总结的uboot学习笔记

总结的uboot学习笔记

1. 下面代码是系统启动后U-boot上电后运行的第一段代码，他是什么意思？
.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

_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
他们是系统定义的异常，一上电程序跳转到reset异常处执行相应的汇编指令，下面定义出的都是不同的异常，比如软件发生软中断时，CPU就会去执行软中断的指令，这些异常中断在CUP中地址是从0开始，每个异常占4个字节。
reset:
/*
* set the cpu to SVC32 mode
*/
mrs r0,cpsr
bic r0,r0,#0x1f
orr r0,r0,#0xd3
msr cpsr,r0
操作系统先注册一个总的中断，然后去查是由哪个中断源产生的中断，再去查用户注册的中断表，查出来后就去执行用户定义的用户中断处理函数。

ldr pc, _undefined_instruction表示把_undefined_instruction存放的数值存放到pc指针上，_undefined_instruction: .word undefined_instruction表示未定义的这个异常是由.word来定义的，它表示定义一个字，一个32位的数，.word后面的数表示把该标识的编译地址写入当前地址，标识是不占用任何指令的。把标识存放的数值copy到指针pc上面，那么标识上存放的值是什么？是由.word undefined_instruction来指定的，pc就代表你运行代码的地址，她就实现了CPU要做一次跳转时的工作。

什么是编译地址？什么是运行地址？
32位的处理器，它的每一条指令是4个字节，以4个字节存储顺序，进行顺序执行，CPU是顺序执行的，只要没发生什么跳转，它会顺序进行执行，编译器会对每一条指令分配一个编译地址，这是编译器分配的，在编译过程中分配的地址，我们称之为编译地址。
运行地址是指，程序指令真正运行的地址，是由用户指定的，用户将运行地址烧录到哪里，哪里就是运行的地址。比如有一个指令的编译地址是0x5，实际运行的地址是0x200，如果用户将指令烧到0x200上，那么这条指令的运行地址就是0x200，当编译地址和运行地址不同的时候会出现什么结果？结果是不能跳转，编译后会产生跳转地址，如果实际地址和编译后产生的地址不相等，那么就不能跳转。C语言编译地址都希望把编译地址和实际运行地址放在一起的，但是汇编代码因为不需要做C语言到汇编的转换，可以认为的去写地址，所以直接写的就是他的运行地址，这就是为什么任何bootloader刚开始会有一段汇编代码，因为起始代码编译地址和实际地址不相等，这段代码和汇编无关，跳转用的运行地址。编译地址和运行地址如何来算呢？假如有两个编译地址a=0x10，b=0x7，b的运行地址是0x300，那么a的运行地址就是b的运行地址加上两者编译地址的差值，a-b=0x10-0x7=0x3，a的运行地址就是0x300+0x3=0x303。
假设uboot上两条指令的编译地址为a=0x33000007和b=0x33000001，这两条指令都落在bank6上，现在要计算出他们对应的运行地址，要找出运行地址的始地址，这个是由用户烧录进去的，假设运行地址的首地址是0x0，则a的运行地址
为0x7，b为0x1，就是这样算出来的。

为什么要分配编译地址？这样做有什么好处，有什么作用？
比如在函数a中定义了函数b，当执行到函数b时要进行指令跳转，要跳转到b函数所对应的起始地址上去，编译时，编译器给每条指令都分配了编译地址，如果编译器已经给分配了地址就可以直接进行跳转，查找b函数跳转指令所对应的表，进行直接跳转，因为有个编译地址和指令对应的一个表，如果没有分配，编译器就查找不到这个跳转地址，要进行计算，非常麻烦。

什么是相对地址？
以NOR Flash为例，NOR Falsh是映射到bank0上面，SDRAM是映射到bank6上面，uboot和内核最终是在SDRAM上面运行，最开始我们是从Nor Flash的零地址开始往后烧录，uboot中至少有一段代码编译地址和运行地址是不一样的，编译uboot或内核时，都会将编译地址放入到SDRAM中，他们最终都会在SDRAM中执行，刚开始uboot在Nor Flash中运行，运行地址是一个低端地址，是bank0中的一个地址，但编译地址是bank6中的地址，这样就会导致绝对跳转指令执行的失败，所以就引出了相对地址的概念。那么什么是相对地址呢？至少在bank0中uboot这段代码要知道不能用b+编译地址这样的方法去跳转指令，因为这段代码的编译地址和运行地址不一样，那如何去做呢？要去计算这个指令运行的真实地址，计算出来后再做跳转，应该是b+运行地址，不能出现b+编译地址，而是b+运行地址，而运行地址是算出来的。

