嵌入式u-boot中標號_start的值的問題
發布時間：2013-12-2 17:28
發布者：edu118gct
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關于u-boot中標號_start的值的問題 為什么編譯后_start標號的值0x33f80000，而不是0x00000000？下面來詳細分析一下。 大家都知道U-BOOT分為兩個階段，第一階段是(~/cpu/arm920t/start.S中)在FLASH上運行(一般情況下)，完成對硬件的初始化，包括看門狗，中斷緩存等，并且負責把代碼搬移到SDRAM中(在搬移的時候檢查自身代碼是否在SDRAM中)，然后完成C程序運行所需要環境的建立，包括堆棧的初始化等,最后執行一句跳轉指令: ldr pc, _start_armboot _start_armboot: .word start_armboot, 進入到/lib_arm/board.c中的函數void start_armboot (void)，從此就進入了第二階段。這是在很多資料上都有講述的，所以勿需多言了。 現在對于第一階段有幾個問題，以前我一直是沒有搞明白的，既然在FLASH中的代碼是把自己拷貝到SDRAM中，那么在S3C2410的內存地址空間，就有兩份的啟動代碼，第一份就是在FLASH中，第二份就是在SDRAM中。根據鏈接腳本文件(~/board/smdk2410/u-boot.lds) OUTPUT_FORMAT("elf32-littlearm", "elf32-littlearm", "elf32-littlearm") /*OUTPUT_FORMAT("elf32-arm", "elf32-arm", "elf32-arm")*/ OUTPUT_ARCH(arm) ENTRY(_start) SECTIONS { . = 0x00000000; /* 后記：這個鏈接起始地址實際上被-Ttest $(TEST_BASE)更新了*/ . = ALIGN(4); .text : { cpu/arm920t/start.o (.text) *(.text) } . = ALIGN(4); .rodata : { *(.rodata) } . = ALIGN(4); .data : { *(.data) } . = ALIGN(4); .got : { *(.got) } . = .; __u_boot_cmd_start = .; .u_boot_cmd : { *(.u_boot_cmd) } __u_boot_cmd_end = .; . = ALIGN(4); __bss_start = .; .bss : { *(.bss) } _end = .; } 我們通常會這樣認為： *.text中的所有地址標號(在鏈接時確定)是從0地址開始生成的。 其中的鏈接命令 . = 0x00000000;表示地址計數器從0地址開始計數，而且_start 是程序代碼段的入口，那么*.text中的所有地址標號(cpu/arm920t/start.S中定義的)就應該從0地址開始計數，那么標號start_armboot(就是void start_armboot (void)函數的入口地址)應該在FLASH中才對啊，所以按照上邊的分析， ldr pc, _start_armboot _start_armboot: .word start_armboot 此條語句后，并沒有跳轉到SDRAM中的void start_armboot (void)，而是跳轉到了FLASH中的void start_armboot (void)中。 所以當我們這樣認為時，就出現了這樣的矛盾，在FLASH中有一段代碼把自己拷貝到SDRAM中，產生了兩份UBOOT可執行的指令流，但是最后卻沒有跳轉到SDRAM中去運行以提高指令執行的速度。 這個看法是錯的，因為實際上在arm-linux-ld 執行時，原來定義的0x0地址被更新為TEXT_BASE定義的地址。 對于以下代碼： 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 */ 注意:在GNU中:adr r0, _start 作用是獲得 _start 的實際運行所在的地址值，而ldr r1, _TEXT_BASE 為獲得地址_TEXT_BASE中所存放的數據，其中adr r0, _start翻譯成 add r0,(PC+#offset)，offset 就是 adr r0, _start 指令到_start 的偏移量，在鏈接時確定，這個偏移量是地址無關的。