过年将近，潜心学习u-boot的实现。毕业设计曾打算做这个题目，不料老师来一句“要做大家都知道的”。其实报上的几个题目中，唯有这个是需要我花些时间的，另两个，如果可以报成功的话，基本上可以动笔写论文了。
想起了以前分析Grub2的体验。那时刚开始用Source Insight，现在倒发现它那种奇特的显示方式竟看着有些奇怪，倒是接受VIM显示了。回忆起来，似乎很遥远，算起来，也不过是半年前的事。想来，AT&T语法就是分析Grub2时强行学会了。那时还用Bochs一条一条地记下反汇编代码，最后钻进命令行的分析里，看着一些以yy开头的函数不知所措，于是放弃了。前几个月才接触到flex&bison，彼时才知道当年倒在什么地方。这让我对编译原理起了兴趣，机工重新影印了龙书，现在买来估计也看不完，去出工作又带不走。索性确定工作地点后再买来看。常听到有人表示上班很无聊，也听过大家上班没事做就聊QQ，斗地主，或者看电影。我倒觉得，未来几年内，要学了东西还有一大堆。如果工作之外尚有余裕，肯定会去研究自己感兴趣的东西，至少不会觉得无聊。只是担心这种激情会被工作磨灭。
买的TQ2440的板子，一直没怎么用，十分惭愧。本打算最后一个寒假好好研究，看看现在的形势，估计也研究不了多少了。让我感觉奇怪的是，U-boot的官方到现在没有支持2440的代码，只有网上零星的一些补丁。下了其中一个，结果在Nand那里卡的天昏地暗，用Skyeye模拟最后居然出现Unknow Nand Command。为了解决这个问题，还研究了好久MTD。后来发现，Skyeye在下断点上有个BUG，断点数超过256个便会出错，而我需定位的代码位于一个巨大的循环之中。一番尝试，始终找不到哪句话引起的Unkonw Nand Command。无奈之下，只得顺着官方支持的2410走。结果发现2410默认的配置里根本没编译进MTD层。。。。。。
像U-boot或者Linux这种支持不同平台的代码，很讨厌的一点是，条件编译太多了。有时候乱了主线，根本不知道哪些该看哪些不该看。以前用Source Insight看代码时也是，查看一个函数，结果出来不平平台的N多结果。现在用VIM当然也免不了这苦，尤其是一些开发板相关的函数，U-boot支持多少开发板就有多少不同选择，有时翻到序号翻到一百多才找到。好在可以用GDB跟踪，最初用GDB只是看看用汇编写成的start.S走向好何。后来发现C语言里的条件编译太多了，用GDB正好可以看看运行的路线。于是GDB一直用到现在。这个过程中还发现了原来GNOME下默认的终端也是可以开TAB的，以前还老惦记着那个KDE的默认终端。
经过两三天的分析，总算顺着执行线路看到Shell这里。考虑到上次看Grub就是倒在这里，此时还颇有些担心，不过心里也在想，就算再出现yy神马的我也不会迷糊了。好在这次并没有看到那些，所有的解析都是手动完成。只在关于查找命令的代码里面，__u_boot_cmd_start及__u_boot_cmd_end神马地看到莫名其妙。尤其是对它们取地址。从代码表面上来看，作者的意图是在一个结构体数组里寻找合适的项，而该数据便以&__u_boot_cmd_start与&__u_boot_cmd_end为首尾边界。查Tag无结果，其实已经猜到了这是在链接脚本里定义的符号。但对一个符号取地址为何意？到底这个数组是怎么来的？
其实以前也有类似疑惑。比如，引用链接器提供的end等符号，声明时却将其声明为extern char end[]。显然做这种奇怪的声明是有意为之。为什么不声明为extern char* end呢？如果声明成指针或者其它的结构体又会有什么效果呢？后来隐隐约约想到一点，因为数据名在链接以后实际上是个表地址的常量，如果声明成其它类型，那么引用end时得到的是那个地址里的内容。
今天又碰到这个类似的问题。以前隐约想明白的事，现在又有些不明白了。显然这里的__u_boot_cmd_start与end一样，为链接器提供。这些符号不像那些变量占内存，完全是空无一物的，对这些符号取地址怎么会有意义呢？做了几个实验，总算是明白了。原来对于C中&这个取址的操作符，我对其印象过于强烈，其操作对象一定要是一块内存。其实，当这个东西编译成指令以后，不再有什么C语言里的性质。即，对全局变量和静态变量，其最终的地址是确定的，所以对&symbol的引用就变成了对一个常数的引用。反映到指令的寻址方式上，就是立即数寻址。如果仅编译不链接，这些地址都是不确定的，指令里含这些信息的话，表地址的那些位全要以0代之，然后在重定位表里声明此处需修正，而等修正的契机便是symbol。
比如，可能会生成这样几句：
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9: 8b 15 00 00 00 00 mov 0x0,%edx
f: b8 00 00 00 00 mov $0x0,%eax
14: c7 44 24 08 00 00 00 movl $0x0,0x8(%esp)
