S5PV210学习笔记——(2) 启动阶段的设置

5.2 启动阶段的设置

5.2.1 关开门狗

       启动阶段喂狗比较麻烦，而且启动阶段都是初始化，看门狗这时的作用不大。根据用户手册，可以找到关看门狗的寄存器，只需要对这个寄存器的第五位写0即可

5.2.2 设置栈调用C语言

       首先，C语言中的所有局部变量全都存在栈里，所以在调用C语言程序之前，必须把栈先初始化了。

       其次，在初始化栈的时候，因为每个模式下都有自己独立的SP寄存器（R13）所以必须先进入对应的模式下才行，系统在复位后默认是在SVC模式下，我们就不用再另外设置CPSR了。

       此外，要注意，手册里面为我们写出了栈的地址及大小，为0xD0037780-0xD0037D7F，此外，在ARM中，默认使用的是满减栈（存的时候先减再存），所以我们这里的栈指针要设置在0xD0037D80处，这样才往里存的时候才先减1移到0xD0037D7F处

5.2.3 cache高速缓存

       执行程序时，从 Flash先把程序读到内存里面，然后每执行一条程序，就会从PC指向的内存中把指令读到寄存器，然后再通过寄存器给到CPU去执行，这个时候，对于容量来说，CPU<寄存器<寄存器>>DDR，所以在工作时，CPU执行完程序后，需要等待DDR慢慢把指令传给寄存器，效率非常低

       所以就用一个cache缓存放在寄存器和DDR之间作为中介。容量上来看，CPU<寄存器寄存器>cache>DDR。当执行程序时，cache会把正在执行的指令的周围几条都拿过来缓存着，当CPU要执行下一条指令的时候，先检查cache里面有没有需要执行的指令，如果有就直接从cache传到寄存器，速度大大提高，如果没有的话就会从内存中重新读取，然后cache清缓存、存入新的一批指令。

       这里，我们的内部icache的动作是自动的，不用认为干预，我们只需要程序开启/关闭icache即可，这里就用到了前面汇编指令介绍的CP15协处理器的指令

5.2.4 重定义和链接脚本、位置有关码和位置无关码

       程序从源码到可执行程序主要经历以下几个步骤，其中前三个步骤是必须的，其他步骤根据需求可选

① 预编译：主要是去掉宏定义、注释等这些信息（像是洗菜削皮）

② 编译：编译器把.C、.S文件编译成.o文件。.o文件里面是由很多个函数一段一段构成，所以需要第三步（切菜）

③ 链接：把各个函数段链接起来（把菜按先后顺序下锅）

④ strip：把可执行程序中的符号信息去除，从而节省空间

⑤ objcopy：由可执行程序生成可烧录的bin文件

⑥ objdump：由可执行程序反汇编得到汇编程序

       了解链接前，先了解一个概念，位置无关码（PIC，position independent code）和位置有关码，就是，汇编源文件被编码成二进制可执行程序时，编码方式和位置（内存）地址是否相关。

       设计程序的时候，会给程序指定预期规划的运行地址，此时这个预先指定的地址叫链接地址，将来程序在执行时，必须把程序放在指定的链接地址下面执行，否则不行，这就是位置有关编码。

       链接地址：连接时，连接脚本指定的地址

       运行地址：程序运行时放的地址

       这两个地址必须相同

如果不相同，我们就要通过代码为这段程序重定义位置，让它能正常执行。

       这里在哈工大李治军老师的《计算机操作系统》课程中前面linux的启动过程也有提到过代码的重定义这个概念。

       而链接地址的决定，可以在makefile中连接到指定地址或者在makefile中指定连接脚本，然后根据链接脚本里面指定的链接地址地址来链接。

       使用makefile直接连接时，像下图，链接地址是由makefile中的-Ttext来决定。使用makefile直接规定链接地址时，指令arm-linux-ld -Ttext 0x0 -o led.elf $^中的-Ttext 0x0，就是把程序连接到0x0处

       使用连接脚本来链接时，先了解一下链接脚本。链接脚本就是通过段名和地址，为每一个段分配相应的地址和链接顺序，像这里，. = 0xd002400，就是让里的链接起始地址是0xd002400，然后.text表示这里是代码段（放函数编译后生成的东西），大括号指定了代码段开头必须让start.o，然后后面放其他代码段属性的文件，不限顺序；之后是.data数据段（用来放显示初始化为非0的全局变量）；然后是. bss段，又叫ZI段即zero initial段（用来放显示初始化为0或者没有初始化的全局变量，这就可以知道为什么全局变量不初始化时默认大小就是0了）。然后他们中间有个bss_start = . 和bss_end = .，这两个变量分别记录了地址值，方便后面计算这个. bss段的大小，或者做其他的用途。另外，要在makefile中指定出使用的链接脚本，如指令arm-linux-ld -Tlink.lds -o led.elf $^中的-Tlink.lds就表示要使用link.lds这个链接脚本

 

     这里可能还不明白链接地址和运行地址这两个概念的作用是什么，可以看接下来的代码，实验中，我们把程序通过链接脚本链接到0xd002400处，然后把程序下载到0xd0020010，于是这里的链接地址就是0xd002400，运行地址就是0xd0020010。这两个地址不同，所以只能利用位置无关码在运行位置有关码之前把代码搬到0xd002400处运行。

