uboot中的TEXT_BASE

kenson

uboot中的TEXT_BASE
! H* E( u* T: h
* @9 Z! A5 o+ e' z  b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:

1 N& s7 V  ?, V) A* E, G        ldr pc, _start_armboot

$ o: N9 q6 T/ X+ I8 q' J        _start_armboot: .word start_armboot,
& J5 y) G! p$ Z
8 S( v0 M  h+ k/ G; I& A  P) c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。
3 ~2 t+ Q" G7 o2 {2 i' L# z
    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)

; R" b8 Y3 ]) {  h3 C, EOUTPUT_FORMAT("elf32-littlearm", "elf32-littlearm", "elf32-littlearm")
3 v$ Q" L* \9 _3 G% U/*OUTPUT_FORMAT("elf32-arm", "elf32-arm", "elf32-arm")*/
+ z2 k3 `3 c7 O% {/ MOUTPUT_ARCH(arm)
+ _$ _* K2 U# k: K- T3 M2 J4 r/ wENTRY(_start)
SECTIONS
{
7 X! |+ D. g' |9 [/ v  O9 m . = 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)
/ E* `/ I7 ?$ D& \5 E1 m. h5 K1 v   *(.text)
+ e+ K# A* t/ m8 A) A$ O8 n }
4 C1 F# \% k/ `( s: n' o
. = ALIGN(4);
4 S  h2 a1 d8 z .rodata : { *(.rodata) }
2 f7 Z+ Q# y# N$ @2 ^2 A, h7 ?
9 s" X: g6 V/ A! H . = ALIGN(4);
.data : { *(.data) }
6 Y- A- Y2 Y% N; j# Q2 z& p
6 N( m; o8 ^- { . = ALIGN(4);
.got : { *(.got) }
! r4 B( x2 b( R
5 ]/ w# N; W( O: y . = .;
__u_boot_cmd_start = .;
3 c& }% m! I( \  E- ?6 T .u_boot_cmd : { *(.u_boot_cmd) }
__u_boot_cmd_end = .;

. = ALIGN(4);
$ k) |1 m  ]* D* L+ J __bss_start = .;
! P; m- b3 v- L- O! S .bss : { *(.bss) }
_end = .;

% n/ \+ g# h$ Y# U}
; R9 y6 p  J% l% n0 i6 G    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，

  g% R6 j( P8 E' ]        ldr pc, _start_armboot

        _start_armboot: .word start_armboot
( k7 S0 Q/ L8 w- \% E
( H/ d2 O& c  k) R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。
: S, V3 \8 l0 M/ |: Q
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。

& G- V7 H! z4 a3 l产生以上的认识是基于以下几个认识(肯定是错误的):
8 ~4 J; y  M2 L  O) @
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
) G. C/ }5 r; j6 @
   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。
1 V8 C9 h; `8 {5 V9 Z1 p
/ a$ ~( o3 c% ]! \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 p& w: _  R! }) @
9 v4 _1 B% `% B$ I
2 z- x% v3 x9 L4 y; x比较一下：
, o6 c9 j8 I  k
2 }7 Y' n# I4 L6 s$ Q+ qadd 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；

" D: G' N- B( f/ B1 y. f3 U* p) L* 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；
. ]1 w$ U' e  B5 d, T: D
" w9 d' F1 }- J9 F" E& n现在继续:
. |5 @* w- F+ f0 b/ [! k4 n
' }7 D2 c; [0 l. Z3 m7 x4 z    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

) Z! u. |, }& m: j        ldr pc, _start_armboot
' ^3 Q$ _. `2 e
. W* u! L3 {) A) I2 |4 ~        _start_armboot: .word start_armboot,
& }9 @! a1 L" Z* t) ~4 J, A( m0 c, }
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。
5 z& L" {& V  J6 a: I5 C: C7 b! R
    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),
4 H* p9 |+ z, Z. p6 V& H* o
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;
1 R4 ]. X( p, t! E
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
) B( x2 Q# x3 K, k2 |6 \
    __u_boot_cmd_start = .;    *.u_boot_cmd段的起始地址

7 W1 N' N& ~! z; f4 @: J' R' ]+ Q8 |7 L    .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。
2 t8 G1 _! C; M7 E6 Z
/ m. Q1 |4 p0 i/ K# H/ r( `/ {6 J总结:
& R2 G, p# }. u: I5 N
0 h! @3 a7 F7 M5 N+ ]% f    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。