bootloader

1、bootloader的执行过程
友善之臂给的一个简单的bootloader的Makefile文件

all:
    arm-linux-gcc -mabi=aapcs-linux -mno-thumb-interwork -Os -Wall -c head.S 244x_lib.c nand.c main.c
    arm-linux-ld -T mem.lds -Bstatic head.o 244x_lib.o nand.o main.o
    arm-linux-objcopy -O binary -S a.out vboot.bin -R .comment -R .stab -R .stabstr
    rm *.o a.out

clean:
    rm vboot.bin

（1）、Makefile中做的第一个事情就是编译所有的文件，
其中gcc的参数

-mabi=name

Generate code for the specified ABI. Permissible values are: `apcs-gnu', `atpcs', `aapcs', `aapcs-linux' and `iwmmxt'.

GNU官网上给出的选项-mabi=name的解释：生成指定ABI(Application Binary Interface)的代码可选的name值为后面的那几个。

-mthumb-interwork

Generate code which supports calling between the ARM and Thumb instruction sets. Without this option the two instruction sets cannot be reliably used inside one program. The default is -mno-thumb-interwork, since slightly larger code is generated when -mthumb-interwork is specified.

GNU官网上给出的选项-mthumb-interwork的解释：生成支持在ARM和Thumb指令集间相互调用的代码。

-Os

Optimize for size. -Os enables all -O2 optimizations that do not typically increase code size. It also performs further optimizations designed to reduce code size.

这是一个优化选项，针对产生的目标文件的大小。

-Wall
这是一个warning选项。

-c
这个选项是只编译生成目标文件而不实际链接产生可执行文件。


（2）、紧接着看连接这一步，它通过文件mem.lds来输入参数，对于.lds文件，它定义了整个程序编译之后的连接过程，决定了一个可执行程序的各个段的存储位置。而mem.lds文件的内容则是这样的:
SECTIONS {
  . = 000000;
  .myhead ALIGN(0): {*(.text.FirstSector)}
  .text ALIGN(512): { *(.text) }
  .bss ALIGN(4)  : { *(.bss*)  *(COMMON) }
  .data ALIGN(4) : { *(.data*) *(.rodata*) }
}

section 的格式如下

section [address] [(type)] :
[AT(lma)] [ALIGN(section_align)] [SUBALIGN(subsection_align)]
{
output-section-command
output-section-command
...
} [>region] [AT>lma_region] [:phdr :phdr ...] [=fillexp]

secname和contents是必须的，其他的都是可选的。下面挑几个常用的看看：

1、secname：段名

2、contents：决定哪些内容放在本段，可以是整个目标文件，也可以是目标文件中的某段（代码段、数据段等）

3、start：本段连接（运行）的地址，如果没有使用AT（ldadr），本段存储的地址也是start。GNU网站上说start可以用任意一种描述地址的符号来描述。

4、AT（ldadr）：定义本段存储（加载）的地址。

看一个简单的例子：（摘自《》）

/* nand.lds */
SECTIONS {
firtst 0x00000000 : { head.o init.o }
second 0x30000000 : AT(4096) { main.o }
}

    以上，head.o放在0x00000000地址开始处，init.o放在head.o后面，他们的运行地址也是0x00000000，即连接和存储地址相同（没有AT指定）；main.o放在4096（0x1000，是AT指定的，存储地址）开始处，但是它的运行地址在0x30000000，运行之前需要从0x1000（加载处）复制到0x30000000（运行处），此过程也就用到了读取Nand flash。

这就是存储地址和连接（运行）地址的不同，称为加载时域和运行时域，可以在.lds连接脚本文件中分别指定。

编写好的.lds文件，在用arm-linux-ld连接命令时带-Tfilename来调用执行，如
arm-linux-ld –Tnand.lds x.o y.o –o xy.o。也用-Ttext参数直接指定连接地址，如
arm-linux-ld –Ttext 0x30000000 x.o y.o –o xy.o。

 

既然程序有了两种地址，就涉及到一些跳转指令的区别，这里正好写下来，以后万一忘记了也可查看，以前不少东西没记下来现在忘得差不多了。。。

ARM汇编中，常有两种跳转方法：b跳转指令、ldr指令向PC赋值。

我自己经过归纳如下：

（1）       b step1 ：b跳转指令是相对跳转，依赖当前PC的值，偏移量是通过该指令本身的bit[23:0]算出来的，这使得使用b指令的程序不依赖于要跳到的代码的位置，只看指令本身。

（2）       ldr pc, =step1 ：该指令是从内存中的某个位置（step1）读出数据并赋给PC，同样依赖当前PC的值，但是偏移量是那个位置（step1）的连接地址（运行时的地址），所以可以用它实现从Flash到RAM的程序跳转。

（3）       此外，有必要回味一下adr伪指令，U-boot中那段relocate代码就是通过adr实现当前程序是在RAM中还是flash中。仍然用我当时的注释：

relocate: /* 把U-Boot重新定位到RAM */
    adr r0, _start /* r0是代码的当前位置 */
/* adr伪指令，汇编器自动通过当前PC的值算出 如果执行到_start时PC的值，放到r0中：
当 此段在flash中执行时r0 = _start = 0；当此段在RAM中执行时_start = _TEXT_BASE(在board/smdk2410/config.mk中指定的值为0x33F80000，即u-boot在把代码拷贝到RAM中去 执行的代码段的开始) */
    ldr r1, _TEXT_BASE /* 测试判断是从Flash启动，还是RAM */
/* 此句执行的结果r1始终是0x33FF80000，因为此值是又编译器指定的(ads中设置，或-D设置编译器参数) */
    cmp r0, r1 /* 比较r0和r1，调试的时候不要执行重定位 */

然后看vboot的mem.lds文件，定义了四个段

第一个，0字节对齐，有所有目标文件代码段的第一个扇区组成。

第二个就是代码段了，512字节对齐的，有所有的（*代表所有的文件）目标文件的代码段组成

之后就是未初始化的数据段，

接着是数据段。

之后的Bstatic指定与静态链接库连接。

（3）、接着再来看arn-linux-objcopy的作用。

objcopy用于将object的部分获全部内容拷贝到另一个object，从而可以实现格式的变换。objcopy可用用于将文件转换成S-record格式或者raw二进制格式。

例如，

         xxxx-elf-objcopy –O srec test.o test.s19

则将test.o转换成s-record文件中。通常涉及到text段。

         xxxx-elf-objcopy –O binary test.o test.bin

则将test.o转换成raw binary文件格式。

       当将object文件转换成raw binary格式时，通常将去除掉symbols和relocation信息。在生成s-record过程中，有时需要用选项“-S”，“-R”去除掉binary文件，s-record文件不需要的相应信息。

使用objcopy不能够改变大、小endian。这样看的话在此处objcopy的作用就很明显了，就是生成一个可以直接烧写的干净的去掉了符号表重定位信息等等的可执行文件




2、arm体系结构
3、操作系统启动部分的协议