U-Boot _main函数

2023-10-05 10:59:34

_main函数主要完成的工作：

先设置用于调用board_init_f()函数的初始环境，该环境仅仅是提供了堆栈和存储位置GD('global data')结构，两者都是位于可以使用的RAM(SRAM，locked cache...)中，在调用board_init_f()函数前，GD应该被清0；
调用board_init_f()函数，该函数的功能为从system RAM(DRAM，DDR...)中执行准备硬件，当system RAM还不能够使用的时，必须要使用目前的GD存储传递到后续阶段的所有数据，这些数据包括重定位的目标，将来的堆栈和GD的位置；
设置中间环境，其中堆栈和GD是由board_init_f()函数在system RAM中进行分配的，但此时的bss和初始化的非常量仍然不能使用；
对于正常的uboot引导（非SPL），调用relocate_code()函数，该函数的功能将uboot从当前的位置重新转移到由board_init_f()函数计算的目标位置；
对于SPL，board_init_f()函数仅仅是返回（crt0），没有代码的重定位；
设置用于调用board_init_r()函数的最终环境，该环境将有bss段（初始化为0），初始化非常量数据（初始化为预期值），并入栈到system RAM中，GD保留了board_init_f()函数设置的值；
为了使uboot正常运行（非SPL），某些CPU还有一些关于内存的工作要做，调用c_runtime_cpu_setup()函数；
调用board_init_r()函数。

ENTRY(_main)

/* * Set up initial C runtime environment and call board_init_f(0). */

#if defined(CONFIG_TPL_BUILD) && defined(CONFIG_TPL_NEEDS_SEPARATE_STACK) ldr r0, =(CONFIG_TPL_STACK) #elif defined(CONFIG_SPL_BUILD) && defined(CONFIG_SPL_STACK) ldr r0, =(CONFIG_SPL_STACK) #else ldr r0, =(CONFIG_SYS_INIT_SP_ADDR) #endif bic r0, r0, #7 /* 8-byte alignment for ABI compliance */ mov sp, r0 bl board_init_f_alloc_reserve mov sp, r0 /* set up gd here, outside any C code */ mov r9, r0 bl board_init_f_init_reserve

#if defined(CONFIG_SPL_BUILD) && defined(CONFIG_SPL_EARLY_BSS) CLEAR_BSS #endif

mov r0, #0 bl board_init_f

#if ! defined(CONFIG_SPL_BUILD)

/* * Set up intermediate environment (new sp and gd) and call * relocate_code(addr_moni). Trick here is that we'll return * 'here' but relocated. */

ldr r0, [r9, #GD_START_ADDR_SP] /* sp = gd->start_addr_sp */ bic r0, r0, #7 /* 8-byte alignment for ABI compliance */ mov sp, r0 ldr r9, [r9, #GD_NEW_GD] /* r9 <- gd->new_gd */

adr lr, here ldr r0, [r9, #GD_RELOC_OFF] /* r0 = gd->reloc_off */ add lr, lr, r0 #if defined(CONFIG_CPU_V7M) orr lr, #1 /* As required by Thumb-only */ #endif ldr r0, [r9, #GD_RELOCADDR] /* r0 = gd->relocaddr */ b relocate_code here: /* * now relocate vectors */

bl relocate_vectors

/* Set up final (full) environment */

bl c_runtime_cpu_setup /* we still call old routine here */ #endif #if !defined(CONFIG_SPL_BUILD) || CONFIG_IS_ENABLED(FRAMEWORK)

#if !defined(CONFIG_SPL_BUILD) || !defined(CONFIG_SPL_EARLY_BSS) CLEAR_BSS #endif

# ifdef CONFIG_SPL_BUILD /* Use a DRAM stack for the rest of SPL, if requested */

 //调用spl_relocate_stack_gd函数 重定位新的gd栈指针
//在定义了CONFIG_SPL_STACK_R等情况下，将片内SRAM中的GD复制到系统RAM中。

bl spl_relocate_stack_gd cmp r0, #0 //如果spl_relocate_stack_gd返回为0，即未定义CONFIG_SPL_STACK_R，GD依旧在SRAM中 movne sp, r0 //如果r0不等于0，则sp=r0，即sp等于SDRAM中GD的地址 movne r9, r0 //如果r0不等于0，则r9=r0，即r9等于SDRAM中GD的地址
#endif # endif

#if ! defined(CONFIG_SPL_BUILD) bl coloured_LED_init bl red_led_on #endif /* call board_init_r(gd_t *id, ulong dest_addr) */ mov r0, r9 /* gd_t */ ldr r1, [r9, #GD_RELOCADDR] /* dest_addr */ /* call board_init_r */ #if CONFIG_IS_ENABLED(SYS_THUMB_BUILD) ldr lr, =board_init_r /* this is auto-relocated! */ bx lr #else ldr pc, =board_init_r /* this is auto-relocated! */ #endif /* we should not return here. */ #endif

ENDPROC(_main)

1、初始栈指针设置：

首先加载的栈地址，将其保存到r0中，对其进行16byte对齐后指向sp指针。在board_init_f_alloc_reserve之前保存sp指针栈到r0，作为函数的输入参数，函数调用结束时作为返回参数。同理 r0作为输入参数board_init_f_alloc_reserve执行后为保留区域清零，同时需要还原sp栈指针。