       这里注意，Ldr是伪指令操作pc寄存器时，它是位置有关码，比如ldr pc，=_start，而Adr是位置无关码，比如adr r0，_start

       程序中，通过adr r0，_start获取当前运行地址（也就是0xd0020010），通过ldr r1，=_start获取链接地址（也就是0xd002400），然后通过ldr r2，=bss_start获取在链接脚本中定义的bss段起始地址，然后通过复制当前运行地址处的程序到链接地址处，这里我们复制到bss段前面即可，主要原因是：bss段存的全是值为0的全局变量，所以我们只需要把bss的空间长度里的内容全部清零就好了，并不需要再复制一遍了，麻烦。这里我们重定位来的程序bss是自己手动清零的，而下载到0xd0020010的程序中的bss段是在C语言编译器和连接器帮我们在程序前面添加的一段头程序，在main()之前自动清bss，就不需要我们关心了。

       接下来看反汇编程序，来分析ldr和adr，根据上面汇编程序的32行、34行、36行，一个adr两个ldr伪指令分别对应下面的15 16 17行。需要注意，这里的PC是当前正在执行指令向后两条的地址，所以应该是前面的值+8，但是！！我们的程序实际下载到的地方是0xd0020010，所以从原理上来说，板子里下载进去的程序是从0xd0020010开始的，每一条指令一条一条按照顺序从0xd0020010往后放，所以PC的地址是运行地址+8，这也就是运行地址的意义。

       接着看，第15行，是r0 = pc-36=pc-0x24，来计算一下，按照链接时的定义，pc此时相对于最开头的d0024000偏移量是0xd002401c+0x08-0xd0024000=0x24，所以pc的真实值应该是0xd0020010+0x24 = 0xd0020034，于是计算一下，r0=0xd0020010，就是我们之前下载进去的地址（运行地址），所以可以知道这里的adr反汇编过来的sub只是计算偏移量，是相对跳转

       接着看第16行，它的反汇编是由ldr r1，=_start得来，这里的pc+72取的是地址，而指令都是按照顺序排列在一起，所以不管运行地址链接地址如何，pc加上一个值指向的地址肯定是在这段代码里面的同一位置，不信可以计算一下来看看：pc的真实值是0xd0024020+0x08-0xd0024000+0xd0020010 = 0x28+0xd0020010 = 0xd0020038，然后再加上72，就是0xd0020080。然后0xd0020080-0xd0020010得到这个内存空间相对于下载进去的起始地址便宜0x70，所以就可以找到最终程序里对应位置0x70+0xd0024000 = 0xd0024070；这个地方他直接存着一个值，就是d0024000，

       分析到这里，我们知道可以看到ldr伪指令得到的数是一个绝对的数值，那么一旦ldr r1，_start里面的操作对象不是r1而是pc，即源程序中的63行，ldr pc，=led_blink，那程序不就直接跳到了实际内存存着不知道是什么东西的0xd0024000的链接地址后面的d0024060了吗，这时程序就会跑飞了，所以ldr伪指令操作PC跳转到某一函数是位置有关码，它对PC的赋值与程序的链接地址有关。

       这里，我们把ldr伪指令命令成为长跳转（操作PC）或者长加载（操作通用寄存器），adr命令成为短跳转（操作PC）或者短加载（操作通用寄存器）

5.2.5 外部拓展SDRAM

       SDRAM：同步动态随机存储器。SDRAM容量大、价格低、掉点易失、随机读写、总线式访问，使用前必须先初始化（这一点和NAND Flash一样）。DDR是DDR SDRAM，是SDRAM的升级版。（DDR：double rate，双倍速度的SDRAM），还有DDR1 DDR2 DDR3 DDR4 LPDDR等。

       我们板子上用的是K4T1G164QE，是DDR2，K表示三星产品，4表示是DRAM，T表示产品号码，1G表示容量（1Gb，等于128MB，我们开发板X210上一共用了4片相同的内存，所以总容量是128×4=512MB）16表示单芯片是16位宽的，4表示是4bank。

       在手册中，可以看到S5PV210这块芯片所指定的存储，

       DRAM0：内存地址范围：0x20000000～0x3FFFFFFF（512MB），对应引脚是Xm1xxxx

       DRAM1: 内存地址范围：0x40000000～0x7FFFFFFF（1024MB），对应引脚是Xm2xxxx

      

 

       看Port1口，有14根地址线，32根数据线，但是对于我们这块DDR芯片来说，只有16根数据线，我们在使用时，用两块128MB的DDR并联接入，从原理上来看，就和一整块256MB的一样。

       看数据手册《NT5TU64M16GG-DDR2-1G-G-R18-Consumer》第10页的block diagram。

210的DDR端口信号中有BA0～BA2，接在内存芯片的BA0～BA2上，这些引脚就是用来选择bank的。共8个bank，每个bank内部有128Mb，通过row address（14位） + column address（10位）的方式来综合寻址。一共能寻址的范围是：2的14次方+2的10次方 = 2的24次方。对应16MB（128Mbit）内存。

初始化SDRAM时，直接使用SOC内的DDR控制器控制即可。在S5PV210的数据手册里，有详细的初始化步骤。

 对应的初始化程序：