uboot中的TEXT_BASE

kenson · 发表于 2017-6-10 16:48

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,

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。

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")
/*OUTPUT_FORMAT("elf32-arm", "elf32-arm", "elf32-arm")*/
OUTPUT_ARCH(arm)
ENTRY(_start)
SECTIONS
{
. = 0x00000000; /* 后记：这个链接起始地址实际上被-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 = .;

}
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，

      ldr pc, _start_armboot

      _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。

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。

产生以上的认识是基于以下几个认识(肯定是错误的):

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    */
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       */

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。

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：

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；

ldr 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；

现在继续:

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

      ldr pc, _start_armboot

      _start_armboot: .word start_armboot,

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。

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:

$(LD) $(LDFLAGS) $$UNDEF_SYM $(OBJS) /,

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),

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;

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

__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

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。

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