_TEXT_BASE:
.word TEXT_BASE //0x33F80000,在board/config.mk中
这段话表示，用户告诉编译器编译地址的起始地址

Uboot启动流程
1. 设置CPU的启动模式
reset:
//设置CPU进入管理模式 即设置相应的CPSR程序状态字
/* * set the cpu to SVC32 mode*/
mrs r0,cpsr
bic r0,r0,#0x1f
orr r0,r0,#0xd3
msr cpsr,r0
2. 关闭看门狗，关闭中断，所谓的喂狗是每隔一段时间给某个寄存器置位而已，在实际中会专门启动一个线程或进程会专门喂狗，当上层软件出现故障时就会停止喂狗，停止喂狗之后，cpu会自动复位，一般都在外部专门有一个看门狗，做一个外部的电路，不在cpu内部使用看门狗，cpu内部的看门狗是复位的cpu，当开发板很复杂时，有好几个cpu时，就不能完全让板子复位，但我们通常都让整个板子复位。看门狗每隔短时间就会喂狗，问题是在两次喂狗之间的时间间隔内，运行的代码的时间是否够用，两次喂狗之间的代码是否在两次喂狗的时间延迟之内，如果在延迟之外的话，代码还没改完就又进行喂狗，代码永远也改不完。
//关闭看门狗的实际代码
#if defined(CONFIG_S3C2400) || defined(CONFIG_S3C2410)
ldr r0, =pWTCON //将pwtcon寄存器地址赋给R0
mov r1, #0x0 //r1的内容为0
str r1, [r0] //将R1的内容送到Ro寄存器中去

3. 屏蔽所有中断，为什么要关中断？中断处理中ldr pc是将代码的编译地址放在了指针上，而这段时间还没有搬移代码，所以编译地址上面没有这个代码，如果进行跳转就会跳转到空指针上面
/* * mask all IRQs by setting all bits in the INTMR - default*/
mov r1, #0xffffffff //寄存器中的值全为11111111111111111111111111111111
ldr r0, =INTMSK //将管理中断的寄存器地址赋给ro
str r1, [r0] //将全1的值赋给ro地址中的内容
#if defined(CONFIG_S3C2410)
ldr r1, =0x3ff
ldr r0, =INTSUBMSK
str r1, [r0]
#endif

3. 设置时钟分频，为什么要设置时钟？起始可以不设，系统能不能跑起来和频率没有任何关系，频率的设置是要让外围的设备能承受所设置的频率，如果频率过高则会导致cpu操作外围设备失败
//设置CPU的频率
/* FCLK:HCLK:PCLK = 1:2:4 */
/* default FCLK is 120 MHz ! */
ldr r0, =CLKDIVN
mov r1, #3
str r1, [r0]

4. 做bank的设置
cpu_init_crit:

/* flush v4 I/D caches，关闭catch*/
mov r0, #0
mcr p15, 0, r0, c7, c7, 0 /* flush v3/v4 cache */
mcr p15, 0, r0, c8, c7, 0 /* flush v4 TLB *///协处理器

