天天看点

start.s 解析

原作者的分析太棒了,忍不住摘录下来。

转自:http://www.cnblogs.com/shengruxiahua/p/4897527.html

可以参考 : http://blog.csdn.net/bluesummerg/article/details/5940452   (强大的反汇编)
          http://www.cnblogs.com/yanhc/archive/2011/09/13/2175280.html
          

// 本文学习目标: 
      
  1. 微观上,对此start.S的每一行,都有了基本的了解
  2. 宏观上,对基于ARM核的S3C24X0的CPU的启动过程,有更加清楚的概念

注意: 

————————————————————————————————————————————————————————————————————————————

@ARM体系结构规定在上电复位后的起始位置,必须有8条连续的跳            

@转指令,通过硬件实现。他们就是异常向量表。                   

也就是                                      

start.s 解析
#include <config.h>
#include <version.h>


/*
 *************************************************************************
 *
 * Jump vector table as in table 3.1 in [1]
 *
 *************************************************************************

 */

1、设置中断向量表:


.globl _start                    // 就是相当于C语言中的Extern,声明此变量,并且告诉链接器此变量是全局的,外部可以访问,所以外部的/home/dennis/Desktop/uboot1020/u-boot-1.1.6/board/my2440/u-boot.lds 中用到此变量
                                    
        
start.s 解析
_start: b reset // 表示其是一个标号Label , 而同时,_start的值,也就是这个代码的位置了,此处即为代码的最开始,相对的0的位置 , b reset // 就是跳转到对应的标号为reset的位置(复位向量)                        // 如果是从NorFlash启动,那么其地址是0,如果是重新relocate代码之后,就是我们定义的值了,即,在/home/dennis/Desktop/uboot1020/u-boot-1.1.6/board/my2440/config.mk 中                          下面便是
home/dennis/Desktop/uboot1020/u-boot-1.1.6/board/my2440/config.mk  中的代码。

也就是   _start=TEXT_BASE=0x33F80000、

网上讲解: _start是整个u-boot程序的入口点,即链接后,该处是整个程序的第一条指令。如果从flash启动,就是0x0,如果从SDRAM中这姓,则是TEXT_BASE=0x33F80000。
程序的入口点是由链接脚本所指定,脚本文件位于board\my2440\u-boot.lds。在该脚本文件中:ENTRY(_start) 即指定程序的入口地址。
      
start.s 解析
1 #
 2 # SMDK2410 has 1 bank of 64 MB DRAM
 3 #
 4 # 3000'0000 to 3400'0000
 5 #
 6 # Linux-Kernel is expected to be at 3000'8000, entry 3000'8000
 7 # optionally with a ramdisk at 3080'0000
 8 #
 9 # we load ourself to 33F8'0000
10 #
11 # download area is 3300'0000
12 #
13 
14 
15 TEXT_BASE = 0x33F80000      
start.s 解析
LDR{条件} 目的寄存器,<存储器地址>   LDR指令用于从存储器中将一个32位的字数据传送到目的寄存器中。该指令通常用于从存储器中读取32位的字数据到通用寄存器,然后对数据进行处理。当程序计数器PC作为目的寄存器时,指令从存储器中读取的字数据被当作目的地址,从而可以实现程序流程的跳转
ARM是RISC结构,数据从内存到CPU之间的移动只能通过L/S指令来完成,也就是ldr/str指令 , 

    ldr    pc, _undefined_instruction          // /*未定义指令异常,0x04*/   :ldr pc, _undefined_instruction。他把_undefined_instruction标号处(即地址33f80020)的值(即33f80140)放入pc指针,就是跳转到相应的中断处理函数的地址处
    ldr    pc, _software_interrupt        //  /*软中断异常,0x08*/
    ldr    pc, _prefetch_abort          ///*内存操作异常,0x0c*/
    ldr    pc, _data_abort            //  /*数据异常,0x10*/
    ldr    pc, _not_used             //   /*未适用,0x14*/
    ldr    pc, _irq                //   /*慢速中断异常,0x18*/
    ldr    pc, _fiq                //   /*快速中断异常,0x1c*/

//   那么问题来了: 第一个为什么 用 b reset  呢,应为 reset用b,就是因为reset在MMU建立前后都有可能发生
@其他的异常只有在MMU建立之后才会发生

_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            //  接下来的代码,都要16字节对齐,不足之处,用0xdeadbeef填充


我们来解释:      
_undefined_instruction:    .word undefined_instruction  
对应反汇编:      
33f80020:    33f80140     mvnccs    r0, #16    ; 0x10         // 33f80020地址处存放的是undefined_instruction,函数位置在33f80140