2、board_init_f_alloc_reserve

从“top”（这里指sp指针）地址分配保留空间用作“全局变量”，返回分配空间的“top”地址（返回sp指针地址）

GD 在 16 字节边界上向下对齐。早期的 malloc area 未对齐，因此它遵循堆栈我们正在构建的架构的对齐约束。GD 是最后分配的，所以这个函数的返回值是保留区的底部和GD的地址，都应该调用上下文需要它。

top参数是汇编语言所对应的r0，作为指针为globle_data保留内存区域。内存分配在高位区域，保留区域内存指针减小。

ulong board_init_f_alloc_reserve(ulong top)
{
    /* Reserve early malloc arena */
#if CONFIG_VAL(SYS_MALLOC_F_LEN)
    top -= CONFIG_VAL(SYS_MALLOC_F_LEN);
#endif
    /* LAST : reserve GD (rounded up to a multiple of 16 bytes) */
    top = rounddown(top-sizeof(struct global_data), 16);

    return top;
}

3、board_init_f_init_reserve

board_init_f_alloc_reserve预留了global_data结构体空间，未进行初始化处理，board_init_f_init_reserve现在可以开始初始化gd结构了。board_init_f_init_stack_protection_addr为gd->start_addr_sp设置了栈指针一个保护边沿，然后调整向上以对齐16字节方式回到栈顶。将早期malloc空间的基地址保存到gd->malloc_base；board_init_f_init_stack_protection设置栈指针底部，保留20字节对于栈区进行memset设置。

void board_init_f_init_reserve(ulong base) { struct global_data *gd_ptr;
/* * clear GD entirely and set it up. * Use gd_ptr, as gd may not be properly set yet. */
gd_ptr = (struct global_data *)base; /* zero the area */ memset(gd_ptr, '\0', sizeof(*gd)); /* set GD unless architecture did it already */ #if !defined(CONFIG_ARM) arch_setup_gd(gd_ptr); #endif
if (CONFIG_IS_ENABLED(SYS_REPORT_STACK_F_USAGE)) board_init_f_init_stack_protection_addr(base);
/* next alloc will be higher by one GD plus 16-byte alignment */ base += roundup(sizeof(struct global_data), 16);
/* * record early malloc arena start. * Use gd as it is now properly set for all architectures. */
#if CONFIG_VAL(SYS_MALLOC_F_LEN) /* go down one 'early malloc arena' */ gd->malloc_base = base; #endif
if (CONFIG_IS_ENABLED(SYS_REPORT_STACK_F_USAGE)) board_init_f_init_stack_protection(); }

`4、CONFIG_SYS_MALLOC_F`

如果定义了CONFIG_SYS_MALLOC_F，会先预留出early malloc所需的空间。会初始化gd->malloc_base。

5、设置初始的堆栈

基址由CONFIG_SYS_INIT_SP_ADDR定义。

6、清除BBS段

7、uboot的重定向动作

#if ! defined(CONFIG_SPL_BUILD)

/*
 * Set up intermediate environment (new sp and gd) and call
 * relocate_code(addr_moni). Trick here is that we'll return
 * 'here' but relocated.
 */

    ldr    r0, [r9, #GD_START_ADDR_SP]    /* sp = gd->start_addr_sp */
    bic    r0, r0, #7    /* 8-byte alignment for ABI compliance */
    mov    sp, r0
    ldr    r9, [r9, #GD_NEW_GD]        /* r9 <- gd->new_gd */
@@ 把新的global_data地址放在r9寄存器中
    adr    lr, here
    ldr    r0, [r9, #GD_RELOC_OFF]        /* r0 = gd->reloc_off */
    add    lr, lr, r0
@@ 计算返回地址在新的uboot空间中的地址。b调用函数返回之后，就跳到了新的uboot代码空间中。
#if defined(CONFIG_CPU_V7M)
    orr    lr, #1                /* As required by Thumb-only */
#endif
    ldr    r0, [r9, #GD_RELOCADDR]        /* r0 = gd->relocaddr */
@@ 把uboot的新的地址空间放到r0寄存器中，作为relocate_code的参数

    b    relocate_code

@@ 跳转到relocate_code中，在这里面实现了
@@ （1）relocate旧的uboot代码空间到新的空间上去
@@ （2）修改relocate之后全局变量的label
@@ 注意，由于上述已经把lr寄存器重定义到uboot新的代码空间中了，所以返回之后，就已经跳到了新的代码空间了！！！！！！

here:

/*
 * now relocate vectors
 */

    bl    relocate_vectors
@@ relocate中断向量表
/* Set up final (full) environment */

    bl    c_runtime_cpu_setup    /* we still call old routine here */
#endif

1）从global data中取出relocation之后的堆栈基址，16-byte对齐后，保存到sp中。

2）将新的global data的指针，保存在r9寄存器中。

3）计算relocation之后的执行地址（relocation_return处），计算的方法就是当前的relocation_return位置加上gd->reloc_off。

4）以relocation的目的地址（gd->relocaddr）为参数，调用relocate_code执行实际的relocation动作，就是将u-boot的代码段、data段、bss段等数据，拷贝到新的位置（gd->relocaddr）。

@@ 在board_init_f里面实现了
@@ （1）对relocate进行空间规划
@@ （2）计算uboot代码空间到relocation的位置的偏移
@@ （3）relocate旧的global_data到新的global_data的空间上

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