U-Boot：Startup Code - Relocation

U-Boot：Startup Code - Relocation内容简介：U-Boot：Startup Code - Relocation发表于 February 8, 2007 10:22 PM 延续前一则日记的介绍，我们继续以 s3c2410 的平台为例。U-Boot 的 startup code（hardware bring-up code）for s3c2410 位于 cpu/arm920t/s U-Boot：Startup Code - Relocation
发表于 February 8, 2007 10:22 PM
延续前一则日记的介绍，我们继续以 s3c2410 的平台为例。U-Boot 的 startup code（hardware bring-up code）for s3c2410 位于 cpu/arm920t/start.S，此部份的研究重心如下：

• Monitor relocation.
  
• Stack setup.
  
• BSS clearing.
  
• Jump to high-level language.

基本概念分述如后。不过，在开始前，必须具备几个基本背景知识：

• 您必须先学会 ARM assembly 后再来阅读此部份。
  
• 必须知道什麽叫「symbol（符号）」以及「memory address」。
  
• 能区分 symbol 与 variable 的差异。
  
• 一定要能看得懂 symbol table，以 U-Boot 为例，在编译好 U-Boot 后便会产生档名为 System.map 的 symbol table。

1. Monitor relocation.
一开始 U-Boot 是在 SMDK2410 的 nor flash 执行，所以 U-Boot 心须把自己由 nor flash 搬到 RAM，才能执行接下来的工作，这个动作就称为 relocation。相关的程式片断如下：
#ifndef CONFIG_SKIP_RELOCATE_UBOOT
relocate:                               /* relocate U-Boot to RAM           */
        adr     r0, _start              /* r0
程式裡有相当详细的注解。首先，U-Boot 先把 symbol _start 载到 register r0，再把 symbol _TEXT_BASE 载到 register r1，然后比较 r0 是否等于 r1。如果 r0 等于 r1，表示 U-Boot 目前是在 RAM 裡头，所以不必做 relocation。
symbol 代表一个记忆体位址（memory address），所以要找出 _start symbol 的 memory address，方式是由 board 的 linker script 来看，所以把 board/smdk2410/u-boot.lds 叫出来瞧瞧：
...
ENTRY(_start)
SECTIONS
{
        . = 0x00000000;
        . = ALIGN(4);
        .text      :
        {
          cpu/arm920t/start.o   (.text)
          *(.text)
        }
        ...
}
看懂 linker script 是您的功课，不过这个部份其实很直觉。程式的进入点（ENTRY command）定义为 _start symbol，而程式一开始的 value to current address（看到没，就是 SECTIONS 后的那个小点点！）为 0x00000000，所以 _start symbol 代表的是 memory address 0x0。请不要用 _start 等于 0x0 的方式来解说，因为 _start 压根儿就是一个 symbol 并不是 variable。
Linker script 的 "." 称为 location counter，这是一个指定运算子，也就是「assign value to symbol」的意思。因此，_start symbol 为 address 0x0，且 value to _start symbol 为 0x00000000。
所以，总结来看 "adr     r0, _start" 把 symbol _start 的 memory address 放到 r0，adr 是 ARM 的 pseudo-instruction；"ldr     r1, _TEXT_BASE" 把 symbol _TEXT_BASE 的值放到 r1，ldr 是 ARM 的 memory addressing 指令，这裡用到的 addressing mode 是 direct addressing。
回头找一下 symbol _TEXT_BASE，_TEXT_BASE 可就不在 linker script 裡头了。把 start.S 程式移到开头，就可以找到 _TEXT_BASE：
_TEXT_BASE:
        .word   TEXT_BASE
这是一个 symbol 的定义与 GNU assembly 的 variable 宣告语法，所以 symbol _TEXT_BASE 所代表的 memory address  之处，放了一个值（value），其值为 TEXT_BASE。TEXT_BASE 便是一个变数，此变数是 linking 阶段（GNU ld）所定义的，以 U-Boot for SMDK2410 为例，便是 0x33F80000（board/smdk2410/config.mk）：
TEXT_BASE = 0x33F80000
接下来的程式是：
        ldr     r2, _armboot_start
        ldr     r3, _bss_start
        sub     r2, r3, r2              /* r2
这裡做的是「计算程式长度」的动作。把 _armboot_start 放到 r2、_bss_start 放到 r3，然后 r2 = r3 - r2 算出要 relocation 的长度，此时 r2 放的便是 U-Boot 后面「要 relocate 到 RAM 的程长度」。下一行做 r2 = r0 + r2，很清楚，再把程式尾段的 memory address 算出来，所以 r2 最后放的是「source end address」。
这个时候就要把 symbol table 请出来看了。
先在 start.S 裡找到 _armboot_start：
.globl _armboot_start
_armboot_start:
        .word _start
再对照 System.map：
33f80000 t $a
33f80000 T _start
33f80020 t $d
...
不过，_bss_start 可就不是对照 System.map 就能解决的了。概念上，_bss_start 是 linker script 所定义的 symbol，可用来表示程式「实体程式码」的 end address；概念上来说虽然简单，不过仍强烈建议了解 ELF 的格式与 .bss section 的整体观念，毕道这是基本功，不可不练。
可在 U-Boot 程式码裡头找到这行宣告：
extern ulong _bss_start; /* code + data end == BSS start */
剩下来的部份就容易了，只要以上这些观念都能确实掌握，startup code 并没有什麽困难的地方。

--jollen