等于说:      

_rWTCON:

    .word 0x15300000

    就是在当前地址,即_rWTCON处放一个值0x15300000   

翻译成intel的汇编语句就是:

    _rWTCON dw 0x15300000

以上内容 对应的反汇编源码:

====================================================================================================——————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————
33f80000 <_start>:
33f80000:    ea000012     b    33f80050 <start_code>
33f80004:    e59ff014     ldr    pc, [pc, #20]    ; 33f80020 <_undefined_instruction>
33f80008:    e59ff014     ldr    pc, [pc, #20]    ; 33f80024 <_software_interrupt>
33f8000c:    e59ff014     ldr    pc, [pc, #20]    ; 33f80028 <_prefetch_abort>
33f80010:    e59ff014     ldr    pc, [pc, #20]    ; 33f8002c <_data_abort>
33f80014:    e59ff014     ldr    pc, [pc, #20]    ; 33f80030 <_not_used>
33f80018:    e59ff014     ldr    pc, [pc, #20]    ; 33f80034 <_irq>
33f8001c:    e59ff014     ldr    pc, [pc, #20]    ; 33f80038 <_fiq>

33f80020 <_undefined_instruction>:
33f80020:    33f80140     mvnccs    r0, #16    ; 0x10

33f80024 <_software_interrupt>:
33f80024:    33f801a0     mvnccs    r0, #40    ; 0x28

33f80028 <_prefetch_abort>:
33f80028:    33f80200     mvnccs    r0, #0    ; 0x0

33f8002c <_data_abort>:
33f8002c:    33f80260     mvnccs    r0, #6    ; 0x6

33f80030 <_not_used>:
33f80030:    33f802c0     mvnccs    r0, #12    ; 0xc

33f80034 <_irq>:
33f80034:    33f80320     mvnccs    r0, #-2147483648    ;   0x80000000

33f80038 <_fiq>:
33f80038:    33f80380     mvnccs    r0, #2    ; 0x2

33f8003c:    deadbeef     cdple    14, 10, cr11, cr13, cr15, {7}    //  接下来的代码,都要16字节对齐,不足之处,用0xdeadbeef填充

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3、保存变量的数据区,保存一些全局变量,用于BOOT程序从FLASH拷贝@到RAM,或者其它的使用。

还有一些变量的长度是通过连接脚本里得到,实际上由编译器算出的

/*
 *************************************************************************
 *
 * Startup Code (reset vector)
 *
 * do important init only if we don't start from memory!
 * relocate armboot to ram
 * setup stack
 * jump to second stage
 *
 *************************************************************************
 */

_TEXT_BASE:
    .word    TEXT_BASE      // 因为linux开始地址是0x30000000,我这里是64M SDRAM,所以@TEXT_BASE = 0x33F80000 ,/*uboot映像在SDRAM中的重定位地址*/

.globl   _armboot_start            //      
_armboot_start:
    .word    _start      // 用_start来初始化_armboot_start   相当于C语言 : *(_armboot_start) = _start

/*
 * These are defined in the board-specific linker script.   //  下面这些是定义在开发板目录链接脚本中的
 */

.globl    _bss_start
_bss_start:
    .word   __bss_start           // 关于_bss_start和_bss_end都只是两个标号,对应着此处的地址,而两个地址里面分别存放的值是__bss_start和_end,这两个的值,__bss_start定义在和开发板相关的u-boot.lds中,_bss_start保存的是__bss_start标号所在的地址

.globl _bss_end                  //                                                                                     
        
start.s 解析
_bss_end: .word _end // 这样赋值是因为代码所在地址非编译时的地址,直接取得该标号对应地址 中断的堆栈设置 #ifdef CONFIG_USE_IRQ /* IRQ stack memory (calculated at run-time) */ .globl IRQ_STACK_START IRQ_STACK_START: .word 0x0badc0de /* IRQ stack memory (calculated at run-time) */ .globl FIQ_STACK_START FIQ_STACK_START: .word 0x0badc0de #endif

同上,IRQ_STACK_START和FIQ_STACK_START,也是在cpu_init中用到了。

不过此处,是只有当定义了宏CONFIG_USE_IRQ的时候,才用到这两个变量,其含义也很明显,

只有用到了中断IRQ,才会用到中断的堆栈,才有中端堆栈的起始地址。

快速中断FIQ,同理。

2、 设置为 特权模式(管理模式)
**********************************************************************************************************************************************************************************************************

