uboot_freescale_imx51_start.s_详解

/*

*

*Purpose: the document is used to learn detailed information aboutimx51 cpu start.S, *referring to some documents on websites.

*file address: U-boot-2009.08/Cpu/Arm_cortexa8/start.S

*

* writer: xfhai 2011.7.22

*

*Instruction:

*1.@xxxx : indicates annotation

*2./*****

***

*****/ : stand for code in my files

*3.instructions refers to code not included in my file

*

*/

Section 1: uboot overview

大多数bootloader都分为stage1和stage2两部分，u-boot也不例外。依赖于CPU体系结构的代码（如设备初始化代码等）通常都放在stage1且可以用汇编语言来实现，而stage2则通常用C语言来实现，这样可以实现复杂的功能，而且有更好的可读性和移植性。
1、Stage1 start.S代码结构
u-boot的stage1代码通常放在start.S文件中，他用汇编语言写成，其主要代码部分如下：==> （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、时钟频率及终端控制寄存器。
==>（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、Stage2 C语言代码部分
lib_arm/board.c中的start arm boot是C语言开始的函数也是整个启动代码中C语言的主函数，同时还是整个u-boot（armboot）的主函数，该函数只要完成如下操作：
==>（1）调用一系列的初始化函数。
==>（2）初始化Flash设备。
==>（3）初始化系统内存分配函数。
==>（4）如果目标系统拥有NAND设备，则初始化NAND设备。
==>（5）如果目标系统有显示设备，则初始化该类设备。
==>（6）初始化相关网络设备，填写IP、MAC地址等。
==>（7）进去命令循环（即整个boot的工作循环），接受用户从串口输入的命令，然后进行相应的工作。

Section 2: demos

3、U-Boot的启动顺序(示例，其他u-boot版本类似)
cpu/arm920t/start.S

(my file is  U-boot-2009.08/Cpu/Arm_cortexa8/start.S )

@文件包含处理

#include
@由顶层的mkconfig生成，其中只包含了一个文件：configs/<顶层makefile中6个参数的第1个参数>.h  
#include   
#include

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

注：ARM微处理器支持字节（8位）、半字（16位）、字（32位）3种数据类型向量跳转表，每条占四个字节（一个字），地址范围为0x0000 0000～@0x0000 0020,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。ARM在上电复位后，是从0x00000000开始启动的，其实如果bootloader存在，在执行下面第一条指令后，就无条件跳转到start_code，下面一部分并没执行。设置异常向量表的作用是识别bootloader。以后系统每当有异常出现，则CPU会根据异常号，从内存的0x00000000处开始查表做相应的处理

/******************************************************

;当一个异常出现以后，ARM会自动执行以下几个步骤:
;1.把下一条指令的地址放到连接寄存器LR(通常是R14).---保存位置
;2.将相应的CPSR(当前程序状态寄存器)复制到SPSR(备份的程序状态寄存器)中---保存CPSR
;3.根据异常类型，强制设置CPSR的运行模式位
;4.强制PC(程序计数器)从相关异常向量地址取出下一条指令执行，从而跳转到相应的异常处理程序中
*********************************************************/

.globl _start  /*系统复位位置,整个程序入口*/
@_start是GNU汇编器的默认入口标签，.globl将_start声明为外部程序可访问的标签，.globl是GNU汇编的保留关键字，前面加点是GNU汇编的语法
_start: b       start_code   @0x00

//diff here: _start: b reset
@ARM上电后执行的第一条指令，也即复位向量，跳转到start_code

@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
   ldr pc, _undefined_instruction /*未定义指令异常,0x04*/
   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*/

@对于ARM数据从内存到CPU之间的移动只能通过L/S(load && storage)指令，如：ldr r0,0x12345678为把0x12345678内存中的数据写到r0中，还有一个就是ldr伪指令，如：ldr r0,=0x12345678为把0x12345678地址写到r0中，mov只能完成寄存器间数据的移动，而且立即数长度限制在8位

_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

//three more lines here:

