uboot中的TEXT_BASE

kenson

uboot中的TEXT_BASE

9 w3 L# l# o) \& l; O都知道U-BOOT分为两个阶段，第一阶段是(~/cpu/arm920t/start.S中)在FLASH上运行(一般情况下)，完成对硬件的初始化，包括看门狗，中断缓存等，并且负责把代码搬移到SDRAM中(在搬移的时候检查自身代码是否在SDRAM中)，然后完成C程序运行所需要环境的建立，包括堆栈的初始化等,最后执行一句跳转指令:

- z6 z. x3 q1 U- n        ldr pc, _start_armboot

        _start_armboot: .word start_armboot,
  `2 u9 }( T" Z1 D; |" d2 I
进入到/lib_arm/board.c中的函数void start_armboot (void)，从此就进入了第二阶段。这是在很多资料上都有讲述的，所以勿需多言了。
* N* X. {* b2 ^" g
' @$ G6 g0 q! R+ F3 e$ t$ _    现在对于第一阶段有几个问题，以前我一直是没有搞明白的，既然在FLASH中的代码是把自己拷贝到SDRAM中，那么在S3C2410的内存地址空间，就有两份的启动代码，第一份就是在FLASH中，第二份就是在SDRAM中。根据链接脚本文件(~/board/smdk2410/u-boot.lds)

OUTPUT_FORMAT("elf32-littlearm", "elf32-littlearm", "elf32-littlearm")
4 [& F  b. v4 c' C% A+ r/*OUTPUT_FORMAT("elf32-arm", "elf32-arm", "elf32-arm")*/
& z( U1 g2 ?' c, q' j. vOUTPUT_ARCH(arm)
5 @2 w4 D. O- jENTRY(_start)
. g' T% Q* K" X  K+ @SECTIONS
{
# p2 C% |7 G9 C . = 0x00000000;    /* 后记：这个链接起始地址实际上被-Ttest $(TEST_BASE)更新了*/

. = ALIGN(4);
.text      :
{
1 }6 \; N- |, v1 n0 ?   cpu/arm920t/start.o (.text)
, _" G3 y* C: H- Y   *(.text)
}

. Q0 N7 j" t6 z; y. y . = ALIGN(4);
.rodata : { *(.rodata) }
0 ?- {0 ~# a5 r+ h* i
. = ALIGN(4);
.data : { *(.data) }

. = ALIGN(4);
.got : { *(.got) }

2 ~) G0 ?4 L  Y0 ?$ _& |, X4 t . = .;
  @+ O+ X+ k( H9 F) A  n __u_boot_cmd_start = .;
.u_boot_cmd : { *(.u_boot_cmd) }
0 K( C/ m3 @7 H$ M  g- A+ t __u_boot_cmd_end = .;
/ i$ M) ~5 E' O% [- \
. = ALIGN(4);
2 D; r  l7 ]# I: c __bss_start = .;
* {9 a! |5 a4 ? .bss : { *(.bss) }
_end = .;

' }2 o! U- j9 S" q# q}
8 C& b. M5 ], J4 @& F4 q    其中的链接命令 . = 0x00000000;表示地址计数器从0地址开始计数，而且_start 是程序代码段的入口，那么*.text中的所有地址标号(cpu/arm920t/start.S中定义的)就应该从0地址开始计数，那么标号 start_armboot(就是void start_armboot (void)函数的入口地址)应该在FLASH中才对啊，所以按照上边的分析，
  k" R' r& [+ C. e. u9 D
- v, A3 p2 l* x% |  }        ldr pc, _start_armboot

" \: S$ i) ]7 ~- W9 V% L. X        _start_armboot: .word start_armboot
. E6 e4 X4 @7 s4 K, k8 b
& w0 [, f$ Q! q2 B& O) d此条语句后，并没有跳转到SDRAM中的void start_armboot (void)，而是跳转到了FLASH中的void start_armboot (void)中。
) ^" F- a; `5 J% F. M" A5 z
. d- o' h" J) ?7 v所以就出现了这样的矛盾，在FLASH中有一段代码把自己拷贝到SDRAM中，产生了两份UBOOT可执行的指令流，但是最后却没有跳转到SDRAM中去运行以提高指令执行的速度。
  W" p: m3 s8 w3 Y  m
9 w% Z% c; f/ R& @' P产生以上的认识是基于以下几个认识(肯定是错误的):
8 \$ j% `2 _: U" j9 b4 p5 U
: n5 _: o, K4 b; c5 K0 x1.*.text中的所有地址标号(在链接时确定)是从0地址开始生成的。
0 u% W2 e% j! x$ |+ h! F+ A. |
: p* q* Z/ i( B( n! }" V3 d      实际上在arm-linux-ld 执行时，原来定义的0x0地址被更新为TEXT_BASE定义的地址。
9 r( k' V7 E6 l: N
2.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 */
/ d/ E4 O! ]! C" }6 @: n   cmp     r0, r1                  /* don't reloc during debug         */
; H" i% o4 `# i" e   beq     stack_setup

   ldr r2, _armboot_start
2 k: l  A+ h4 ]6 Q2 L   ldr r3, _bss_start
0 v+ {) i# X: L. E8 d1 P   sub r2, r3, r2  /* r2 <- size of armboot            */
* m% ^) D" j4 J/ B' ^+ q) \0 Y4 W   add r2, r0, r2  /* r2 <- source end address         */
0 ?* h' [- |9 d% C* j
如果不是出于调试阶段，这段搬移代码中的r0和r1肯定不相等的，r0=#0,r1=#TEXT_BASE: 0x33F80000(在./board/smdk2410/config.mk中)，所以执行代码的自身拷贝与搬移。
* B7 B- w6 o( j$ s
注意:在GNU中:adr r0, _start 作用是获得 _start 的实际运行所在的地址值，而ldr r1, _TEXT_BASE 为获得地址_TEXT_BASE中所存放的数据，其中adr r0, _start翻译成 add r0,(PC+#offset)，offset 就是 adr r0, _start 指令到_start 的偏移量，在链接时确定，这个偏移量是地址无关的。而 ldr r1, _TEXT_BASE 指令表示以程序相对偏移的方式加载数据，是索引偏移加载的另外一种形式，等同于ldr r1,[PC+#offset]，offset 是 ldr r1, _TEXT_BASE 到 _TEXT_BASE 的偏移量。注意这种用法并不是伪指令，伪指令的特征是 ldr r1, =expr/lable_expr。对于LDR伪指令，ADS的情况有些不一样(细微差别)，在ADS中的情况可以参考杜春雷<ARM体系结构与编程>144页。