@复位后执行程序
@真正的初始化从这里开始了。其实在CPU一上电以后就是跳到这里执行的


/*
 * the actual reset code
 */



reset:
    /*
     * set the cpu to SVC32 mode
     */
    mrs    r0,cpsr             //  MRS指令用于将  程序状态寄存器(CPSR)  的内容传送到通用寄存器中 
    bic    r0,r0,#0x1f         // BIC{条件}{S} 目的寄存器,操作数1,操作数2    BIC指令用于清除操作数1的某些位,并把结果放置到目的寄存器中。操作数1应是一个寄存器
                  // =     and r0 ,r0 ,#0xffffffE0 也就是把 r0 后5 位 清0 [4:0] ,那么就到了 用户模式
                               
        
start.s 解析
orr r0,r0,#0xd3 // 禁止IRQ,FIQ中断,并将处理器置于管理模式 (第 67 位置 1 ),至于 后五位 应该仍然为 0 把,应为是按位 或 运算啊 (好像理解也不对啊)
start.s 解析
msr cpsr,r0 // 禁止IRQ,FIQ中断,并将处理器置于管理模式
start.s 解析
执行结果: ********************************************************************************************************************************************************************************************************** @关闭看门狗定时器的自动复位功能并屏蔽所有中断,上电后看门狗为开,中断为关 /* turn off the watchdog */ #if defined(CONFIG_S3C2400) # define pWTCON 0x15300000 # define INTMSK 0x14400008 /* Interupt-Controller base addresses */ # define CLKDIVN 0x14800014 /* clock divisor register */ #elif defined(CONFIG_S3C2410) // @关闭看门狗定时器的自动复位功能并屏蔽所有中断,上电后看门狗为开,中断为关 # define pWTCON 0x53000000 // pWTCON定义为看门狗控制寄存器的地址(s3c2410和s3c2440相同) # define INTMSK 0x4A000008 /* Interupt-Controller base addresses */ INTMSK定义为主中断屏蔽寄存器的地址(s3c2410和s3c2440相同) # define INTSUBMSK 0x4A00001C @INTSUBMSK定义为副中断屏蔽寄存器的地址(s3c2410和s3c2440相同) # define CLKDIVN 0x4C000014 /* clock divisor register */ @CLKDIVN定义为时钟分频控制寄存器的地址(s3c2410和s3c2440相同) #endif @至此寄存器地址设置完毕 #if defined(CONFIG_S3C2400) || defined(CONFIG_S3C2410) ldr r0, =pWTCON mov r1, #0x0 str r1, [r0] // r1寄存器的值,传送到地址值为r0的(存储器)内存中, 也就是C语言 *r0 = r1 对于S3C2440和S3C2410的WTCON寄存器的[0]控制允许或禁止看门狗定时器的复位输出功能,设置为“0”禁止复位功能。 ********************************************************************************************************************************************************************************************************

关闭中断

/*
     * mask all IRQs by setting all bits in the INTMR - default
     */
    mov    r1, #0xffffffff
    ldr    r0, =INTMSK
    str    r1, [r0]                         // 将INTMSK寄存器设置为0xffffffff,即,将所有的中端都mask了。



# if defined(CONFIG_S3C2410)
    ldr    r1, =0x3ff
    ldr    r0, =INTSUBMSK
    str    r1, [r0]                    此处是将2410的INTSUBMSK设置为0x3ff。
# endif

@对于S3C2410的INTMSK寄存器的32位和INTSUBMSK寄存器的低11位每一位对应一个中断,相应位置“1”为不响应相应的中断。对于S3C2440的INTSUBMSK有15位可用,所以应该为0x7fff了。

    /* FCLK:HCLK:PCLK = 1:2:4 */
    /* default FCLK is 120 MHz ! */
    ldr    r0, =CLKDIVN
    mov    r1, #3
    str    r1, [r0]

@时钟分频设置,FCLK为核心提供时钟,HCLK为AHB(ARM920T,内存@控制器,中断控制器,LCD控制器,DMA和主USB模块)提供时钟,@PCLK为APB(看门狗、IIS、I2C、PWM、MMC、ADC、UART、GPIO、@RTC、SPI)提供时钟。分频数一般选择1:4:8,所以HDIVN=2,PDIVN=1,@CLKDIVN=5,这里仅仅是配置了分频寄存器,关于MPLLCON的配置肯@定写在lowlevel_init.S中了 @归纳出CLKDIVN的值跟分频的关系: @0x0 = 1:1:1  ,  0x1 = 1:1:2 , 0x2 = 1:2:2  ,  0x3 = 1:2:4,  0x4 = 1:4:4,  0x5 = 1:4:8, 0x6 = 1:3:3,  0x7 = 1:3:6 @S3C2440的输出时钟计算式为:Mpll=(2*m*Fin)/(p*2^s) S3C2410的输出时钟计算式为:Mpll=(m*Fin)/(p*2^s) m=M(the value for divider M)+8;p=P(the value for divider P)+2 M,P,S的选择根据datasheet中PLL VALUE SELECTION TABLE表格进行,   我的开发板晶振为16.9344M,所以输出频率选为:399.65M的话M=0x6e,P=3,S=1 @s3c2440增加了摄像头,其FCLK、HCLK、PCLK的分频数还受到CAMDIVN[9](默认为0),CAMDIVN[8](默认为0)的影响