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第一行反映出对symbol的引用，第三行反映出对&symbol的引用。在链接之后就变成这样：
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80483cd: 8b 15 54 96 04 08 mov 0x8049654,%edx
80483d3: b8 c4 84 04 08 mov $0x80484c4,%eax
80483d8: c7 44 24 08 54 96 04 movl $0x8049654,0x8(%esp)
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可以看到，之前一三行都是待确定的，现在都已被修正，而且修正为同一个值。关键在于，这两条指令的寻址方式不一样。第一条是直接寻址，即入edx的是0x8049654这个地址下的内存里的内容；第三句是立即数寻址，即，入0x8(%esp)里的是0x8049654这个数值。这个例子是对普通符号操作的话，可能会觉得结果十分理所当然。如，int a后，第一句对应的是对a的引用，第二句对应的是对&a的引用。因为我们确定a代表一块内存，那么&a自然能取到其地址。然而对于链接器提供的符号，并没有一块内存与之对应，&取到的又是什么呢？费解的产生在于过分地从C语言的角度对去解释这个问题，其实上面的汇编里可以看出，对symbol与&symbol进行重修正时，依靠的都是symbol这个符号。也就是说，从“重修正”的角度上来看，两都没有任何区别，修正的类型以及关联的符号一模一样，可以认为是同一个修正的不同实例。然而，链接器修正的时候对指令类型毫无所知，所以即便对两处修正做的都是同一件事，不同指令对其解读便有不同效果。
所以，对于链接器提供的符号symbol，从C语言的角度上，很难理解&symbol的含义。本质上，对&symbol的引用都会被翻译为一条操作一个立即数的指令，而这个立即数的值便是链接器提供给symbol这个符号的值。之前所说将end声明为extern char end[]亦是同理。因为对于编译器而言，全局或者静态数组的首地址是个常数，所以对这个数组名的引用都会被翻译为一条对立即数操作的指令，链接器便依据符号表里的符号对这个立即数进行修正。当然，&作用于全局或者静态变量时得到的值虽是常量，其本身还是特定的指针类型。如果对其进行算数运算，生成的指令还是类型相关的。但在链接时，类型已经反映在了生成的指令上。
那u-boot的那些个关于命令的结构体到底从何而来呢？在include/command.h里定义了这样的宏：
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#define Struct_Section __attribute__ ((unused,section (".u_boot_cmd")))
... ... ... ...
#define U_BOOT_CMD(name,maxargs,rep,cmd,usage,help) \
cmd_tbl_t __u_boot_cmd_##name Struct_Section = {#name, maxargs, rep, cmd, usage, help}
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第二个宏展开便定义了一个代表u-boot命令的结构体。也就是说定义了一个变量，并赋与其初值。关键在于Struc_Section，它被展开后成了__attribute__ ((unused,section(".u_boot_cmd")))。也就是说，每个变量（占内存！）都放在.u_boot_cmd段里。它们还被加上了unused的属性，应该是为了平息编译器的警告。确实，没有任何代码引用过它们！！如果这些变量被放在一个显示声明的数组里，那么，每增加一个命令都得去更改数组的定义。然后，通过这种方法，各人想要增加新的命令时，只需用上面的这个宏即可。这些表示命令的结构体被统一放在.u_boot_cmd段里，链接脚本里又有：
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__u_boot_cmd_start = .;
.u_boot_cmd : { *(.u_boot_cmd) }
__u_boot_cmd_end = .; |
即，把所有待链接文件里u_boot_cmd段合并在一起生成一个大的.u_boot_cmd段，并且用__u_boot_cmd_start与__u_boot_cmd_end两个符号标识这块内存的首尾边界。这样，不用大家去修改某一文件的代码（为了改变数组的定义），而是像数据库一样，各个提供自己的信息。借由编译器与链接器生成这个“数据库”，操作数据时对“数据库”进行查询即可。正是一个月前看《计算机程序构造与解释》时看到的“Data Direct”（好像是这么说）。在Grub及内核里也用了这样机制。
