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2015-06-27 11:34:05

bootloaderlinux中位置无关代码(PIC)的分析理解

--Figo 2008.11.9

首先,需要理解加载域与运行域的概念。加载域是代码存放的地址,运行域是代码运行时的地址。为什么会产生这2个概念?这2个概念的实质意义又是什么呢?

在一些场合,一些代码并不在储存这部分代码的地址上执行地址,比如说,放在norflash中的代码可能最终是放在RAM中运行,那么中norflash中的地址就是加载域,而在RAM中的地址就是运行域。

在汇编代码中我们常常会看到一些跳转指令,比如说bbl等,这些指令后面是一个相对地址而不是绝对地址,比如说b main,这个指令应该怎么理解呢?main这里究竟是一个什么东西呢?这时候就需要涉及到链接地址的概念了,链接地址实际上就是链接器对代码中的变量名、函数名等东西进行一个地址的编排,赋予这些抽象的东西一个地址,然后在程序中访问这些变量名、函数名就是在访问一些地址。一般所说的链接地址都是指链接这些代码的起始地址,代码必须放在这个地址开始的地方才可以正常运行,否则的话当代码去访问、执行某个变量名、函数名对应地址上的代码时就会找不到,接着程序无疑就是跑飞。但是上面说的那个b main的情形有点特殊,bbl等跳转指令并不是一个绝对跳转指令,而是一个相对跳转指令,什么意思呢?就是说,这个main标签最后得到的只并不是main被链接器编排后的绝对地址,而是main的绝对地址减去当前的这个指令的绝对地址所得到的值,也就是说bbl访问到的是一个相对地址,不是绝对地址,因此,包括这个语句和main在内的代码段无论是否放在它的运行域这段代码都能正常运行。这就是所谓的位置无关代码。

由上面的论述可以得知,如果你的这段代码需要实现位置无关,那么你就不能使用绝对寻址指令,否则的话就是位置有关了。

 

接着,将结合ubootvivilinux中的PICposition independent code)代码进行分析。

另外需要指出的是本文的分析基于mini2440的板子及配套代码,对于其他板子或者源代码代码或者会有差别。

 

Uboot部分:

 

\u-boot-1.1.2\cpu\arm920t\start.S截取部分相关代码如下:

1 .globl _start

2 _start:   b       reset

  ldr pc, _undefined_instruction

  ldr pc, _software_interrupt

  ldr pc, _irq

  ldr pc, _fiq

7

8 reset:

9   mrs r0,cpsr

10  bic r0,r0,#0x1f

11  orr r0,r0,#0xd3

12  bl  cpu_init_crit

12 relocate:                /* relocate U-Boot to RAM       */

13  adr r0, _start      /* r0 <- current position of code   */

14  ldr r1, _TEXT_BASE      /* test if we run from flash or RAM */

15  cmp     r0, r1                  /* don't reloc during debug         */

16  beq     stack_setup

17  ldr r2, _armboot_start

18  ldr r3, _bss_start

19  sub r2, r3, r2      /* r2 <- size of armboot            */

20  add r2, r0, r2      /* r2 <- source end address         */

21

22 copy_loop:

23  ldmia   r0!, {r3-r10}       /* copy from source address [r0]    */

24  stmia   r1!, {r3-r10}       /* copy to   target address [r1]    */

25  cmp r0, r2          /* until source end addreee [r2]    */

26  ble copy_loop

27

28  /* Set up the stack                         */

29 stack_setup:

30  ldr r0, _TEXT_BASE      /* upper 128 KiB: relocated uboot   */

31  sub r0, r0, #CFG_MALLOC_LEN /* malloc area                      */

32  sub r0, r0, #CFG_GBL_DATA_SIZE /* bdinfo                        */

33 #ifdef CONFIG_USE_IRQ

34  sub r0, r0, #(CONFIG_STACKSIZE_IRQ+CONFIG_STACKSIZE_FIQ)

35 #endif

36  sub sp, r0, #12     /* leave 3 words for abort-stack    */

37  ldr pc, _start_armboot

 

假设(其实不是假设,一般都是)这段代码当前是在起始地址为0norflash中储存,上电复位后CPU首先跳转到2运行,这句使用的是一个相对跳转指令b,这个指令将跳转到本地储存的reset例程中运行。接下来的所有语句中都没有通过绝对寻址来寻找某个变量或者函数,因此即使目前的加载域与运行域不一致也没有问题,因为运行域主要是设计绝对寻址的正确性,如果没有进行绝对寻址,不一致又能奈他何?

