ARM状态，SVC模式。CPU在复位时默认会进入SVC模式，但是这里为了保险起见通过软件再次设置。

 

7.进行CPU的初始化，获取boot的启动方式：

    一些比较底层的初始化：

cpu_init_crit:

	bl	disable_l2cache

    bl	set_l2cache_auxctrl
	
	bl	enable_l2cache

禁用MMU的东西和缓存：

	mrc	p15, 0, r0, c1, c0, 0
        bic	r0, r0, #0x00002000     @ clear bits 13 (--V-)
        bic	r0, r0, #0x00000007     @ clear bits 2:0 (-CAM)
        orr	r0, r0, #0x00000002     @ set bit 1 (--A-) Align
       orr	r0, r0, #0x00000800     @ set bit 12 (Z---) BTB
        mcr 	p15, 0, r0, c1, c0, 0	

读取boot的启动方式信息：

  ldr	r0, =PRO_ID_BASE
        ldr	r1, [r0,#OMR_OFFSET]
        bic	r2, r1, #0xffffffc1

S5PV210启动方式由SOC的OM5~OM0这6个引脚的高低电平决定，在芯片中地址为0xe0000004的区域有一个特殊功能寄存器，这个寄存器的值是硬件根据OM引脚的设置而自动设置的，所以通过读取这个寄存器的值可以得知硬件的启动方式。

然后在后面的程序中通过与一些已设置的值进行比对以具体的确定启动的方式：

/* 以 SD/MMC BOOT 的一部分为例*/
	cmp     r2, #0xc
	moveq   r3, #BOOT_MMCSD	

 

8. uboot启动方式信息的存储： 

	/* Uart BOOTONG failed */
	cmp     r2, #(0x1<<4)
	moveq   r3, #BOOT_SEC_DEV
	
	ldr	r0, =INF_REG_BASE
	str	r3, [r0, #INF_REG3_OFFSET] 

将前一步中r3中的值也就是BOOT_MMCSD放进一个名为INF_REG_BASE的寄存器中进行存储，在后面重定位是会用到这个寄存器

 

 

9.第一设置栈，在IRAM中设置栈，用来运行lowlevel_init 函数（函数内初始化了DRAM）：

ldr	sp, =0xd0036000 /* end of sram dedicated to u-boot */
	sub	sp, sp, #12	/* set stack */
	mov	fp, #0
	
	bl	lowlevel_init	/* go setup pll,mux,memory */

此阶段属于启动的BL1阶段，代码运行在SRAM中，所以设置的栈也就是在SRAM中（内存分布图的查找得知是在SRAM中）。 对于 lowlevel_init 的分析请看关于 lowlevel_init 的具体分析

 

10.再次进行开发板的供电索存（上一次在 lowlevel_init 中）：

ldr	r0, =0xE010E81C  /* PS_HOLD_CONTROL register */
	ldr	r1, =0x00005301	 /* PS_HOLD output high	*/
	str	r1, [r0]

 

11.第二次设置栈，在DRAM1中设置栈，为执行BL2阶段做准备：

ldr	sp, _TEXT_PHY_BASE	/* setup temp stack pointer */
	sub	sp, sp, #12
	mov	fp, #0			/* no previous frame, so fp=0 */

这里的_TEXT_PHY_BASE前面已经分析过，为ox33e00000，刚好紧挨着uboot的链接地址，但又因为uboot中的栈是满减栈，所以不会对uboot的代码段造成影响。

这里设置栈的主要原因是SRAM中内存仅为96kb，所以将栈设置到内存较大的DRAM1中以避免因为内存溢出等内存不够造成的安全问题，然后设置完栈就可以调用c函数进行初始化。

 

12.再次对运行地址进行确认以进行重定位，开始准备BL2阶段的启动：

ldr	r0, =0xff000fff
	bic	r1, pc, r0		/* r0 <- current base addr of code */
	ldr	r2, _TEXT_BASE		/* r1 <- original base addr in ram */
	bic	r2, r2, r0		/* r0 <- current base addr of code */
	cmp     r1, r2                  /* compare r0, r1                  */
	beq     after_copy		/* r0 == r1 then skip flash copy   */

再次判断此时刻程序运行的地址，如果是运行的地址与我们配置编译阶段指定TEXT_BASE链接地址相同的话，就执行下面的重定向函数，将BL2阶段的程序加载前面lowlevel_init函数中已经初始化的DRAM内存空间中去运行。

 

13.重定向的实现：

在这里有两种方式都可以进入我们的重定位函数：

（1）通过读取 0xD0037488 （SRAM一个名为V210_SDMMC_BASE 的，存储启动方式的寄存器）的寄存器的值然后与一个已设置的值进行比对已确定启动的方式进而进入重定位函数：

	#if defined(CONFIG_EVT1)
		/* If BL1 was copied from SD/MMC CH2 */
		ldr	r0, =0xD0037488
		ldr	r1, [r0]
		ldr	r2, =0xEB200000
		cmp	r1, r2
		beq     mmcsd_boot

（2）通过比对第8步中赋值的寄存器（储存uboot启动方式信息）的值来判断是否为sd卡启动：

	ldr	r0, =0xff000fff
		bic	r1, pc, r0		/* r0 <- current base addr of code */
		ldr	r2, _TEXT_BASE		/* r1 <- original base addr in ram */
		bic	r2, r2, r0		/* r0 <- current base addr of code */
		cmp     r1, r2                  /* compare r0, r1                  */
		beq     after_copy		/* r0 == r1 then skip flash copy   */

		ldr	r0, =INF_REG_BASE
		ldr	r1, [r0, #INF_REG3_OFFSET]
		cmp	r1, #BOOT_NAND		/* 0x0 => boot device is nand */
		beq	nand_boot
		cmp	r1, #BOOT_ONENAND	/* 0x1 => boot device is onenand */
		beq	onenand_boot
		cmp     r1, #BOOT_MMCSD
		beq     mmcsd_boot
		cmp     r1, #BOOT_NOR
		beq     nor_boot
		cmp     r1, #BOOT_SEC_DEV
		beq     mmcsd_boot

