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uboot 开始阶段启动代码分析

发布时间:2019-08-09 21:19 来源:未知 编辑:admin

  下面结合移植uboot到 s3c2440来分析如何改写相关的uboot源码(

  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

  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

  . = ALIGN(4); //前面的 “.” 代表当前值,是计算一个当前的值,是计算上

  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),并用伪操作中的expr初始化

  他们是系统定义的异常,一上电程序跳转到_start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CPU中地址是从0开始,每个异常占4个字节

  . 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。

  处理器预取指令的地址不存在,或该地址不允许当前指令访问,产生指令预取中止异常

  处理器数据访问指令的地址不存在,或该地址不允许当前指令访问时,产生数据中止异常

  在cpu/arm920t/start.S中还有这些异常对应的异常处理程序。当一个异常产生时,CPU根据异常号在异常向量表中找到对应的异常向量,然后执行异常向量处的跳转指令,CPU就跳转到对应的异常处理程序执行。

  其中复位异常向量的指令“b restart”决定了U-Boot启动后将自动跳转到标号“restart”处执行。

  orr r0, r0, #0xd3 /*工作模式位设置为“10011”(管理模式),并将中断禁止位和快中断禁止位置1 */

  以上代码将CPU的工作模式位设置为管理模式,即设置相应的CPSR程序状态字,并将中断禁止位和快中断禁止位置一,从而屏蔽了IRQ和FIQ中断。

  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。

  str r1, [r0] /* 看门狗控制器的最低位为0时,看门狗不输出复位信号 */

  以上代码向看门狗控制寄存器写入0,关闭看门狗。否则在U-Boot启动过程中,CPU将不断重启。

  就是防止,不同得两个以上得CPU,进行喂狗的时间间隔问题:说白了,就是你运行的代码如果超出喂狗时间,而你不关狗,就会导致,你代码还没运行完又得去喂狗,就这样反复得重启CPU,那你代码永远也运行不完,所以,得先关看门狗得原因,就是这样。

  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

  INTMSK是主中断屏蔽寄存器,每一位对应SRCPND(中断源引脚寄存器)中的一位,表明SRCPND相应位代表的中断请求是否被CPU所处理。

  INTMSK寄存器是一个32位的寄存器,每位对应一个中断,向其中写入0xffffffff就将INTMSK寄存器全部位置一,从而屏蔽对应的中断。

  INTSUBMSK寄存器是一个32位的寄存器,但是只使用了低15位。向其中写入0x7fff就是将INTSUBMSK寄存器全部有效位(低15位)置一,从而屏蔽对应的中断。

  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

  CPU上电几毫秒后,晶振输出稳定,FCLK=Fin(晶振频率),CPU开始执行指令。但实际上,FCLK可以高于Fin,为了提高系统时钟,需要用软件来启用PLL。这就需要设置CLKDIVN,MPLLCON,UPLLCON这3个寄存器。

  CLKDIVN寄存器用于设置FCLK,HCLK,PCLK三者间的比例,可以根据表2.2来设置。

  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

  bl cpu_init_crit/*;跳转并把转移后面紧接的一条指令地址保存到链接寄存器LR(R14)中,以此来完成子程序的调用*/

  cpu_init_crit这段代码在U-Boot正常启动时才需要执行,若将U-Boot从RAM中启动则应该注释掉这段代码。

  第332~337行代码关闭了MMU。这是通过修改CP15的c1寄存器来实现的,先看CP15的c1寄存器的格式(仅列出代码中用到的位):

  A : 0:数据访问时不进行地址对齐检查;1:数据访问时进行地址对齐检查

  MMU是Memory Management Unit的缩写,中文名是内存管理单元,它是中央处理器(CPU)中用来管理虚拟存储器、物理存储器的控制线路

  catch和MMU是通过CP15管理的,刚上电的时候,CPU还不能管理他们

  上电的时候MMU必须关闭,指令catch可关闭,可不关闭,但数据catch一定要关闭

  否则可能导致刚开始的代码里面,去取数据的时候,从catch里面取,而这时候RAM中数据还没有catch过来,导致数据预取异常

  而目的是设置控制寄存器,而控制寄存器本来就是实地址(物理地址),再使能MMU,不就是多此一举了吗?

  Catch是cpu内部的一个2级缓存,它的作用是将常用的数据和指令放在cpu内部,MMU是用来把虚实地址转换为物理地址用的

  我们的目的:是设置控制的寄存器,寄存器都是实地址(物理地址),如果既要开启MMU又要做虚实地址转换的话,中间还多一步,多此一举了嘛?

  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.

  说到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,作用是让编写者感觉不倒变量的变化情况(也就是说,让它执行速度加快吧)

  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觉一些常用变量的变化

  优化原因: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,如果编写者要感觉外界变化,或变化太快,从catch中取数据会有误差,就加一个关键字Volatile。

  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

  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

  综上所述,lowlevel_init的作用就是将SMRDATA开始的13个值复制给开始地址[BWSCON]的13个寄存器,从而完成了存储控制器的设置。

  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。

  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

  对于从NAND Flash启动的情况,其开始4KB的代码会被自动复制到CPU内部4K内存中,因此可以通过直接赋值的方法来修改。

  对于从NOR Flash启动的情况,NOR Flash的开始地址即为0,必须通过一定的命令序列才能向NOR Flash中写数据,所以可以根据这点差别来分辨是从NAND Flash还是NOR Flash启动:向地址0写入一个数据,然后读出来,如果发现写入失败的就是NOR Flash,否则就是NAND Flash。

  /* 判断U-Boot是否是下载到RAM中运行,若是,则不用再复制到RAM中了,这种情况通常在调试U-Boot时才发生 */

  NAND Flash各个控制寄存器的设置在S3C2440的数据手册有详细说明,这里就不介绍了。

  只要将sp指针指向一段没有被使用的内存就完成栈的设置了。根据上面的代码可以知道U-Boot内存使用情况了,如下图所示:

  初始值为0,无初始值的全局变量,静态变量将自动被放在BSS段。应该将这些变量的初始值赋为0,否则这些变量的初始值将是一个随机的值,若有些程序直接使用这些没有初始化的变量将引起未知的后果。

  综上所述,lowlevel_init的作用就是将SMRDATA开始的13个值复制给开始地址[BWSCON]的13个寄存器,从而完成了存储控制器的设置。

  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。

  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

  对于从NAND Flash启动的情况,其开始4KB的代码会被自动复制到CPU内部4K内存中,因此可以通过直接赋值的方法来修改。

  对于从NOR Flash启动的情况,NOR Flash的开始地址即为0,必须通过一定的命令序列才能向NOR Flash中写数据,所以可以根据这点差别来分辨是从NAND Flash还是NOR Flash启动:向地址0写入一个数据,然后读出来,如果发现写入失败的就是NOR Flash,否则就是NAND Flash。

  /* 判断U-Boot是否是下载到RAM中运行,若是,则不用再复制到RAM中了,这种情况通常在调试U-Boot时才发生 */

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