这里其实还有个细节需要点出,就是3~6这几句异常处理都是使用ldr进行绝对跳转的,因此使用的undefined_instruction等都是这些名称对应的链接地址,但是由下面的分析可知,这几个中断处理函数可能根本没有被复制到RAM中((uboot只是把第一个C语言开始的代码复制到RAM,但是这个结论尚未通过反汇编来验证),也就是这些函数没有被加载到运行域所以一旦发生reset以外的异常情况(比如说硬件中断)程序就会跑飞,由此也可以得到另一个结论:uboot不支持中断(至少当前分析的这个版本1.1.2是这样的,其他版本可能不一样)。

       下一个重点是12开始的这段重定位代码,13中使用了一个很特别的指令adr adr r0, _start 作用是获得 _start 的实际运行所在的地址值,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,值为负数,在链接时确定,这个偏移量是地址无关的,而pc为当前指令的地址的下一个地址值,由于CPU复位后pc的值从0开始增加,因此到这这里的值刚刚好能将offset抵消,所以最后r0的值就是0

对于14ldr 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  ldr r1, _TEXT_BASE  _TEXT_BASE 的偏移量因此最后r1得到的值就是TEXT_BASE,这个值在其他文件中已经定义(比如对smdk2410平台而言就是在~/board/smdk2410/config.mk文件中)

15的就是比较上面的r0r1是否相等,如果相等那么证明程序现在的位置正是想要去的运行域,因此不需要做重定位就可以通过16语句跳转stack_setup,否则就需要继续执行17开始的代码做重定位。17是将start_armboot这个地址给r2start_armboot是谁?就是uboot的第一个C语言函数,这个函数名在链接的时候已经被安排为某个地址,也就是运行域。18是将bss_start这个值付给r3,那bss_start又是谁呢?说到这里先看看u-boot\board\smdk2410下的u-boot.lds链接文本的内容:

1 ENTRY(_start)

2 SECTIONS

3 {

4   . = 0x00000000;

5   . = ALIGN(4);

6   .text      :

7   {

8     cpu/arm920t/start.o   (.text)

9     *(.text)

10  }

11  . = ALIGN(4);

12  .rodata : { *(.rodata) }

13  . = ALIGN(4);

14  .data : { *(.data) }

15  . = ALIGN(4);

16  .got : { *(.got) }

17  __u_boot_cmd_start = .;

18  .u_boot_cmd : { *(.u_boot_cmd) }

19  __u_boot_cmd_end = .;

20  . = ALIGN(4);

21  __bss_start = .;

22  .bss : { *(.bss) }

23  _end = .;

24 }

链接文本是链接器用来链接可执行文件所使用的脚本文件,链接器根据这个来决定编译器编译出来的一大堆.o文件如何组织成为一个可执行文件。其中ENTRY(_start)指定了这个可执行文件的入口点(或者通俗点说第一个执行的函数)。SECTIONS描述了代码在内存中的布局情况,4指定了内存的分布从0开始,但是实际上在uboot链接过程中使用了一个-Ttext选项,这个选项最后就替代了0而将.text的链接地址修改为0x33f80000,这个链接命令如下:

arm-linux-ld –Tu-boot-1.1.4\board\smdk2410\u-boot.lds –Ttext 0x33f80000

因此这个链接脚本实际上并不是最终的内存布局。另外需要额外说明的是,这个链接地址是一个虚拟地址,如果mmu没有打开的话(对于uboot就是这种情况,mmu一直都是处于关闭状态)那么这个虚地址就是物理地址。在linux中,对于ARM平台内核一般从0xC0004000开始链接,这个地址明显就是虚拟地址,在2410中一般把内核解压在0x30008000这个物理地址上,所以在内核打开mmu之前的代码必须是位置无关的,否则没有办法启动内核;在打开mmu后,可以使用mmu0x30000000开始的64M的物理空间映射为0xC0000000开始的64M虚拟空间。