最后都是调用mmcsd_boot。

 

    
14.对mmcsd_boot 的实现函数movi_bl2_copy的分析：

追踪mmcsd_boot 函数指针可知他的实现主要靠movi_bl2_copy函数来实现：

#if defined(CONFIG_EVT1)
	ch = *(volatile u32 *)(0xD0037488);
	copy_sd_mmc_to_mem copy_bl2 =
	    (copy_sd_mmc_to_mem) (*(u32 *) (0xD0037F98));

首先定义了一个0xD0037488所指向的函数类型的函数

else if (ch == 0xEB200000) {
		ret = copy_bl2(2, MOVI_BL2_POS, MOVI_BL2_BLKCNT,
			CFG_PHY_UBOOT_BASE, 0);

和13步第一种方法一样的比对方式，重点是执行copy_bl2（）函数。

值得一提的是copy_bl2()这个函数：这个函数是实现重定向的具体函数，函数传入五个参数，分别是sd卡的通道号、sd卡的开始扇区号、读取扇区的个数、读取后放入的地址内存（BL2在DRAM中的储存地址）以及以一个无关的数，最后重定位的位置是0x33e00000

 

15.进行MMU虚拟地址映射，从此开始使用虚拟地址：

/* enable domain access */
			ldr	r5, =0x0000ffff
			mcr	p15, 0, r5, c3, c0, 0		@load domain access register

			/* Set the TTB register */
			ldr	r0, _mmu_table_base
			ldr	r1, =CFG_PHY_UBOOT_BASE
			ldr	r2, =0xfff00000
			bic	r0, r0, r2
			orr	r1, r0, r1
			mcr	p15, 0, r1, c2, c0, 0

			/* Enable the MMU */
		mmu_on:
			mrc	p15, 0, r0, c1, c0, 0
			orr	r0, r0, #1
			mcr	p15, 0, r0, c1, c0, 0
			nop
			nop
			nop
			nop
		#endif

    分析虚拟地址映射之前不得不说说虚拟地址映射相关的一些知识：
 （1）MMU是一个内存管理单元，是SOC中的一个硬件设备，主要完成的功能就是实现虚拟地址到物理地址的映射。
 （2）MMU通过对cp15协处理器进行控制，从而实现虚拟地址的映射，也就是说操作MMU进行虚拟地址映射的方法就是对cp15协处理器的寄存器进行编程；
（3）虚拟地址映射在完成物理地址到虚拟地址的映射外还实现了访问控制，访问控制就是：对内存进行分块处理，然后每一块虚拟地址单独的进行映射，同时实现了读、写、执行的控制；
（4）cach的工作也与虚拟地址映射有关，cpu将自己比较常用的一些数据存储在cach中，然后在需要的时间直接从cach中进行读取。

在这里设置了虚拟地址映射的转换表TTB:

转换表是建立虚拟地址映射的关键，转换表分为表索引和表项两部分，表索引对应虚拟地址映射，表项对应物理地址，一个表索引和表项构成一个转换单元，能够对一个内存块进行虚拟地址转换。（内存管理和映射以快为单位）转换表放置在内存之中，放置时要求起始地址在内存之中要xx位对齐，转换表不需要软件的支持，而是将基地址TTB设置到cp15的c2寄存器之中，然后MMU工作时会自动查询转换表。

进过分析转换表的可知：虚拟地址映射只是把虚拟地址的c0000000开头的256MB映射到了DMC0的30000000开头的256MB物理内存上去了。其他的虚拟地址空间根本没动，还是原样映射的。

   c0000000-d0000000    30000000-40000000        256MB    3G-3.25G

 

16.第三次设置栈：

skip_hw_init:
			/* Set up the stack						    */
		stack_setup:
		#if defined(CONFIG_MEMORY_UPPER_CODE)
			ldr	sp, =(CFG_UBOOT_BASE + CFG_UBOOT_SIZE - 0x1000)

本次设置栈主要是为了设置一个更加安全的栈，设置了栈的起始位置，设置了栈的大小：
 栈的起始位置：CFG_UBOOT_BASE + CFG_UBOOT_SIZE：uboot起始地址0x33e00000上方2MB处
 栈的大小：CFG_UBOOT_BASE + CFG_UBOOT_SIZE-0x1000  约为1.8MB
 这次设置使得这个栈离我们uboot的源码储存的地方尽量的近，从而紧凑而不浪费的使用了内存空间。（uboot中的栈是满减栈，向下进行储存，所以设置的栈在减去uboot源码的空间之后有着巨大的空间可以供开发使用）
 而bss段的开头和结尾地址的符号是从链接脚本u-boot.lds得来的。

 

17.跳转至BL2阶段，BL1光荣退休：

   ldr    pc, _start_armboot
        _start_armboot:
            .word start_armboot        

 这个远跳转是uboot启动过程第一阶段和第二阶段的分界线，直接跳转至DDR中的第二阶段开始的地址处。  而start_armboot是一个指针，指向的是uboot启动源码第二部分在DDR之中存放的地址。它存放在uboot/lib_arm/board.c中。

 

END...........