ARMLinux启动代码分析.docx

1、ARMLinux启动代码分析首先，porting linux的时候要规划内存影像，如小弟的系统有64m SDRAM,地址从0x 0800 0000 -0x0bff ffff,32m flash,地址从0x0c00 0000-0x0dff ffff.规划如下：bootloader, linux kernel, rootdisk放在flash里。具体从 0x0c00 0000开始的第一个1M放bootloader，0x0c10 0000开始的2m放linux kernel,从 0x0c30 0000开始都给rootdisk。启动：首先，启动后arm920T将地址0x0c00 0000映射到0（可通

2、过跳线设置），实际上从0x0c00 0000启动，进入我们的bootloader，但由于flash速度慢，所以bootloader前面有一小段程序把bootloader拷贝到SDRAM 中的0x0AFE0100，再从0x 0800 0000 运行bootloader，我们叫这段小程序为flashloader,flashloader必须要首先初始化SDRAM,不然往那放那些东东：.equ SOURCE, 0x0C000100 bootloader的存放地址.equ TARGET, 0x0AFE0100 目标地址.equ SDCTL0, 0x221000 SDRAM控制器寄存器/ size is

3、stored in location 0x0C0000FC.global _start_start: /入口点/;*/;* Init SDRAM/;*/ ;*/ ;* SDRAM/ ;*LDR r1, =SDCTL0 / ; Set Precharge CommandLDR r3, =0x92120200/ldr r3,=0x92120251STR r3, r1/ ; Issue Precharge All CommadLDR r3, =0x8200000LDR r2, r3/ ; Set AutoRefresh CommandLDR r3, =0xA2120200STR r3, r1/ ;

4、Issue AutoRefresh CommandLDR r3, =0x8000000LDR r2, r3LDR r2, r3LDR r2, r3LDR r2, r3LDR r2, r3LDR r2, r3LDR r2, r3LDR r2, r3/ ; Set Mode RegisterLDR r3, =0xB2120200STR r3, r1/ ; Issue Mode Register CommandLDR r3, =0x08111800 /; Mode Register ValueLDR r2, r3/ ; Set Normal ModeLDR r3, =0x82124200STR r3

5、, r1/;*/;* End of SDRAM and SyncFlash Init */;*/ copy code from FLASH to SRAM_CopyCodes:ldr r0,=SOURCEldr r1,=TARGETsub r3,r0,#4ldr r2,r3_CopyLoop:ldr r3,r0str r3,r1add r0,r0,#4add r1,r1,#4sub r2,r2,#4teq r2,#0beq _EndCopyb _CopyLoop_EndCopy:ldr r0,=TARGETmov pc,r0欲知后事如何，下回分解：长篇连载-arm linux演艺-第二回-上回

6、书说到flashloader把bootloader load到0x0AFE0100， 然回跳了过去，其实0x0AFE0100 就是烧在flash 0x0C000100中的真正的bootloader:bootloader 有几个文件组成，先是START.s，也是唯一的一个汇编程序，其余的都是C写成的，START.s主要初始化堆栈：_start:ldr r1,=StackInitldr sp,r1b main/此处我们跳到了C代码的main函数，当C代码执行完后，还要调用/下面的JumpToKernel0x跳到LINXU kernel运行.equ StackInitValue, _end_data

7、+0x1000 / 4K _end_data在连结脚本中指定StackInit:.long StackInitValue.global JumpToKernelJumpToKernel:/ jump to the copy code (get the arguments right)mov pc, r0.global JumpToKernel0x/ r0 = jump address/ r1-r4 = arguments to use (these get shifted)JumpToKernel0x:/ jump to the copy code (get the arguments rig

8、ht)mov r8, r0mov r0, r1mov r1, r2mov r2, r3mov r3, r4mov pc, r8.section .data.boot.section .bss.boot欲知bootloader中的c代码如何运行，请看下集书接上回：下面让我们看看bootloader的c代码干了些什么。main函数比较长，让我们分段慢慢看。int main()U32 *pSource, *pDestin, count;U8 countDown, bootOption;U32 delayCount;U32 fileSize, i;char c;char *pCmdLine;char

9、*pMem;init(); /初始化FLASH控制器和CPU时钟EUARTinit(); /串口初始化EUARTputString(DBMX1 linux Bootloader ver 0.2.0);EUARTputString(Copyright (C) 2002 Motorola Ltd.);EUARTputString(U8 *)cmdLine);EUARTputString();EUARTputString(ress any key for alternate boot-up options . );小弟的bootloader主要干这么几件事:init(); 初始化硬件，打印一些信息和

10、提供一些操作选项：0. Program bootloader image1. Program kernel image2. Program root-disk image3. Download kernel and boot from RAM4. Download kernel and boot with ver 0.1.x bootloader format5. Boot a ver0.1.x kernel6. Boot with a different command line也就是说，可以在bootloader里选择重新下载kernel,rootdisk并写入flash,下载的方法是用u