说了这么多的题外话后回到之前的话题,bss_start就是在链接脚本中指出的一个符号,用以得到一个地址给外部的程序使用,这个地址实际上就是uboot链接后的最高地址,后面的bss虽然也还是uboot可执行文件的范畴,但是这个段在链接的时候并不分配任何内存空间,因此可以认为可执行文件到bss_start就结束了。由此可以理解\u-boot-1.1.2\cpu\arm920t\start.S1718实际上是分别得到了uboot的第一个C语言函数地址和这个可执行文件的最后一个链接地址,之前运行的那段位置无关的汇编代码直接被忽略。

22~26这段就是实现将ubootnorflash复制到RAM,地址为TEXT_BASE

29~36是设置堆栈空间和sp指针的值,为执行C语言程序做准备。

37是重点,作用是跳转到C语言的入口点start_armboot函数。

ldr   pc, _start_armboot

这个语句使用的是ldr指令,这是一个绝对寻址指令,将start_armboot这个绝对地址加载到pc寄存器中,从而CPU转到start_armboot这个地址上开始运行,实现了从flashRAM的跳转。

 

Uboot启动内核的过程

1、  uboot对需要启动的映像文件有一定的格式要求,对于一个需要使用uboot引导的映像文件需要先使用uboot自带的mkimage工具对这个映像进行修改,添加结构为image_header头部。具体指令如下:

./mkimage -A arch -O os -T type -C comp -a addr -e ep -n name -d data_file[:data_file...] image

这样映像文件就增加了sizeof(image_header_t)个字节。为什么要增加一个这样的头部呢关于这个文件头还是很有研究分量的,但是由于这里并不把这个作为重点,因此把这部分的分析写在了另一篇文章《uboot中关于mkimage指令的矛盾分析.doc》中。这里仅仅强调一下addrep2个参数,前者是映像的下载地址,就是把这个映像复制到哪里(不包括上面说到的那个文件头,这部分在复制的时候被跳过),后者就是内核的入口,uboot就是从这点来找到并启动内核的。

2、按照文件头的参数将映像从flash或者RAM的其他位置复制到addr这里,其中文件头被直接忽略。如果是使用mkimage的时候使用了压缩选项那么就不是单纯的复制,而是解压到这个addr

3、设置启动参数表。与vivi不一样uboot对向内核传递参数时使用的是struct tag标记列表tagged list方式。设置方式大概遵循如下步骤:

       1 setup_start_tag (bd);

       2 setup_memory_tags (bd);

       3 setup_commandline_tag (bd, commandline);

       4 setup_initrd_tag (bd, initrd_start, initrd_end);

       5 setup_end_tag (bd);

       其中,1是标记列表的开始,这个设置选项主要是指定这个启动参数表的存放位置,比如说一般会指定在SDRAM_BASE+0x100这个地方。2是设置内存标记,告诉内核这个硬件平台的RAM有多大、起始地址是多少等。3是设置命令行参数。4是设置initrd标记,如果并不使用initrd的话那么这个设置是不需要的。

4、关闭cache,禁止mmu,禁止中断,调用kernel函数跳转到内核,thekernel函数是如何定义的呢?这个过程是怎么实现的呢?