#endif    /* CONFIG_S3C2400 || CONFIG_S3C2410 */

*************************************************************************************************************************************************************************************************************
      
@选择是否初始化CPU      
/* * we do sys-critical inits only at reboot, * not when booting from ram! */ #ifndef CONFIG_SKIP_LOWLEVEL_INIT bl cpu_init_crit 执行CPU初始化,BL完成跳转的同时会把后面紧跟的一条指令地址保存到连接寄存器LR(R14)中。以使子程序执行完后正常返回。 #endif 

@调试阶段的代码是直接在RAM中运行的,而最后需要把这些代码 @固化到Flash中,因此U-Boot需要自己从Flash转移到
@RAM中运行,这也是重定向的目的所在。
@通过adr指令得到当前代码的地址信息:如果U-boot是从RAM @开始运行,则从adr,r0,_start得到的地址信息为
@r0=_start=_TEXT_BASE=TEXT_BASE=0x33F80000; @如果U-boot从Flash开始运行,即从处理器对应的地址运行,
@则r0=0x0000,这时将会执行copy_loop标识的那段代码了。
@ _TEXT_BASE 定义在board/smdk2410/config.mk中

#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
    ldr    r3, _bss_start
    sub    r2, r3, r2        /* r2 <- size of armboot            */
    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 */

    /* Set up the stack                            */       初始化堆栈                 
stack_setup:
    ldr    r0, _TEXT_BASE        /* upper 128 KiB: relocated uboot   */
    sub    r0, r0, #CFG_MALLOC_LEN    /* malloc area                      */
    sub    r0, r0, #CFG_GBL_DATA_SIZE /* bdinfo                        */
#ifdef CONFIG_USE_IRQ
    sub    r0, r0, #(CONFIG_STACKSIZE_IRQ+CONFIG_STACKSIZE_FIQ)
#endif
    sub    sp, r0, #12        /* leave 3 words for abort-stack    */

clear_bss:
    ldr    r0, _bss_start        /* find start of bss segment        */
    ldr    r1, _bss_end        /* stop here                        */
    mov     r2, #0x00000000        /* clear                            */

clbss_l:str    r2, [r0]        /* clear loop...                    */
    add    r0, r0, #4
    cmp    r0, r1
    ble    clbss_l

#if 0
    /* try doing this stuff after the relocation */
    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, =INTMR
    str    r1, [r0]

    /* FCLK:HCLK:PCLK = 1:2:4 */
    /* default FCLK is 120 MHz ! */
    ldr    r0, =CLKDIVN
    mov    r1, #3
    str    r1, [r0]
    /* END stuff after relocation */
#endif

    ldr    pc, _start_armboot

_start_armboot:    .word start_armboot


/*
 *************************************************************************
 *
 * CPU_init_critical registers
 *
 * setup important registers
 * setup memory timing
 *
 *************************************************************************
 */

@CPU初始化

************************************************************************************************************************************************************************************

#ifndef CONFIG_SKIP_LOWLEVEL_INIT
cpu_init_crit:
    /*
     * flush v4 I/D caches
     */
    mov    r0, #0
    mcr    p15, 0, r0, c7, c7, 0    /* flush v3/v4 cache */
    mcr    p15, 0, r0, c8, c7, 0    /* flush v4 TLB */

    /*
     * 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

    /*
     * before relocating, we have to setup RAM timing
     * because memory timing is board-dependend, you will
     * find a lowlevel_init.S in your board directory.
     */
    mov    ip, lr
    bl    lowlevel_init
    mov    lr, ip
    mov    pc, lr
#endif /* CONFIG_SKIP_LOWLEVEL_INIT */

/*
 *************************************************************************
 *
 * Interrupt handling
 *
 *************************************************************************
 */

@
@ IRQ stack frame.
@
#define S_FRAME_SIZE    72

#define S_OLD_R0    68
#define S_PSR        64
#define S_PC        60
#define S_LR        56
#define S_SP        52

#define S_IP        48
#define S_FP        44
#define S_R10        40
#define S_R9        36
#define S_R8        32
#define S_R7        28
#define S_R6        24
#define S_R5        20
#define S_R4        16
#define S_R3        12
#define S_R2        8
#define S_R1        4
#define S_R0        0