//禁止MMU
/** disable MMU stuff and caches*/
mrc p15, 0, r0, c1, c0, 0
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 //关闭
为什么要关闭catch和MMU呢？catch和MMU是做什么用的？
Catch是cpu内部的一个2级缓存，她的作用是将常用的数据和指令放在cpu内部，MMU是用来做虚实地址转换用的，我们的目的是设置控制的寄存器，寄存器都是实地址，如果既要开启MMU又要做虚实地址转换的话，中间还多一步，
先要把实地址转换成虚地址，然后再做设置，但对uboot而言就是起到一个简单的初始化的作用和引导操作系统，如果开启MMU的话，很麻烦，也没必要，所以关闭MMU.
说道catch就必须提到一个关键字Volatile，以后在设置寄存器时会经常遇到，他的本质是告诉编译器不要对我的代码进行优化，优化的过程是将常用的代码取出来放到catch中，它没有从实际的物理地址去取，它直接从cpu的缓存中去取，但常用的代码就是为了感知一些常用变量的变化，如果正在取数据的时候发生跳变，那么就感觉不到变量的变化了，所以在这种情况下要用Volatile关键字告诉编译器不要做优化，每次从实际的物理地址中去取指令，这就是为什么关闭catch关闭MMU。但在C语言中是不会关闭catch和MMU的，会打开，如果编写者要感知外界变化，或变化太快，从catch中取数据会有误差，就加一个关键字Volatile。

5. bl lowlevel_init下来初始化各个bank，把各个bank设置必须搞清楚，对以后移植复杂的uboot有很大帮助
6.设置完毕后拷贝uboot代码到4k空间，拷贝完毕后执行内存中的uboot代码
以上流程基本上适用于所有的bootloader，这就是step1阶段
7. 问题：如果换一块开发板有可能改哪些东西？
首先，cpu的运行模式，如果需要对cpu进行设置那就设置，管看门狗，关中断不用改，时钟有可能要改，如果能正常使用则不用改，关闭catch和MMU不用改，设置bank有可能要改。最后一步拷贝时看地址会不会变，如果变化也要改，执行内存中代码，地址有可能要改。
8. Nor Flash和Nand Flash本质区别就在于是否进行代码拷贝，也就是下面代码所表述：无论是Nor Flash还是Nand Flash，核心思想就是将uboot代码搬运到内存中去运行，但是没有拷贝bss后面这段代码，只拷贝bss前面的代码，bss代码是放置全局变量的。Bss段代码是为了清零，拷贝过去再清零重复操作
//uboot代码搬运到RAM中去
#ifndef CONFIG_SKIP_RELOCATE_UBOOT
relocate: /* relocate U-Boot to RAM */
adr r0, _start /* r0 <- current position of code */
ldr r1, _TEXT_BASE /* test if we run from flash or RAM */
cmp r0, r1 /* don't reloc during debug */
beq stack_setup

ldr r2, _armboot_start //flash中armboot_start的起始地址
ldr r3, _bss_start //uboot_bss的起始地址
sub r2, r3, r2 /* r2 <- size of armboot//uboot实际程序代码的大小 */
add r2, r0, r2 /* r2 <- source end address */

copy_loop:
ldmia r0!, {r3-r10} /* copy from source address [r0] */
stmia r1!, {r3-r10} /* copy to target address [r1] */
cmp r0, r2 /* until source end addreee [r2] */
ble copy_loop

#endif /* CONFIG_SKIP_RELOCATE_UBOOT */ 

 

 

9. 看一下uboot.lds文件，在board/smdk2410目录下面，uboot.lds是告诉编译器这些段改怎么划分，GUN编译过的段，最基本的三个段是RO，RW，ZI，RO表示只读，对应于具体的指代码段，RW是数据段，ZI是归零段，就是全局变量的那段。Uboot代码这么多，如何保证start.s会第一个执行，编译在最开始呢？就是通过uboot.lds链接文件进行

OUTPUT_FORMAT("elf32-littlearm", "elf32-littlearm", "elf32-littlearm")
/*OUTPUT_FORMAT("elf32-arm", "elf32-arm", "elf32-arm")*/
OUTPUT_ARCH(arm)
ENTRY(_start)
SECTIONS
{
. = 0x00000000; //起始地址

. = ALIGN(4); //4字节对齐
.text : //test指代码段，上面3行标识是不占用任何空间的
{
cpu/arm920t/start.o (.text) //这里把start.o放在第一位就表示把start.s编
译时放到最开始，这就是为什么把uboot烧到起始地址上它肯定运行的是start.s
*(.text)
}

. = ALIGN(4); //前面的 “.” 代表当前值，是计算一个当前的值，是计算上
面占用的整个空间，再加一个单元就表示它现在的位置
.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表示归零段
.bss : { *(.bss) }
_end = .;