11、sb连接，10m的rootdisk也就刷的一下。关于usb下载的讨论请参看先前的贴子“为arm开发平台增加usb下载接口“。如果不选，直接回车，就开始把整个linux的内核拷贝到SDRAM中运行。列位看官，可能有人要问，在flashloader中不是已经初始化过sdram控制器了吗？怎么init(); 中还要初始化呢，各位有所不知，小弟用的是syncflash，可以直接使用sdram控制器的接口，切记：在flash中运行的代码是不能初始化连接flash的sdram控制器的，不然绝对死掉了。所以，当程序在 flash中运行的时候，去初始化sdram,而现在在sdram中运行，可放心大胆地初始化f

12、lash了，主要是设定字宽，行列延时，因为缺省都是最大的。另外，如果列位看官的cpu有足够的片内ram，完全可以先把bootloader放在片内ram，干完一切后再跳到LINUX，小弟着也是不得已而为之啊。今天太晚了，回去睡觉了。如果直接输入回车，进入kernel拷贝工作：EUARTputString(Copying kernel from Flash to RAM .);count = 0x200000; / 2 MbytespSource = (U32 *)0x0C100000;pDestin = (U32 *)0x08008000;do*(pDestin+) = *(pSource+);

13、count -= 4; while (count > 0);EUARTputString(Booting kernel .);这一段没有什么可说的，运行完后kernel就在0x08008000了，至于为什么要空出0x8000的一段，主要是放kelnel的一些全局数据结构，如内核页表，arm的页目录要有16k大。我们知道，linux内核启动的时候可以传入参数，如在PC上，如果使用LILO,当出现LILO：，我们可以输入root=/dev/hda1.或mem=128M等指定文件系统的设备或内存大小，在嵌入式系统上，参数的传入是要靠bootloader完成的，pMem = (char *)0x

14、083FF000; /参数字符串的目标存放地址pCmdLine = (char *)&cmdLine; /定义的静态字符串while (*(pMem+)=*(pCmdLine+) != 0);/拷贝JumpToKernel(void *)0x8008000, 0x083FF000) ;/跳转到内核return (0);JumpToKernel在前文中的start.S定义过：JumpToKernel:/ jump to the copy code (get the arguments right)mov pc, r0.global JumpToKernel0x/ r0 = jump addres

15、s/ r1 = arguments to use (these get shifted)由于arm-GCC的c参数调用的顺序是从左到右R0开始，所以R0是KERNKEL的地址，r1是参数字符串的地址：到此为止，为linux引导做的准备工作就结束了，下一回我们就正式进入linux的代码。困了。好，从本节开始，我们走过了bootloader的漫长征途，开始进入linux的内核：说实话，linux宝典的确高深莫测，洋人花了十几年修炼，各种内功心法层处不穷。有些地方反复推敲也领悟不了其中奥妙，炼不到第九重啊。linux的入口是一段汇编代码，用于基本的硬件设置和建立临时页表，对于ARM LINUX是 l

16、inux/arch/arm/kernle/head-armv.S, 走！#if defined(CONFIG_MX1)mov r1, #MACH_TYPE_MX1#endif这第一句话好像就让人看不懂，好像葵花宝典开头的八个字：欲练神功。那来的MACH_TYPE_MX1？其实，在head-armv.S中的一项重要工作就是设置内核的临时页表，不然mmu开起来也玩不转，但是内核怎么知道如何映射内存呢？linux的内核将映射到虚地址0xCxxx xxxx处，但他怎么知道把哪一片ram映射过去呢？因为不通的系统有不通的内存影像，所以，LINUX约定，内核代码开始的时候，R1放的是系统目标平台的代号，对

17、于一些常见的，标准的平台，内核已经提供了支持，只要在编译的时候选中就行了，例如对X86平台，内核是从物理地址1M开始映射的。如果老兄是自己攒的平台，只好麻烦你自己写了。小弟拿人钱财，与人消灾，用的是摩托的MX1,只好自己写了，定义了#MACH_TYPE_MX1，当然，还要写一个描述平台的数据结构：MACHINE_START(MX1ADS, Motorola MX1ADS)MAINTAINER(SPS Motorola)BOOT_MEM(0x08000000, 0x00200000, 0xf0200000)FIXUP(mx1ads_fixup)MAPIO(mx1ads_map_io)INITIR

18、Q(mx1ads_init_irq)MACHINE_END看起来怪怪的，但现在大家只要知道他定义了基本的内存映象：RAM从0x08000000开始，i/o空间从0x00200000开始，i/o空间映射到虚拟地址空间0xf0200000开始处。摩托的芯片i/o和内存是统一编址的。其他的项，在下面的初始化过程中会逐个介绍到。好了好了，再看下面的指令：mov r0, #F_BIT | I_BIT | MODE_SVC make sure svc mode /设置为SVC模式，允许中断和快速中断/此处设定系统的工作状态，arm有7种状态/每种状态有自己的堆栈msr cpsr_c, r0 and all