//.pad:  .word 0x12345678 /*now 16*4=64*/

//.global _end_vector

//_end_vect:

//don’t make sense
@.word为GNU ARM汇编特有的伪操作，为分配一段字内存单元（分配的单元为字对齐的），可以使用.word把标志符作为常量使用。如_fiq:.word fiq即把fiq存入内存变量_fiq中，也即是把fiq放到地址_fiq中。

 .balignl 16,0xdeadbeef
  .balign是意思是：以当前地址为开始开始，找到第一次出现的以第一个参数为整数倍的地址，并将其作为结束地址，在这个结束地址前面存储一个字节长度的数据，存储内容正是第二个参数。如果当前地址正好是第一个参数的倍数，则没有数据被写入到内存。

.balign 8, 0xde这条指令的含义可以用下图表示： 

  图解：以当前地址为开始开始，找到第一次出现的以8为整数倍的地址，并将其作为结束地址，在这个结束地址前面存储一个字节长度的数据0xde。如果当前地址正好是8的倍数，则没有数据被写入到内存。

    以此类推，.balignw则表示第二个参数存入的内容长度为2字节：

    .balignw 4, 0x368d

    因为现在填入的内容为2个字节，那就存在以下几种情况：

          当前地址没有偏移就满足了以4为倍数的地址

          当前地址偏移了1个字节就满足了以4为倍数的地址

          当前地址偏移了2个字节就满足了以4为倍数的地址

          当前地址编移了3个字节就满足了以4为倍数的地址

    分析一下这四种情况：

          当没有偏移的时候，地址中间肯定没有办法填上信息

          当偏移1个字节的时候，地址中间空隙不够，所以填入的数值，是末定义，也就是说，填入什么值，不清楚

          当偏移2个字节的时候，地址中间的空隙正好填入0x368d两个字节的内容

          当偏移3个字节的时候，地址中间的空隙大于所要填的内容。此时填入的数值，是末定义，填入什么值，不清楚

    以此类推，.balignl，这个指令用来填与一个字，即4个字节的长度

仔细分析一下就知道，对于.balignl 16, 0xdeadbeef，如果想要0xdeadbeef一定填到当前地址后面某个部分，当前地址偏移量就必须为4字节，这样才能保证在任何情况下，偏移的地址所留的空隙刚好填入所要填的内容。

 //伪操作指机器码里没有对应的汇编指令，由编译器实现其功能 

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

@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@来的

_TEXT_BASE:

@因为linux开始地址是0x30000000

//the reason for linux start address is 0x30000000?
 .word TEXT_BASE /*uboot映像在SDRAM中的重定位地址*/
@TEXT_BASE在开发板相关的目录中的config.mk文档中定义, 他定义了代码在运行时所在的地址, 那么_TEXT_BASE中保存了这个地址（这个TEXT_BASE怎么来的还不清楚）

 //the file address is U-boot-2009.08/Board/freescale/Mx51_bbg/Config.mk

//& the TEXT_BASE is 0x978000000, has any special reasons?

.globl _armboot_start
_armboot_start:
 .word _start
@用_start来初始化_armboot_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
@__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
_bss_end:
 .word _end
@同上，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 

/*
 * the actual start code
 */
@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
reset:
 /*
  * set the cpu to SVC32 mode
  */
@更改处理器模式为管理模式
@对状态寄存器的修改要按照：读出-修改-写回的顺序来执行
@   31 30 29 28 ---   7   6   -   4    3   2   1   0
    N  Z  C  V        I   F       M4   M3  M2  M1  M0
                                   0   0   0  0   0     User26 模式
                                   0   0   0  0   1     FIQ26 模式
                                   0   0   0  1   0     IRQ26 模式
                                   0   0   0  1   1     SVC26 模式
                                   1   0   0  0   0     User 模式
                                   1   0   0  0   1     FIQ 模式
                                   1   0   0  1   0     IRQ 模式
                                   1   0   0  1   1     SVC 模式
                                   1   0   1  1   1     ABT 模式
                                   1   1   0  1   1     UND 模式
                                   1   1   1  1   1     SYS 模式