U-Boot完美解读(2)——启动文件start.s解析
2、谁来唤醒我
在上一节的u-boot.lds文件中有这样一句是：
cpu/arm_cortexa8/start.o (.text)这句话就是调用初始化代码stat.s的元老级功臣，这可和神话中的女娲、盘古之类的有得一拼的，只是那时代没有计算机，要不还真得一较高低才行。说远了，回归主题，话说从这里调用并执行start.s文件后，该文件又是如何执行的呢？
2.1、天生我才必有用
start.s是就是所谓启动的第一阶段，其主要功能如下：
（1）定义入口。由于一个可执行的image必须有一个入口点，并且只能有一个全局入口，通常这个入口放在rom(Flash)的0x0地址，因此，必须通知编译器以使其知道这个入口，该工作可通过修改连接器脚本来完成。
（2）设置异常向量(exception vector)。
（3）设置CPU的速度、时钟频率及中断控制寄存器。
（4）初始化内存控制器 。
（5）将rom中的程序复制到ram中。
（6）初始化堆栈 。
（7）转到ram中执行，该工作可使用指令ldr pc来完成。
2.2、出问题了？相信表哥
怎么不是相信春哥得永生呢？其实我也这么想的，关键是程序不认识春哥呀，这个傻不啦叽的家伙只认识表哥呀，当然这里可不是你的表哥哟，所谓的表即“异常向量表”，明白了吧，关键时候还得看表哥的。
系统上电后，pc指针从0x00000000地址开始执行，这个地址是处理器可以直接访问的，所以这个时候不要指望能运行到你的外存上，实际上现在还在内部flash中，就是所谓的nor flash。所以，我们就要在0x00000000位置放置有意义的东西，不然系统怎么启动呢？废话少说，直接看下面的代码再作解释：
.globl _start
_start: b start_code
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
该部分为处理器的异常处理向量表。地址范围为0x0000 0000 ~ 0x0000 0020,刚好8条指令，在ARM的异常向量表(如下表所示)：
| 中断向量地址 | 异常中断类型 | 异常中断模式 | 优先级（6最低） |
| 0x00 | 复位 | 特权模式 | 1 |
| 0x04 | 未定义的指令 | UND终止模式 | 6 |
| 0x08 | 软件中断 | 特权模式 | 6 |
| 0x0C | 指令预取终止 | 终止模式 | 5 |
| 0x10 | 数据访问终止 | 终止模式 | 2 |
| 0x14 | 保留 | 未使用 | 未使用 |
| 0x18 | 外部中断请求 | IRQ模式 | 4 |
| 0x1C | 快速中断请求 | FIQ模式 | 3 |
FIQ异常向量放在所有向量最后，目的是可以将FIQ异常处理程序直接放在向量的地址上. 这样在执行FIQ处理时，就可以不用进行跳转，快速响应中断.FIQ向量放在最后，允许FIQ异常处理程序直接放在地址0x0000001C或0xFFFF001C开始 的位置，而不需要由向量的分支指令。也就是说直接从0x0000 0001C开始执行,这样省去了一个跳转指令，如果FIQ不是在顶端，那么当然需要一次跳转.
这里千万别理解为_start就是存放在0x00开始的地方，而是发生中断跳转的位置。而翻译后_start的位置由是编译链接工具决定，可由编译后u-boot目录下生成的System.map文件可知，_start的位置竟然是0x33f80000，那这个地址是哪儿来的呢？相信不是天上掉下来的林妹妹，我也想天上掉个林妹妹给我呢，就我这种码农，掉下来林妹妹也不见得是我的，更何况是根本不会实现的，想也白想了。因此，这个地址得有一个地方指定才对吧！OK，见证奇迹的时候到了，我们可以通过根目录下的Makefile查看是u-boot是如何链接的，有如下一段代码为证：
GEN_UBOOT = \ UNDEF_SYM=`$(OBJDUMP) -x $(LIBBOARD) $(LIBS) | \ sed -n -e 's/.*\($(SYM_PREFIX)__u_boot_cmd_.*\)/-u\1/p'|sort|uniq`;\ cd $(LNDIR) && $(LD) $(LDFLAGS) $(LDFLAGS_$(@F)) $$UNDEF_SYM $(__OBJS) \ --start-group $(__LIBS) --end-group $(PLATFORM_LIBS) \ -Map u-boot.map -o u-boot $(obj)u-boot: depend \ $(SUBDIRS) $(OBJS) $(LIBBOARD) $(LIBS) $(LDSCRIPT) $(obj)u-boot.lds $(GEN_UBOOT)
可以看到LDFLAGS标志，而它又被定义了，所以得找到罪魁祸首才行，在根目录下的config.mk文件中，可以看到如下代码：
LDFLAGS += -Bstatic -T $(obj)u-boot.lds $(PLATFORM_LDFLAGS) ifneq ($(TEXT_BASE),) LDFLAGS += -Ttext $(TEXT_BASE) endif
