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基于mips架构的uboot启动流程(3)

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发表于 2015-4-27 21:20:00 | 显示全部楼层 |阅读模式
要注意mips具有流水线可见性,所以跟在跳转指令后的下一条指令,在执行跳转到的地方前,都会执行,这个叫分支延迟。但是编译器会隐藏该特性,但可以通过设置”.set noreorder”来禁止编译器重新组织代码顺序。
每个板子都有自己的lds文件。这个主要是用来说明编译生成的指令,及运行过程中用到的数据放置的位置。这个可以参考ld的手册。比如board/dbau1x00/u-boot.lds。
[cpp] view plaincopy
OUTPUT_FORMAT(“elf32-tradbigmips”, “elf32-tradbigmips”, “elf32-tradbigmips”)  
/* 这里是生成格式为elf。大端,mips */  
OUTPUT_ARCH(mips)  
/* 平台为mips */  
ENTRY(_start) /* 入口点为_start */  
SECTIONS  
{  
. = 0×00000000;  
  
. = ALIGN(4);  
.text : /* 这个是程序存放的地方 */  
{  
*(.text)  
}  
  
. = ALIGN(4); /* 表示以4字节对齐 */  
.rodata : { *(SORT_BY_ALIGNMENT(SORT_BY_NAME(.rodata*))) }  
  
. = ALIGN(4);  
.data : { *(.data) }  
  
. = .;  
_gp = ALIGN(16) + 0x7ff0;  
  
.got : {  
__got_start = .; /* 表示该处地址的值给__got_start */  
*(.got)  
__got_end = .;  
}  
  
.sdata : { *(.sdata) }  
  
.u_boot_cmd : {  
__u_boot_cmd_start = .;  
*(.u_boot_cmd)  
__u_boot_cmd_end = .;  
}  
  
uboot_end_data = .;  
num_got_entries = (__got_end – __got_start) >> 2;  
  
. = ALIGN(4);  
.sbss (NOLOAD) : { *(.sbss) }  
.bss (NOLOAD) : { *(.bss) . = ALIGN(4); }  
uboot_end = .;  
}  


下面来分析cpu/mips/start.S
首先从_start开始。前面是128个字(不是字节),是留给异常入口点的。
1. 最前面两个分别是硬复位和软复位,这两个都跳到reset处。
2. 下面就是清一些CP0(协处理器0,mips对CPU的控制都是通过它实现的)的一些主要位。
3. 然后是关闭cache
4. 下面这个比较有意思。为什么还非要跳一下呢?这样就可以知道代码的位置,而不是标号值。比如可能在RAM中或ROM中。
[cpp] view plaincopy
bal 1f  
nop  
.word _gp  
1:  
lw gp, 0(ra)  


5. 这里执行lowlevel_init 。这是第一个需要我们自己定义的函数 。由于没有初始化堆栈,这里只能用汇编。我们看到在jalr后跟了个nop,这就是分支延迟槽了,在这里什么也没有执行。
6. 下面执行了mips_cache_reset,它会来清理数据和指令的cache,并设置为正确的值。然后就可以打开cache了。
7. 由于我们的内存可能还没有始初化(有些人会有lowlevel_init中初始化,但有的人没有这样做)。但我们使用C函数的话,就需要堆栈,所以需要一个内存空间。于是这里执行了mips_cache_lock,将cache的地址锁定,就是将cache当内存用了。然后我们将堆栈的地址设定在我们锁定的cache的最高地址(因为堆栈是向下生长的)。这时我们就可以用C函数了,当然你还用不了malloc,也不可以太多的浪费堆栈。
8. 这里就跑到C的初始化函数中去了--board_init_f。
对于mips,board_init_f在lib_mips/board.c下。在board_init_f()函数中,主要完成了一些功能初始化,和划分RAM。
[cpp] view plaincopy
/* 所以最后RAM中是这样子的
—RAM 0×0000,0000—
…………
— ^ SP ^ —
— boot params — CONFIG_SYS_BOOTPARAMS_LEN bd->bi_boot_params
— Global Data — sizeof(gd_t) gd
— Board Info — sizeof(bd_t) gd->bd = bd
— mallco(+env) — CONFIG_SYS_MALLOC_LEN + CONFIG_ENV_SIZE
— uboot code — 16kB
—RAM end —
*/  