1 void (*theKernel)(int zero, int arch, uint params);

2 theKernel = (void (*)(int, int, uint))ntohl(hdr->ih_ep);

3 theKernel (0, bd->bi_arch_number, bd->bi_boot_params);

这是在armlinux.c文件截取do_bootm_linux函数(这是启动内核时调用的最后一个函数)的的几个相关语句,1是定义一个函数指针,2是把这个指针指向实际执行的函数地址,这个地址是谁呢?就是上面第一点说到的那个ep,就是内核的入口地址,或者说内核的第一个语句,这里还使用了(void (*)(int, int, uint))将这个地址强制转换为有3个参数的函数,为什么要这样做呢?因为在跳转到内核前需要设置好r0r1r23个寄存器的值,而在一般的C函数调用过程中,入口参数就是使用r0r1r2.。。。。。。。等来传递的,换言之,在3语句中调用theKernel函数时提供的3个入口参数最后将分别传给r0r1r2,这样就非常巧妙地通过C语言的特性来实现了r0r1r2的设置。

       其中值得一提的是,r2的值在vivi中是设置为内核在RAM中的地址,但是在uboot中是设置为了uboot传递给linux的启动参数表在RAM中的位置。究竟谁是对的呢?从逻辑上看,vivi向内核传递内核所在的地址没有意义,因为内核要这个没用,但是内核需要启动参数表,因此设置这个参数表的位置有意义,由此可以认定vivi那样做是不对的。再者,vivi如果要将参数正确传递给linux,必须事先知道linux默认会去哪里找启动参数表,然后在这个位置上填好这个参数表,否则如果随便找个地方放这个表linux是没有办法找到的,这样的话内核将启动失败。

 

另外需要再次强调的是,uboot没有打开mmu,因此一直使用的地址都是直接对应在物理地址上,但是vivi为了实现更好的性能打开了cachemmu,因此情况就相当不一样了,下面将说明vivi的情况。

 

Vivi部分:

 

Vivi的入口点在vivi\arch\s3c2440\head.Sstart在这个文件中截取部分相关代码进行分析

1 ENTRY(_start)

2   b   Reset

3   b   HandleUndef

4   b   HandleIRQ

5   b   HandleFIQ

6 Reset:

7   @ disable watch dog timer

8   mov r1, #0x53000000

9   mov r2, #0x0

10  str r2, [r1]

11  @ disable all interrupts

12  mov r1, #INT_CTL_BASE

13  mov r2, #0xffffffff

14  str r2, [r1, #oINTMSK]

15  ldr r2, =0x7ff

16  str r2, [r1, #oINTSUBMSK]  

17  @ initialise system clocks

18  mov r1, #CLK_CTL_BASE

19  bl  memsetup

20  bl  InitUART

21 # ifdef CONFIG_S3C2440_NAND_BOOT

22  bl  copy_myself

23  @ jump to ram

24  ldr r1, =on_the_ram

25  add pc, r1, #0

26  nop

27  nop

28 1:   b   1b      @ infinite loop

29 on_the_ram:

30 #endif

31  @ get read to call C functions

32  ldr sp, DW_STACK_START  @ setup stack pointer

33  mov fp, #0          @ no previous frame, so fp=0

34  mov a2, #0          @ set argv to NULL

35  bl  main            @ call main

36  mov pc, #FLASH_BASE     @ otherwise, reboot

 

2~5都是使用b进行跳转,就是说对异常情况vivi能正常处理,但是在vivi的中还没发现有哪个驱动程序使用硬件中断。而在11也看到了vivi将硬件中断屏蔽掉,至于有没有在后面重新打开我没有进一步去求证。

7~18都是位置无关的,因为都没有对某个变量名、函数名进行绝对寻址,要注意的是CLK_CTL_BASE受雇一个直接数而不是一个变量名。

192022都使用了一个bl进行相对跳转,跳到储存在本地的函数名中运行,这些函数的实现都放在了head.S文件中。但是这应该不是必须的,因为在copy_myself函数中就调用了一个C文件中的函数。下面分析一下这个copy_myself函数中重要的几个语句。

    下面是从copy_myself截取出来的几个重要的语句:

1   @ get read to call C functions (for nand_read())

2   ldr sp, DW_STACK_START  @ setup stack pointer

3   mov fp, #0          @ no previous frame, so fp=0

4

5   @ copy vivi to RAM

6   ldr r0, =VIVI_RAM_BASE

7   mov     r1, #0x0

8   mov r2, #0x20000

9   bl  nand_read_ll

上面已经说到,copy_myself将调用一个C语言函数nand_read_llC函数在运行之前必须设置好堆栈指针sp1~3就是这样来的。

6~89nand_read_ll函数的入口参数,分别代表了目标地址、源地址、复制的size,执行这个nand_read_ll以后vivi就玩玩整整地被复制一个副本到了VIVI_RAM_BASE开始的地方。为跳转到RAM中运行提供了前提条件。

说完了copy_myself函数继续回到之前的reset函数进行分析。23~25意图很明显,先是通过24on_the_ram这个链接地址给r1,接着就将r1的值赋给pc从而跳转到这个地址上运行,当然也可以直接把on_the_ram赋给pc。这里用的指令是ldr,是一个绝对寻址指令,on_the_ram对应的链接地址被直接送进了r1,这一步已经是位置相关了,由于已经将vivi复制到RAM中的运行域所以这时on_the_ram对应的链接地址上已经真的放着相应的代码,所以这样执行是不会出任何问题的。

之后,32语句被执行,但是这个语句已经是在RAM中,和上一条语句的位置已经有天壤之别。这句就是设置堆栈指针sp以便35调用C语言函数main,但是在copy_myself中不是已经设置了吗?我也觉得在这里应该不需要再设置一次也能使程序正常运行。

35使用bl来相对寻址到main,这时的main也是在RAM中的那个,当然这里也可以使用绝对跳转指令。到了main后就进入了C语言环境了。

再返回上面提到的VIVI_RAM_BASE这个数值来展开讨论。Mini2440提供的vivi中,这个数值在vivi\include\platform\smdk440.h中定义,VIVI_RAM_BASE=0x33f00000。这个地址按道理应该和vivi的链接地址是一致的,那么到底是不是呢?查看链接文本vivi\arch\vivi.lds.in文件找到TEXTADDR,这个值在vivi\arch\makefile中相应地也定义为0x33f00000,因此是符合之前的猜测的。

说到这里本来就可以结束了,但是由于在vivimain函数里面使用了mmu,因此情况一下子变得复杂起来。首先为什么vivi要打开MMU呢?在uboot里面这个一直是关闭的。原因也是比较简单的,就是追求系统运行的高效。因为s3c2410Icache不受MMU的影响,而Dcachewrite buffer则必须开启了MMU功能之后,才能使用。而使用Dcachewrite buffer后,对系统运行速度的提高是非常明显的,后面还将通过实验来验证这一点。也就是说,在nand flash启动时,vivi使用了MMU,主要是为了获得Dcachewrite buffer的使用权,借此提高系统运行的性能。(在《vivi开发笔记: MMU分析》一文中有关于这点的说明)。

接下来需要讨论一下mmu被开启后的代码运行情况。

vivi\init\main.cmain函数中截取以下语句:

    mem_map_init();

    mmu_init();

第一句实际上是建立一个内存映射表,对于nand启动的内存映射完全是线性映射,就是将虚拟地址的0~4G映射为物理地址的0~4G,虚拟地址等于物理地址,实现语句如下:

static inline void mem_mapping_linear(void)

{

    unsigned long pageoffset, sectionNumber;

    for (sectionNumber = 0; sectionNumber < 4096; sectionNumber++)

    {

        pageoffset = (sectionNumber << 20);

        *(mmu_tlb_base + (pageoffset >> 20)) = pageoffset | MMU_SECDESC;

    }

    for (pageoffset = DRAM_BASE; pageoffset < (DRAM_BASE+DRAM_SIZE); pageoffset += SZ_1M)