LDFLAGS里面除了指定链接脚本,如果TEXT_BASE不等于空，还加上了-Ttext$(TEXT_BASE),TEXT_BASE的值是多少呢？我们可以在config.mk里面看到它的定义(系统中有多个文件，不同处理器对应的文件不同，如移植s3c2440的可以参见目录board/samsung/smdk2410/，当然也要防止U-Boot的结构调整，指不定这个目录又放到哪儿去了)，亲，看到了吗？就只有这一行哟，它的值为0x33f80000。
TEXT_BASE = 0x33F80000
关于异常向量表就啰嗦说这么多了，不过还是没觉得轻松多少呢？因为真正的解释部分还没开始，接下来正文开始了，首先说明一下第一行，学习过汇编的童鞋都应该知道globl是声明全局变量的意思，所以这里把_start声明是全局的，至于全局变量和局部变量的区别，相信各位童鞋的能力，就此略去三千字吧。
程序段正文的第一行可是一个亮点哟，亲们，这里不能打瞌睡哟！
_start: b start_code
程序开始的第一句就是一个跳转，而且是直接跳转的哟，可没有半点含糊，表示的直接启动或重启，为什么会有重启功能呢？因为第一次开机，和热启动都要从这里执行，只是冷启动前有一次上电操作，而热启动直接进入中断向量表，调用这条指令执行start_code，而且还要记得热启动设备一直都处于带电状态，现在是不是也明白了我们的电脑有热启动和冷启动的差别了？
只用说明第一条是跳转执行的，那接下来的几句也不用多作说明了吧，分别在对应异常的发生时进行相应的跳转，跳转的位置可以通过接下来的几行代码来看：
_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例如，当发生fiq中断时，将进行跳转到对应的中断，而对应的fiq标签可以在文件后面找到相应的实现部分(其实这里还有一个分支，仅用一个作示例)：
fiq: get_bad_stack bad_save_user_regs bl do_fiq再回到上面的中断发生处理中，在标签前面还有一个.word，在汇编里.word伪操作用于分配一段字内存单元（分配的单元都是字对齐的）
然后接下来有一个很变态的句子，我也一直在想，结果还是在网上找了一些参考，找到一个合理的解释，差点忘了，先把代码贴出来：
.balignl 16,0xdeadbeef首先来解释哈.balignl的应用形式：
.balign[wl] abs-expr, abs-expr, abs-expr增加位置计数器(在当前子段)使它指向规定的存储边界。第一个表达式参数(结果必须是纯粹的数字)是必需参数：边界基准,单位为字节。例如，‘.balign 8’向后移动位置计数器直至计数器的值等于8的倍数。如果位置计数器已经是8的倍数，则无需移动。第2个表达式参数(结果必须是纯粹的数字)给出填充字节 的值，用这个值填充位置计数器越过的地方。第2个参数(和逗点)可以省略。如果省略它，填充字节的值通常是0。但在某些系统上，如果本段标识为包含代码， 而填充值被省略,则使用no-op指令填充空白区。第3个参数的结果也必须是纯粹的数字，这个参数是可选的。如果存在第3个参数，它代表本对齐命令允许跳 过字节数的最大值。如果完成这个对齐需要跳过的字节数比规定的最大值还多,则根本无法完成对齐。您可以在边界基准参数后简单地使用两个逗号，以省略填充值 参数(第二参数)；如果您在想在适当的时候，对齐操作自动使用no-op指令填充，本方法将非常奏效。.balignw和.balignl是.balign命令的变化形式。.balignw使用2个字节来填充空白区。.balignl使用4字节来填充。例如,.balignw 4,0x368d将地址对齐到4的倍数，如果它跳过2个字节，GAS将使用0x368d填充这2个字节(字节的确切存放位置视处理器的存储方式而定)。
ARM920T处理器核心，支持32位与16位两种指令长度，16位的指令叫thumb指令集，由于我使用的是32位指令集，所以一切都是以32位指令集进行说明。既然是32位指令集，所以一条指令就占32位，即4字节。
而在前面的两段代码中，可以通过计算，第一部分占了4x8=32字节内存；第二部分占了4x7=28字节内存。一共占了4x15=60个字节的内存，所以本代码的作者当时就简单的在15这个数上，加了个1，即16，把当前指针往后移到地址为64的位置，然后在前面插上了0xdeadbeef这个特殊的值。果说最小的值的话，那么也可以写成.balignl 8,0xdeadbeef，也可以达到同样的目的。因为60不是8的倍数，但是64是8的倍数，如果写8，也正好插到64前面，也即60这个内存起始地址。如果更大一点儿的呢，那么填32也可以达到同样的效果，即.balignl 32,0xdeadbeef，道理同上。当然，不能为4，因为pc值在任何时候，都是4的倍数，只要不为0就为4的倍数，呵呵，这个值不行，如果用了这个值，0xdeadbeef永远也插不进去。-----------------以上解释引自http://haoyeren.blog.sohu.com/84511571.html
这里再补充一点为什么用‘.balign 4’就不行，因为可以计算出当然PC的位置是60个字节，前面也有计算，所以4x15=60正好是4的倍数，无需移动，而指令的使用是用0xdeadbeef填充移动的空间，因为没有移动，所以中间没有空余的空间不能插呀！