而 ldr r1, _TEXT_BASE 指令表示以程序相對偏移的方式加載數據，是索引偏移加載的另外一種形式，等同于ldr r1,[PC+#offset]，offset 是 ldr r1, _TEXT_BASE 到 _TEXT_BASE 的偏移量。注意這種用法并不是偽指令，偽指令的特征是 ldr r1, =expr/lable_expr。也就是ldr后面形式的不同，會影響它是指令還是偽指令。 比較一下： add r0,(PC+#offset)：(PC+#offset)是相對地址，表示把本指令上溯或下溯offset處的地址加載到 r0； ldr r1,[PC+#offset]：[PC+#offset]也是相對地址，表示把偏移offset處的地址上的數據加載到 r1； 現在繼續: 剛才分析所得到的矛盾，肯定是在認識上存在的偏差，經過把U-BOOT進行make后，從所生成的兩個.map文件來看(~/u-boot.map和Systen.map)，所有的地址標號都是從0x33f80000開始的，就是從SDRAM的高地址開始，等于TEXT_BASE的值，也就是說，鏈接器是從0x33F80000開始來鏈接所編譯生成的目標文件的，而不是從0地址開始，經過查看，start_armboot= 0x33f80b40，這個地址肯定在SDRAM中了，就是說void start_armboot (void)函數的入口地址在SDRAM中(鏈接器決定)，所以執行 ldr pc, _start_armboot _start_armboot: .word start_armboot, PC指針肯定就指向了SDRAM中，換句話就是說進入到SDRAM中了，對于ldr pc, _start_armboot，其仍然是GNU中使用程序相對偏移的方式加載數據，翻譯一下就是ldr pc, [pc+pc到_start_armboot的偏移值，結果就把_start_armboot地址中的數start_armboot放入pc中完成了跳轉，而 start_armboot 的值（函數地址）是在鏈接時就確定了，是相對于 TEXT_BASE 的。因為在整個UBOOT的階段1中所有的尋址都是相對位置的尋址(雖然鏈接器認為是階段1的代碼是從地址0x3ff80000中開始鏈接的)，把階段1的代碼放在0地址開始的FLASH中也是可以正確的運行的，如果ARM的復位向量是在0x00000001(假設)，那么把代碼燒寫到從0x00000004處開始的地方，上電時也可以正確的運行(假設ARM的復位向量是在0x00000004成立)，當然ARM的復位向量不在這里，只是以此假設來說明以上的對于階段1的分析。 現在最后一個矛盾就是鏈接腳本(~/board/smdk2410/u-boot.lds)所描述的鏈接地址與實際的鏈接地址不相同的問題，因為根據鏈接腳本，所有的地址標號應該從0地址開始計數的，然而不是。經過查找Makefile文件，在頂層的Makefile文件中，在166行中鏈接是的鏈接命令: $(LD) $(LDFLAGS) $$UNDEF_SYM $(OBJS) \, 其中的LDFLAGS在定義在頂層的config.mk中的145行  DFLAGS += -Bstatic -T $(LDSCRIPT) -Ttext $(TEXT_BASE) $(PLATFORM_LDFLAGS),最關鍵的就是 -Ttext $(TEXT_BASE)命令了,他的含義就是說,起始地址在TEXT_BASE,而TEXT_BASE在~/board/smdk2410/config.mk中規定了：TEXT_BASE = 0x3FF80000; 到此就弄清楚為什么鏈接從0x3ff80000開始的了，至于鏈接腳本，其主要作用是用來指明各個*.o文件的順序，如入口地址標號(_start)等，以及使兩個地址標號得到當前的地址 __u_boot_cmd_start = .; *.u_boot_cmd段的起始地址 .u_boot_cmd : { *(.u_boot_cmd) } __u_boot_cmd_end = .; *.u_boot_cmd段的結束地址 以供C程序使用。 __u_boot_cmd_start和__u_boot_cmd_end可以作為全局的一個常數使用。 總結: 因為-Ttext $(TEXT_BASE)命令的使用,鏈接器把UBOOT從地址0x3ff80000開始連接，在第一階段中，所有使用的目標地址尋址都是使用當前PC值加減偏移量的方法，所以把UBOOT燒寫到0地址開始的FLASH中，不影響第一階段的正確執行。第一階段是與代碼位置無關的代碼，第二階段才是與代碼位置有關的代碼。專業嵌入式技術實訓咨詢Q754634522 |
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