{

        *(mmu_tlb_base + (pageoffset >> 20)) = pageoffset | MMU_SECDESC | MMU_CACHEABLE;

}

}

    对于norflash则是先将norflash的物理地址映射到一个空闲的虚拟地址,把norflash原先占用的0开始的虚拟地址空间让出来;接着,将虚拟地址为0开始的1M空间映射到DRAM对应的物理地址上。这样的结果就是,虚拟地址为0开始的1M空间被映射到DRAM的物理地址,同时与DRAM物理地址相同的虚拟地址也映射到DRAM的物理地址上;物理地址为0开始的空间被映射到另一端空闲的虚拟地址空间;发生中断、寻址的时候CPU用的都是虚拟地址,CPU把虚拟地址发给MMU,由MMU通过映射表得到相应的虚拟地址并对物理地址进行寻址。在CPU地址总线上出现的就是物理地址。具体的实现语句这里不打算贴出来,可以看看源代码。

回到main函数中的mmu_init(),这个函数主要是使能MMU,并将上一步建立好的映射表地址告诉MMU,这样MMU就能使用已经建立好的映射表来进行内存映射。这个函数都是一些汇编指令,具体功能没有一条条语句去分许。

    由上面的分析还可以得到一些额外的结论。中2410/2440nand方式启动下,物理地址0开始的4K空间被映射为内部的4K SRAM,接着nand开始的4K代码(实际上vivistart)就被复制到这个4K SRAM中开始运行,并在4K代码结束前就把自身复制到DRAM中并跳转到DRAM运行,发生异常的时候就跳转到SRAM中的异常入口表中执行;而vivi的中断跳转命令都用的是b,因此都是跳转到SRAM本地的相应处理例程。如果是以nor启动,那么物理地址0开始的地方映射在norflash,发生异常的时候都跳转到norflash中运行。还有一种情况就是上面所说的把物理地址0映射到了DRAM,这样在发生异常的情况的时候实际就跳转到DRAM的地址中运行。前2种情况对与uboot也是一样的,但是由于uboot没有启用MMU因此没有第三种情况。

       

    Vivi启动内核的过程:

1、    把内核复制到合适的地址上。一般都是将linux内核从flash中复制到DRAM,具体将内核从哪个地址复制到哪个地址都是自定义的。

2、    设置传递给linux的启动参数。Bootloader在执行过程中必须设置和初始化 Linux 的内核启动参数。传递启动参数主要采用两种方式:即通过 struct param_struct struct tag(标记列表,tagged list)两种结构传递。struct param_struct 是一种比较老的参数传递方式,在 2.4 版本以前的内核中使用较多。从 2.4 版本以后 Linux 内核基本上采用标记列表的方式。但为了保持和以前版本的兼容性,它仍支持 struct param_struct 参数传递方式,只不过在内核启动过程中它将被转换成标记列表方式。 
标记列表方式是种比较新的参数传递方式,它必须以 ATAG_CORE 开始,并以ATAG_NONE 结尾。中间可以根据需要加入其他列表。Linux内核在启动过程中会根据该启动参数进行相应的初始化工作。(参考《ARM Linux启动过程分析》一文)。Vivi中使用的就是param_struct方式,先是创建一个param_struct结构并进行填充,主要是填充以下几个域:

    params->u1.s.page_size = LINUX_PAGE_SIZE;

    params->u1.s.nr_pages = (DRAM_SIZE >> LINUX_PAGE_SHIFT);

    memcpy(params->commandline, linux_cmd, strlen(linux_cmd) + 1);

第一个是指定linux内核的分页大小,第二个指定DRAM总共有多少个页。第三个就是指定命令行参数。填充完之后就将这个结构的内容复制到一个特定的地址上,这个地址在vivi中定义为param_base=DRAM+0x100

    3、关闭cache,禁止mmu,设置r00r1=处理器类型,r2=内核在RAM中的地址,这个地址实际上就是bootloader复制内核时使用的那个地址。直接就使用mov   pc, r2或者类似的指令将r2的值赋给pcCPU就转到了linux内核中运行。

 

Linux部分:

 

    Bootloader跳转到内核运行的入口点在linux\arch\arm\boot\compressed\Head.S文件中的start函数。怎么知道这里是内核的入口点呢?