2.3、山高我为峰
前面对我们的表哥进行了算是详细的介绍，但正如前面所说的那样，系统上电后运行到第一句就跳走了，后面的是在异常发生时再进行跳转，所以真正引导系统启动的代码还没有开始哟！亲，辛苦了哟，现在就是开始的代码：
/* * the actual start code */ start_code: /* * set the cpu to SVC32 mode */ mrs r0, cpsr bic r0, r0, #0x1f orr r0, r0, #0xd3 msr cpsr, r0从以上的注释也可以看到，这里是将CPU的模式为设置为SVC模式，至于SVC是什么模式，这里得说明一下处理器硬件的东西了。ARM处理器共有37个寄存器，31个通用寄存器，分别为R0-R15，其中R8-R12为分组寄存器，R13可理解为堆栈指针(汇编里用的SP就是鼎鼎有名的R13)，R14为链接寄存器(汇编里可也有这位大侠的句号哟，就是所用的LR链接寄存器)，至于R15就更不用说了，就是传说中滴PC大神，程序计数器。除了31个通用寄存器还有6个状态寄存器，分为CPSR和SPSR，其中SPSR有五个分支，就是为处理器5种状态(fiq、irq、svc、abt、und，除此之外还有系统模式和用户模式。这里涉及到的模式就由此展开，不同的模式下可访问的资源权限是不同的，接下来通过一个表格详细介绍一下ARM中CPU的几种模式：
| 处理器模式 | 说明 | 主要功能 |
| 用户(usr) | 正常程序工作模式 | 此模式下程序不能够访问一些受操作系统保护的系统资源，应用程序也不能直接进行处理器模式的切换。 |
| 系统(sys) | 用于支持操作系统的特权任务等 | 与用户模式类似，但具有可以直接切换到其它模式等特权 |
| 快中断(fiq) | 支持高速数据传输及通道处理 | FIQ异常响应时进入此模式 |
| 中断(irq) | 用于通用中断处理 | IRQ异常响应时进入此模式 |
| 管理(svc) | 操作系统保护代码 | 系统复位和软件中断响应时进入此模式 |
| 中止(abt) | 用于支持虚拟内存和/或存储器保护 | 在ARM7TDMI没有大用处 |
| 未定义(und) | 支持硬件协处理器的软件仿真 | 未定义指令异常响应时进入此模式 |
sys模式和usr模式相比，所用的寄存器组，都是一样的，但是增加了一些访问一些在usr模式下不能访问的资源。而svc模式本身就属于特权模式，本身就可以访问那些受控资源，而且，比sys模式还多了些自己模式下的影子寄存器，所以，相对sys模式来说，可以访问资源的能力相同，但是拥有更多的硬件资源。所以，从理论上来说，虽然可以设置为sys和svc模式的任一种，但是从uboot方面考虑，其要做的事情是初始化系统相关硬件资源，需要获取尽量多的权限，以方便操作硬件，初始化硬件。
2.4、关门，放狗！
狗，很形象的东西，如果不喂狗就会乱咬人
#if defined(CONFIG_S3C2400) || defined(CONFIG_S3C2410)
/* turn off the watchdog */
# if defined(CONFIG_S3C2400)
# define pWTCON 0x15300000
# define INTMSK 0x14400008 /* Interupt-Controller base addresses */
# define CLKDIVN 0x14800014 /* clock divisor register */
#else
# define pWTCON 0x53000000
# define INTMSK 0x4A000008 /* Interupt-Controller base addresses */
# define INTSUBMSK 0x4A0000
# define CLKDIVN 0x4C000014 /* clock divisor register */
# endif
ldr r0, =pWTCON
mov r1, #0x0
str r1, [r0]
/*
* 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
如上代码中，前面的
#if defined....
.....
#else
....
#endif
是定义到寄存器，就是给寄存器取了一个别名，如同是我们的名字一样。如果在其它地方有定义，直接引入就可以了，不必重新定义，这里就不用多说了，此处略去一千字解释张三、李四名字的由来......
接下来通过ldr指向看门狗寄存器，下面就直接向狗写入0，这里就是一个关狗的过程。看门狗的原理就是：当看门狗开启后，如果一段时间不去喂狗，狗就会饿呀，狗饿了做干嘛呢，抢答题？你系统就会不断的一直重启，重启，还是重启。这里就是为什么在刚开始时会把狗关起来的原因，防止喂狗的时间到了，狗饿死了，然后你就挂了。
最后就是关中断，因为系统在初始化的时候不需要中断处理，如果打开的时候，你突然按一下按键，跳去处理按键，但系统还没初始化完呢？会出现什么情况呢，一样的结局，还没看到开机界面呢，挂了。