分类: LINUX
2011-05-17 14:56:23
Linux启动\kernel\arch\arm\boot\compressed\ head.S分析 这段代码是linux boot后执行的第一个程序,完成的主要工作是解压内核,然后跳转到相关执行地址。这部分代码在做驱动开发时不需要改动,但分析其执行流程对是理解android的第一步 开头有一段宏定义这是gnu arm汇编的宏定义。关于GUN的汇编和其他编译器,在指令语法上有很大差别,具体可查询相关GUN汇编语法了解 另外此段代码必须不能包括重定位部分。因为这时一开始必须要立即运行的。所谓重定位,比如当编译时某个文件用到外部符号是用动态链接库的方式,那么该文件生成的目标文件将包含重定位信息,在加载时需要重定位该符号,否则执行时将因找不到地址而出错 #ifdef DEBUG//开始是调试用,主要是一些打印输出函数,不用关心 #if defined(CONFIG_DEBUG_ICEDCC) ……具体代码略 #endif 宏定义结束之后定义了一个段, .section ".start", #alloc, #execinstr 这个段的段名是 .start,#alloc表示Section contains allocated data, #execinstr表示Section contains executable instructions. 生成最终映像时,这段代码会放在最开头 .align start: .type start,#function /*.type指定start这个符号是函数类型*/ .rept 8 mov r0, r0 //将此命令重复8次,相当于nop,这里是为中断向量保存空间 .endr b .word 0x .word start @ absolute load/run zImage //此处保存了内核加载和运行的地址,实质上也是本函数的运行地址 address .word _edata @ 内核结束地址 //注意这些地址在顶层vmlixu.lds(具体在/kernel文件夹里)里进行了定义,是链接的地址,加载内核后可能会进行重定位 1: mov r7, r1 @ 保存architecture ID ,这里是从bootload传递进来的 mov r8, r2 @ 保存参数列表 atags 指针 r1和r2中分别存放着由bootloader传递过来的architecture ID和指向标记列表的指针。这里将这两个参数先保存。 #ifndef __ARM_ARCH_2__ /* * Booting from Angel - need to enter SVC mode and disable * FIQs/IRQs (numeric definitions from angel arm.h source). * We only do this if we were in user mode on entry. */ 读取cpsr并判断是否处理器处于supervisor模式——从bootload进入kernel,系统已经处于SVC32模式;而利用angel进入则处于user模式,还需要额外两条指令。之后是再次确认中断关闭,并完成cpsr写入 Angel 是 ARM 的调试协议,一般用的 是MULTI-ICE 。ANGLE 需要在板子上有 驻留程序,然后通过 串口就可以调试了 。用过的AXD或trace调试环境的话,对此应该比较熟悉。 not_angel: //若不是通过angel调试进入内核 mrs r2, cpsr @ turn off interrupts to orr r2, r2, #0xc0 @ prevent angel from running msr cpsr_c, r2 //这里将cpsr中I、F位分别置“ #else teqp pc, #0x 常用 TEQP PC,#(新模式编号) 来改变模式 #endif 另外链接器会把一些处理器相关的代码链接到这个位置,也就是arch/arm/boot/compressed/head-xxx.S文件中的代码。在高通平台下,这个文件是head-msm.S连接脚是compress/vmlinux.lds,其中部分内容大致如下,在连接时,连接器根据每个文件中的段名将相同的段合在一起,比如将head.S和head-msm.S的.start段合在一起 SECTIONS { . = TEXT_START; _text = .; .text : { _start = .; *(.start) *(.text) *(.text.*) *(.fixup) *(.gnu.warning) *(.rodata) *(.rodata.*) *(.glue_7) *(.glue_7t) *(.piggydata) . = ALIGN(4); } _etext = .; } 下面即进入.text段 .text adr r0, LC0 //当前运行时LC0符号所在地址位置 ,注意,这里用的是adr指令,这个指令会根据目前PC的值,计算符号相对于PC的位置,是个相对地址。之所以这样做,是因为下面指令用到了绝对地址加载ldmia指令,必须要调整确定目前LC0的真实位置,这个位置也就是用adr来计算 ldmia r0, {r1, r2, r3, r4, r5, r6, ip, sp} subs r0, r0, r1 @ //这里获得当前LCD0实际地址与链接地址 差值 //r1即是LC0的连接地址,也即由vmlinux.lds定位的地址 //差值存入r0中。 beq not_relocated //如果相等不需要重定位,因为已经在正确的//地址运行了。重定位的原因是,MMU单元未使能,不能进行地址映射,必须要手工重定位。 下面举个简单例子说明: 如果连接地址是0xc0000000,那么LC0的连接地址假如连接为0xc0000010,那么LC0相对于连接起始地址的差为0x10,当此段代码是从0xc0000000运行的话,那么执行adr r0,LC0的值实际上按下面公式计算: R0=PC+0x10,由于PC=连接处的值,可知,此时是在ram中运行, 同理如果是在不是在连接处运行,则假设是在0x00000000处运行,则R0=0x00000000+0x10,可知,此时不是在ram的连接处运行。 上面这几行代码用于判断代码是否已经重定位到内存中,LC0这个符号在head.S中定义如下,实质上相当于c语言的全局数据结构,结构的每个域存储的是一个指针。指针本身的值代表不同的代码段,已经在顶层连接脚本vmlinux.lds里进行了赋值,比如_start是内核开始的地址 .type LC0, #object LC0: .word LC0 @ r1 //这个要加载到r1中的LC0是链接时LC0的地址 .word __bss_start @ r2 .word _end @ r3 .word zreladdr @ r4 .word _start @ r5 .word _got_start @ r6 .word _got_end @ ip .word user_stack+4096 @ sp 通过当前运行时LC0的地址与链接器所链接的地址进行比较判断。若相等则是运行在链接的地址上。 如果不是运行在链接的地址上,则下面的代码必须修改相关地址,进行重新运行 /* * r5 - zImage base address * r6 - GOT start * ip - GOT end */ //修正实际运行的位置,否则跳转指令就找不到相关代码 add r5, r5, r0 //修改内核映像基地址 add r6, r6, r0 add ip, ip, r0 //修改got表的起始和结束位置 #ifndef CONFIG_ZBOOT_ROM /*若没有定义CONFIG_ZBOOT_ROM,此时运行的是完全位置无关代码 位置无关代码,也就是不能有绝对地址寻址。