再看一下都初始化了什么功能。初始化的函数都在init_fnc_t *init_sequence[]里。
[cpp] view plaincopy
init_fnc_t *init_sequence[] = {  
board_early_init_f, /* 一些必要,需在之前做的初始化,如想使用需定义CONFIG_BOARD_EARLY_INIT_F */  
timer_init, /* 初始化时钟计数,cp0的 */  
env_init, /* 环境变量保存在flash中 */  
#ifdef CONFIG_INCA_IP  
incaip_set_cpuclk, /* 根据cpuclk环境变量设定CPU主频 */  
#endif  
init_baudrate, /* 根据baudrate环境变量设定gd->baudrate */  
serial_init , /* 设定串口速率,需要我们自己写(包括其它serial的) */  
console_init_f, /* 设置gd->have_console=1,有CONFIG_SILENT_CONSOLE则查看silent */  
display_banner, /* 打印uboot信息 */  
checkboard , /* 检测板子,可以在这打印设备信息,需要我们自己写 */  
init_func_ram, /* 设置gd->ram_size,initdram需要我们自己写 */  
NULL, /* 最后这个空必须留着,检查结束 */  
};  


最后这个函数调用了relocate_code (addr_sp, id, addr)。注意,这个函数,准确的说不是函数(因为不能返回),是不返回的。
现在我们又回到start.S中了。我们可以看到,这里和C语言传递参数是用a0,a1,a2。relocate_code的工作就是将代码搬移到RAM中执行。这里做的工作是:
1. 移动gp指针
2. 复制代码到RAM中
3. 刷新一下cache
4. 跳到RAM代码当中去(in_ram)
in_ram的主要工作是:更新GOT;清空BSS段;最后跳到board_init_r。我们可以看到board_init_r最后一个参数是在分支延迟槽中赋值的。
这其实这里主要说一下GOTs(global offset tables)这个东东,这是uboot能跳转到不同空间运行的原理。uboot编译时用到了PIC(position-independent code)(也可以说成position-independent executable (PIE))。这个其实是很早之前,在没有MMU的年代引进来的东西。为了在没有MMU时,不同进程也能同时运行,就需要他们的运行地址可以改变。 GOTs用来保存所有的全局变量地址,所以我们只要改变GOTs的值就可以了。gp就是指向GOTs位置的指针。这个功能需要在gcc编译时指定 -fpic。然后就像我们看到的,我们只要改变GOTs里的值,加上地址偏移就可以了。
下面再看一下board_init_r。这里的工作:
1. 复制cmd段的信息过来。这里只复制了cmd,name,usage,usage。帮助信息的字符串还在flash中。
2. 然后是初始化malloc功能。注意这里env有malloc的方式分配到了空间,并复制到RAM。
3. 再就是stdio,串口,入口函数,以及全局变最根据env的初始化了。
4. 再接着就是网络的初始化。eth_initialize(gd->bd)。对于mips,如果设了CONFIG_NET_MULTI。我们需要自己写board_eth_init和cpu_eth_init 两个函数。 只有前者返回值小于0时,我们才需要执行后者。
5. 最后进入main_loop()。
以太网驱动移植
对于mips,如果设了CONFIG_NET_MULTI。会用到board_eth_init()和cpu_eth_init()两个函数。只有前者返回值小于0时,才会执行后者。这里要初始化结构体eth_device,然后使用eth_register()注册网络设备。主要要设定 init,halt,send,recv四个函数,及其它一些变量。如支持mii读写命令还需使用miiphy_register()注册mii读写的两个函数。
当注册完成后,U-Boot不会自动调用init,而是只有当用到网络设备时,才后调用。每次使用网络接口时,是先调用halt之后,才调用init。
当我们使用命令make (型号)_config时,会产生以下效果。
(1) 将include/asm软链接到include/asm-(ARCH)。
(2) 修改include/config.h文件,增加#include <configs/(型号).h>和#include <asm/config.h>。
(3) 在include/config.mk设置变量ARCH,CPU,BOARD,VENDOR。
编译时,Makefile会包含进几个目录的config.mk文件。board/xxx/(xxx/)config.mk在前面已经介绍过了。在 lib_xxx/config.mk中会指定交叉编译器,及增加平台相关的编译参数。在cpu/xxx/config.mk会指定体系结构的相关参数,如大小端。
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