#define MODE_SVC 0x13
#define I_BIT     0x80

/*
 * use bad_save_user_regs for abort/prefetch/undef/swi ...
 * use irq_save_user_regs / irq_restore_user_regs for IRQ/FIQ handling
 */

    .macro    bad_save_user_regs
    sub    sp, sp, #S_FRAME_SIZE
    stmia    sp, {r0 - r12}            @ Calling r0-r12
    ldr    r2, _armboot_start
    sub    r2, r2, #(CONFIG_STACKSIZE+CFG_MALLOC_LEN)
    sub    r2, r2, #(CFG_GBL_DATA_SIZE+8)  @ set base 2 words into abort stack
    ldmia    r2, {r2 - r3}            @ get pc, cpsr
    add    r0, sp, #S_FRAME_SIZE        @ restore sp_SVC

    add    r5, sp, #S_SP
    mov    r1, lr
    stmia    r5, {r0 - r3}            @ save sp_SVC, lr_SVC, pc, cpsr
    mov    r0, sp
    .endm

    .macro    irq_save_user_regs
    sub    sp, sp, #S_FRAME_SIZE
    stmia    sp, {r0 - r12}            @ Calling r0-r12
    add     r8, sp, #S_PC
    stmdb   r8, {sp, lr}^                   @ Calling SP, LR
    str     lr, [r8, #0]                    @ Save calling PC
    mrs     r6, spsr
    str     r6, [r8, #4]                    @ Save CPSR
    str     r0, [r8, #8]                    @ Save OLD_R0
    mov    r0, sp
    .endm

    .macro    irq_restore_user_regs
    ldmia    sp, {r0 - lr}^            @ Calling r0 - lr
    mov    r0, r0
    ldr    lr, [sp, #S_PC]            @ Get PC
    add    sp, sp, #S_FRAME_SIZE
    subs    pc, lr, #4            @ return & move spsr_svc into cpsr
    .endm

    .macro get_bad_stack
    ldr    r13, _armboot_start        @ setup our mode stack
    sub    r13, r13, #(CONFIG_STACKSIZE+CFG_MALLOC_LEN)
    sub    r13, r13, #(CFG_GBL_DATA_SIZE+8) @ reserved a couple spots in abort stack

    str    lr, [r13]            @ save caller lr / spsr
    mrs    lr, spsr
    str     lr, [r13, #4]

    mov    r13, #MODE_SVC            @ prepare SVC-Mode
    @ msr    spsr_c, r13
    msr    spsr, r13
    mov    lr, pc
    movs    pc, lr
    .endm

    .macro get_irq_stack            @ setup IRQ stack
    ldr    sp, IRQ_STACK_START
    .endm

    .macro get_fiq_stack            @ setup FIQ stack
    ldr    sp, FIQ_STACK_START
    .endm

/*
 * exception handlers         

  @异常向量处理
@每一个异常向量处其实只放了一条跳转指令(因为每个异常向量只 @有4个字节不能放太多的程序),跳到相应的异常处理程序中。
 */
    .align  5
undefined_instruction:
    get_bad_stack
    bad_save_user_regs
    bl     do_undefined_instruction

    .align    5
software_interrupt:
    get_bad_stack
    bad_save_user_regs
    bl     do_software_interrupt

    .align    5
prefetch_abort:
    get_bad_stack
    bad_save_user_regs
    bl     do_prefetch_abort

    .align    5
data_abort:
    get_bad_stack
    bad_save_user_regs
    bl     do_data_abort

    .align    5
not_used:
    get_bad_stack
    bad_save_user_regs
    bl     do_not_used

#ifdef CONFIG_USE_IRQ

    .align    5
irq:
    get_irq_stack
    irq_save_user_regs
    bl     do_irq
    irq_restore_user_regs

    .align    5
fiq:
    get_fiq_stack
    /* someone ought to write a more effiction fiq_save_user_regs */
    irq_save_user_regs
    bl     do_fiq
    irq_restore_user_regs

#else

    .align    5
irq:
    get_bad_stack
    bad_save_user_regs
    bl     do_irq

    .align    5
fiq:
    get_bad_stack
    bad_save_user_regs
    bl     do_fiq

#endif


可知start.S的流程为:异常向量——上电复位后进入复位异常向量——跳到启动代码处——设置处理器进入管理模式——关闭看门狗——关闭中断——设置时钟分频——关闭MMU和CACHE——进入lowlever_init.S——检查当前代码所处的位置,如果在FLASH中就将代码搬移到RAM中