所以为了保持相对地址正确, 需要将bss段以及堆栈的地址都进行调整 * r2 - BSS start * r3 - BSS end * sp - stack pointer */ add r2, r2, r0 add r3, r3, r0 add sp, sp, r0 //全局符号表的地址也需要更改,否则,对全局变量引用将会出错 1: ldr r1, [r6, #0] @ relocate entries in the GOT add r1, r1, r0 @ table. This fixes up the str r1, [r6], #4 @ C references. cmp r6, ip blo 1b #else //若定义了CONFIG_ZBOOT_ROM,只对got表中在bss段以外的符号进行重定位 1: ldr r1, [r6, #0] @ relocate entries in the GOT cmp r1, r2 @ entry < bss_start || cmphs r3, r1 @ _end < entry addlo r1, r1, r0 @ table. This fixes up the str r1, [r6], #4 @ C references. cmp r6, ip blo 1b #endif 如果运行当前运行地址和链接地址相等,则不需进行重定位。直接清除bss段 not_relocated: mov r0, #0 1: str r0, [r2], #4 @ clear bss str r0, [r2], #4 str r0, [r2], #4 str r0, [r2], #4 cmp r2, r3 blo 1b 之后跳转到cache_on处 bl cache_on cache_on定义 .align 5 cache_on: mov r3, #8 @ cache_on function b call_cache_fn 把r3的值设为8。这是一个偏移量,也就是索引proc_types中的操作函数。 然后跳转到call_cache_fn。这个函数的定义如下: call_cache_fn: adr r12, proc_types //把proc_types的相对地址加载到r12中 #ifdef CONFIG_CPU_CP15 mrc p15, 0, r6, c0, c0 @ get processor ID #else ldr r6, =CONFIG_PROCESSOR_ID #endif 1: ldr r1, [r12, #0] @ get value ldr r2, [r12, #4] @ get mask eor r1, r1, r6 @ (real ^ match) tst r1, r2 @是否和CPU ID匹配? addeq pc, r12, r3 @ 用刚才的偏移量,查找//到cache操作函数,找到后就执行相关操作,比如执行b __armv7_mmu_cache_on // add r12, r12, #4*5 //如果不相等,则偏移到下个proc_types结构处 b 1b addeq pc, r12, r3 @ call cache function proc_type的定义如下 ,实质上还是一张数据结构表 .type proc_types,#object proc_types: .word 0x41560600 @ ARM6/610 .word 0xffffffe0 b __arm6_mmu_cache_off @ works, but slow b __arm6_mmu_cache_off mov pc, lr @ b __arm6_mmu_cache_on @ untested @ b __arm6_mmu_cache_off @ b __armv3_mmu_cache_flush .word 0x00000000 @ old ARM ID .word 0x mov pc, lr mov pc, lr mov pc, lr .word 0x41007000 @ ARM7/710 .word 0xfff8fe00 b __arm7_mmu_cache_off b __arm7_mmu_cache_off mov pc, lr .word 0x41807200 @ ARM720T (writethrough) .word 0xffffff00 b __armv4_mmu_cache_on b __armv4_mmu_cache_off mov pc, lr .word 0x41007400 @ ARM74x .word 0xff00ff00 b __armv3_mpu_cache_on b __armv3_mpu_cache_off b __armv3_mpu_cache_flush .word 0x41009400 @ ARM94x .word 0xff00ff00 b __armv4_mpu_cache_on b __armv4_mpu_cache_off b __armv4_mpu_cache_flush .word 0x00007000 @ ARM7 IDs .word 0x mov pc, lr mov pc, lr mov pc, lr @ Everything from here on will be the new ID system. .word 0x .word 0xffffffe0 b __armv4_mmu_cache_on b __armv4_mmu_cache_off b __armv4_mmu_cache_flush .word 0x6901b110 @ sa1110 .word 0xfffffff0 b __armv4_mmu_cache_on b __armv4_mmu_cache_off b __armv4_mmu_cache_flush @ These match on the architecture ID .word 0x00020000 @ .word 0x b __armv4_mmu_cache_on b __armv4_mmu_cache_on //指令的地址 b __armv4_mmu_cache_off b __armv4_mmu_cache_flush .word 0x00050000 @ ARMv5TE .word 0x b __armv4_mmu_cache_on b __armv4_mmu_cache_off b __armv4_mmu_cache_flush .word 0x00060000 @ ARMv5TEJ .word 0x b __armv4_mmu_cache_on b __armv4_mmu_cache_off b __armv4_mmu_cache_flush .word 0x0007b000 @ ARMv6 .word 0x b __armv4_mmu_cache_on b __armv4_mmu_cache_off b __armv6_mmu_cache_flush .word 0 @ unrecognised type .word 0 mov pc, lr mov pc, lr mov pc, lr .size proc_types, . - proc_types 找到执行的cache函数后,就用上面的 addeq pc, r12, r3直接跳转,例如执行下面这个处理器结构的cache函数