uboot中的TEXT_BASE

kenson

uboot中的TEXT_BASE

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:

        ldr pc, _start_armboot

        _start_armboot: .word start_armboot,
* ]+ L. z$ q! u
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。
. D/ H& y; s8 }+ P, b
    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)

6 w$ f  {* n7 J& M" P4 mOUTPUT_FORMAT("elf32-littlearm", "elf32-littlearm", "elf32-littlearm")
/*OUTPUT_FORMAT("elf32-arm", "elf32-arm", "elf32-arm")*/
0 Z8 m/ H9 R3 e7 X, iOUTPUT_ARCH(arm)
, k) d3 g2 }$ s* p4 y, sENTRY(_start)
9 |; S& a' `( d! }7 T, @  O. zSECTIONS
{
. = 0x00000000;    /* 后记：这个链接起始地址实际上被-Ttest $(TEST_BASE)更新了*/

. = ALIGN(4);
  ?4 q# k% J, }, n& r& P. m .text      :
{
   cpu/arm920t/start.o (.text)
7 n# P0 r; Z9 @4 D: H" I# D0 u   *(.text)
/ }' g7 r0 @. Q4 g7 ^ }
$ _  ]- t8 r* q1 ?
. = ALIGN(4);
.rodata : { *(.rodata) }
* R* e' x, l( \) ?
. = ALIGN(4);
.data : { *(.data) }
- C6 h- g" L+ Q' [- c* Q+ e2 X
1 B: U2 x# P$ R . = ALIGN(4);
.got : { *(.got) }
* @9 z! D8 b' [+ M: R( I
+ w( v0 f0 U1 m5 f7 \ . = .;
__u_boot_cmd_start = .;
.u_boot_cmd : { *(.u_boot_cmd) }
__u_boot_cmd_end = .;
+ W! Y& _. @+ p3 u$ V
. = ALIGN(4);
__bss_start = .;
.bss : { *(.bss) }
5 j# l, \2 |1 t$ j1 `* `. M) m _end = .;
4 Y1 e- y$ S. ~
& L$ S5 U4 [& x0 d% A}
" H; e) x5 ~! ^- Y! z0 f  ]! q! Y    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，
' x# t, F7 T+ b) X
/ H- w0 y  H9 M2 ~. z  D        ldr pc, _start_armboot

. |  D0 |) S% ?$ T0 A# M        _start_armboot: .word start_armboot

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。

6 S$ a- X, g1 t6 h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。

# i- H6 t, g' f) H7 Y7 b) e" K! v" v产生以上的认识是基于以下几个认识(肯定是错误的):
, R% d- M# h2 w0 T/ f- M! b
1.*.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。

      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。

2.relocate:    /* relocate U-Boot to RAM     */
# v$ g; V8 T$ j  J) B; m" o   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
* ]+ s$ E4 s) a/ t
   ldr r2, _armboot_start
" @% \/ ?3 Y2 L+ d# z+ t   ldr r3, _bss_start
   sub r2, r3, r2  /* r2 <- size of armboot            */
   add r2, r0, r2  /* r2 <- source end address         */

9 S6 B3 o  \! {) k1 E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。

2 u( K6 P  M3 n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。


比较一下：
' H- T- g: D9 B5 |# E- A
add 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；

" v/ a: I5 x; \8 m( s5 y1 a8 X0 g- cldr 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；
  `) t- }& ]' }: [3 j
" f2 k3 L. m* ?7 S+ Y* \1 q5 r/ V现在继续:
  s: P& |1 E1 v  `+ A  P
; Q% Z: ?/ F2 U6 x# u    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
$ m# N* I9 r) @9 R
' s4 J; t  I, T- C" j' I2 t        ldr pc, _start_armboot

        _start_armboot: .word start_armboot,
% y3 M3 X# K! @" l& M: ~2 \
PC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。

' o* l2 y; r. O7 [) s" c2 a6 G    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:

) |# N: H) |' R. ^& N$(LD) $(LDFLAGS) $$UNDEF_SYM $(OBJS) /,
2 Y0 J% j  `# [' j# V4 f8 x' A( I
% W4 t+ J; S) V* i# G9 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) $(PLATFORM_LDFLAGS),
/ g$ w5 w0 s$ `- b7 `. i! d
最关键的就是 -Ttext $(TEXT_BASE)命令了,他的含义就是说,起始地址在TEXT_BASE,而TEXT_BASE在~/board/smdk2410/config.mk中TEXT_BASE = 0x3FF80000;
2 A$ L6 t1 W. T! m3 @
* I. e! W% s7 S+ a# Z) k, P+ e, z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
: J! {9 n( u9 b8 c5 N" H
: l8 @0 }% A, i# j  o    __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段的结束地址
: Y+ z; u% w; v$ w% Z( {( L/ h+ }
+ M# P9 M! @. o; u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。

总结:

    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。