首先需要了解linux内核的产生过程。首先是通过ld命令将编译好的各个.o文件链接成为linux\vmlinux可执行文件,同时产生system.map文件,这是一个非压缩的可执行文件,链接脚本为linux/arch/arm/kernel/vmlinux.lds.S,链接地址为TEXTADDR=0xC0008000,可以称之为真正的linux内核;接着通过objcopy工具将vmlinux复制为linux/arch/arm /boot/image,这时大小有变化,估计是格式已经发生了变化吧^_^;接下来在通过linux/arch/arm/boot/compressed/

makefileimage复制到本目录下并压缩成为piggy.gz,体积大大减少,这个是压缩后的内核;通过linux/arch/arm/boot/compressed/piggy.S文件将piggy.gz转换为数据段;通过linux/

arch/arm/boot/compressed下的makefilevmlinux.lds.inpiggy.ohead.omisc.o链接成vmlinuxHead.omisc.o是什么呢?这是为了使用压缩内核而设计的一段解压缩代码,因为压缩内核没办法直接运行,只能解压后运行,所有在内核运转起来前必须先有一段代码将这个内核解压缩,这就是head.omisc.o的作用了。在链接的时候piggy.o作为一个数据段链接到内核映像中,而不是作为一个程序的目标文件进行链接,head.omisc.o则视为一般的目标文件进行链接,链接地址从0x00000000开始,这个链接后的vmlinux就是一个加上压缩代码后的压缩后内核;链接完vmlinux后就将这个文件使用objcopy转换为zImage等我们熟知的映像文件。

    从上面的分析可知bootloader转移到内核运行的时候第一个运行的实际上还不是真内核的内容,而只是内核前面的那段解压缩代码,由linux/arch/arm/boot/compressed/vmlinux.lds.in的内容可知head.S中的start函数就是bootloader转到内核映像时第一个要被执行的函数。这部分代码是链接在0x00000000这个地方的(注意解压缩代码运行期间一直没有打开mmu),但是实际上却被复制在DRAM上运行,因此这部分代码必须是位置无关的。事实上通过查看这部分代码可以发现的确是这样的,在调用函数的时候也是通过bbl等指令而不是一些绝对寻址指令。那么到底到什么时候PIC代码才结束呢?答案是,压缩代码解压完毕并跳转到真正内核入口运行,并在执行完一些初始化的工作后打开mmu,这时候才是PIC代码结束的时候。那为什么是这样呢?上面已经说到,内核是从0xC0008000开始链接的,但是代码实际上是放在0x30008000的地方,0xC0008000这段地址在s3c2410中又是保留的地址,不是实际的RAM,因此没有办法使用像ubootvivi那样的重定位方式来解决运行域与加载域不一致的矛盾,只能通过虚拟内存映射的方法,将物理上的0x30008000映射为虚拟的0xC0008000,这样运行域就与加载域一致了。因此在使用mmu之前的代码必须是位置无关的,否则代码将无法运行。

    这里还有一个细节需要提到一下,就是在查看system.map的时候会发现内核映像并不是从0xC0008000开始,而是从0xC0004000开始,那么是不是说链接地址应该是0xC0004000呢?不是的,0xC0004000开始的16K空间放在一个叫做初始化页表的东西,这个东西是在链接的时候静态添加到链接地址之前的16K开始的地方去的,实际上的链接地址就是0xC0008000。这个值可以在linux/arch/arm/mach-s3c2410/Makefile.boot中找到。

    对于linux部分并没有对代码一句句分析,客观上是因为还有很多事情做,只能写这么多了,主观上,linux的开始的那些汇编代码好难懂=_=|||.所以就到此为止了。

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