19、 irqs diabledbl _lookup_processor_type/定义处理器相关信息，如value, mask, mmuflags，/放在proc.info段中/_lookup_processor_type 取得这些信息，在下面/_lookup_architecture_type 中用这一段是查询处理器的种类，大家知道arm有arm7, arm9等类型，如何区分呢？在arm协处理器中有一个只读寄存器，存放处理器相关信息。_lookup_processor_type将返回如下的结构：_arm920_proc_info:.long 0x41009200 /CPU id.long 0xf

20、f00fff0 /cpu mask.long 0x00000c1e mmuflagsb _arm920_setup.long cpu_arch_name.long cpu_elf_name.long HWCAP_SWP | HWCAP_HALF | HWCAP_26BIT.long cpu_arm920_info.long arm920_processor_functions第一项是CPU id，将与协处理器中读出的id作比较，其余的都是与处理器相关的信息，到下面初始化的过程中自然会用到。第五回终。查询到了处理器类型和系统的内存映像后就要进入初始化过程中比较关键的一步了，开始设置mmu，但首先

21、要设置一个临时的内核页表，映射4m的内存，这在初始化过程中是足够了：/r5=0800 0000 ram起始地址 r6=0020 0000 io地址，r7=f020 0000 虚ioteq r7, #0 invalid architecture?moveq r0, #'a' yes, error 'a'beq _errorbl _create_page_tables其中_create_page_tables为：_create_page_tables:pgtbl r4/r4=0800 4000 临时页表的起始地址/r5=0800 0000, ram的起始地址/r6=

22、0020 0000, i/o寄存器空间的起始地址/r7=0000 3c08/r8=0000 0c1e/the page table in 0800 4000 is just temp base page, when init_task's sweaper_page_dir ready,/ the temp page will be useless/ the high 12 bit of virtual address is base table index, so we need 4kx4 = 16k temp base page,mov r0, r4mov r3, #0add r2,

23、 r0, #0x4000 16k of page table1: str r3, r0, #4 Clear page tablestr r3, r0, #4str r3, r0, #4str r3, r0, #4teq r0, r2bne 1b/* Create identity mapping for first MB of kernel.* This is marked cacheable and bufferable.* The identity mapping will be removed by*/ 由于linux编译的地址是0xC0008000,load的地址是0x08008000

24、,我们需要将虚地址0xC0008000映射到0800800一段/同时，由于部分代码也要直接访问0x08008000，所以0x08008000对应的表项也要填充/ 页表中的表象为section,AP=11表示任何模式下可访问，domain为0。add r3, r8, r5 mmuflags + start of RAM/r3=0800 0c1eadd r0, r4, r5, lsr #18/r0=0800 4200str r3, r0 identity mapping/*0800 4200 = 0800 0c1e 0x200表象 对应的是0800 0000 的1m/* Now setup the

25、 pagetables for our kernel direct* mapped region. We round TEXTADDR down to the* nearest megabyte boundary.*/下面是映射4Madd r0, r4, #(TEXTADDR & 0xfff00000) >> 18 start of kernel/r0 = r4+ 0x3000 = 0800 4000 + 3000 = 0800 7000str r3, r0, #4 PAGE_OFFSET + 0MB/*0800 7004 = 0800 0c1eadd r3, r3, #1 <

26、;< 20/r3=0810 0c1estr r3, r0, #4 PAGE_OFFSET + 1MB/*0800 7008 = 0810 0c1eadd r3, r3, #1 << 20str r3, r0, #4/*0800 700c = 0820 0c1e PAGE_OFFSET + 2MBadd r3, r3, #1 << 20str r3, r0, #4 PAGE_OFFSET + 3MB/*0800 7010 = 0830 0c1ebic r8, r8, #0x0c turn off cacheable/r8=0000 0c12 and bufferab

27、le bitsmov pc, lr /子程序返回。下一回就要开始打开mmu的操作了上回书讲到已经设置好了内核的页表，然后要跳转到_arm920_setup，这个函数在arch/arm/mm/proc-arm929.s_arm920_setup:mov r0, #0mcr p15, 0, r0, c7, c7 invalidate I,D caches on v4mcr p15, 0, r0, c7, c10, 4 drain write buffer on v4mcr p15, 0, r0, c8, c7 invalidate I,D TLBs on v4mcr p15, 0, r4, c2,

28、 c0 load page table pointermov r0, #0x1f Domains 0, 1 = clientmcr p15, 0, r0, c3, c0 load domain access registermrc p15, 0, r0, c1, c0 get control register v4/* Clear out 'unwanted' bits (then put them in if we need them)*/ VI ZFRS BLDP WCAMbic r0, r0, #0x0e00bic r0, r0, #0x0002bic r0, r0, #0x000cbic r0, r0, #0x1000 .0 000. . 000./* Turn on what we want*/orr r0, r0, #0x0031orr r0, r0, #0x2100 .1. .1 .11 .1#ifdef CONFIG_CPU_ARM920_D_CACHE_ONorr r0, r0, #0x0004 . . . .1.#endif#ifdef CONFIG_CPU_ARM920_I_CACHE_ONorr r0, r0, #0x1000 .1 . . .