2 d1 L/ C; ]% l  ?/ |
, }9 f% M; p$ A4 G* b比较一下：
/ n2 t% x. F0 A) |- a* R1 I" |0 O! U
7 o/ W; b- y, K; e3 c8 O0 z) ladd r0,(PC+#offset)：(PC+#offset)是相对地址，表示把本指令上溯或下溯offset处的地址加载到 r0；

* X4 k. S$ d( v8 p: f0 hldr r1,[PC+#offset]：[PC+#offset]也是相对地址，表示把偏移offset处的地址上的数据加载到 r1；
& B$ b9 f( c/ p
现在继续:
# J' a& |$ @$ e4 R! x/ o/ p
    刚才分析所得到的矛盾，肯定是在认识上存在的偏差，经过把U-BOOT进行make后，从所生成的两个.map文件来看(~/u-boot.map和 Systen.map)，所有的地址标号都是从0x33f80000开始的，就是从SDRAM的高地址开始，等于TEXT_BASE的值，也就是说，链接器是从0x33F80000开始来链接所编译生成的目标文件的，而不是从0地址开始，经过查看，start_armboot=0x33f80d9c，就是说void start_armboot (void)函数的入口地址在SDRAM中(链接器决定)，所以执行

9 u/ p6 y# H4 h- C        ldr pc, _start_armboot
/ A4 W9 s0 W4 P' h/ T9 R, T# O" Z8 f
# v6 ]/ K" Y! A& G        _start_armboot: .word start_armboot,

' E2 M- i7 W0 G5 e( v( P9 Y+ GPC指针肯定就指向了SDRAM中，换句话就是说进入到SDRAM中了，对于ldr pc, _start_armboot，其仍然是GNU中使用程序相对偏移的方式加载数据，翻译一下就是ldr pc, [pc+pc到_start_armboot的偏移值]，结果就把_start_armboot地址中的数start_armboot放入pc中完成了跳转，而 start_armboot 的值（函数地址）是在链接时就确定了，是相对于 TEXT_BASE 的。因为在整个UBOOT的阶段1中所有的寻址都是相对位置的寻址(虽然链接器认为是阶段1的代码是从地址0x3ff80000中开始链接的)，把阶段1 的代码放在0地址开始的FLASH中也是可以正确的运行的，如果ARM的复位向量是在0x00000001(假设)，那么把代码烧写到从 0x00000004处开始的地方，上电时也可以正确的运行(假设ARM的复位向量是在0x00000004成立)，当然ARM的复位向量不在这里，只是以此假设来说明以上的对于阶段1的分析。
# u2 ~' c( C+ |, B
  p4 e% `7 ?( q    现在最后一个矛盾就是链接脚本(~/board/smdk2410/u-boot.lds)所描述的链接地址与实际的链接地址不相同的问题，因为根据链接脚本，所有的地址标号应该从0地址开始计数的，然而不是。经过查找Makefile文件，在顶层的Makefile文件中，在166行中链接是的链接命令:
' o3 ~6 F8 B3 v! w# x
$(LD) $(LDFLAGS) $$UNDEF_SYM $(OBJS) /,
6 |3 s  c* @# A2 V0 J' g8 I
其中的LDFLAGS在定义在顶层的config.mk中的145行:LDFLAGS += -Bstatic -T $(LDSCRIPT) -Ttext $(TEXT_BASE) $(PLATFORM_LDFLAGS),

( m& i& I8 b3 @- Q最关键的就是 -Ttext $(TEXT_BASE)命令了,他的含义就是说,起始地址在TEXT_BASE,而TEXT_BASE在~/board/smdk2410/config.mk中TEXT_BASE = 0x3FF80000;

. B6 o7 \2 ]; L% k, Z2 E+ U* `到此就弄清楚为什么链接从0x3ff80000开始的了，至于链接脚本，其主要作用是用来指明各个*.o文件的顺序，如入口地址标号(_start)等，以及使两个地址标号得到当前的地址

% B1 f# B& p) B7 k& N* D/ l    __u_boot_cmd_start = .;    *.u_boot_cmd段的起始地址
$ E  ^0 D$ c1 u
    .u_boot_cmd : { *(.u_boot_cmd) }
# ]- ?% r2 ~: r+ U9 c3 @$ ?    __u_boot_cmd_end = .;       *.u_boot_cmd段的结束地址
( |& |8 v/ h6 |/ u- D
以供C程序使用。 __u_boot_cmd_start和__u_boot_cmd_end可以作为全局的一个常数使用。
8 t6 f' W+ F* D+ z6 e, k
总结:

3 Y0 d6 e/ }" m0 }    因为-Ttext $(TEXT_BASE)命令的使用,链接器把UBOOT从地址0x3ff80000开始连接，在第一阶段中，所有使用的目标地址寻址都是使用当前PC值加减偏移量的方法，所以把UBOOT烧写到0地址开始的FLASH中，不影响第一阶段的正确执行。