S3C2440啟動代碼中應(yīng)用程序執(zhí)行環(huán)境的初始化
加入技術(shù)交流群
一、基礎(chǔ)知識
我們編寫的源文件（.c 或.s）經(jīng)過ARM 編譯器的編譯生成ELF 格式的目標(biāo)文件（后綴名為.o），目標(biāo)文件經(jīng)過ARM 連接器連接以后生成ELF 格式的映像文件(后綴名為.axf)，此時的映像文件還包含一些調(diào)試信息，我們還需要通過fromelf 工具將其轉(zhuǎn)換成適合在ROM 或RAM 中運(yùn)行的二進(jìn)制代碼（后綴名為.bin），這時生成的二進(jìn)制映像文件就可以被燒寫入目標(biāo)板的ROM 或FLASH 中，當(dāng)目標(biāo)板上電后可以通過各種方式在ROM 或RAM 中運(yùn)行。
一個可執(zhí)行程序的映像文件由一個或多個域組成，域分為兩種：一種是映像文件在存儲器中存放的地址，稱為加載域；另一種是映像文件運(yùn)行時的地址，稱為運(yùn)行域。每個域由一個或3 個輸出段組成，每個輸出段則由一個或多個輸入段組成。輸入段包含程序代碼、已經(jīng)初始化的數(shù)據(jù)、未經(jīng)初始化的存儲區(qū)、被初始化為0 的存儲區(qū)，輸入段據(jù)此可分為三種屬性：RO（只讀，包括代碼和常量）、RW（可讀可寫，包括已經(jīng)初始化的全局變量和靜態(tài)變量）、ZI（未初始化的變量，需初始化為0）， 連接器根據(jù)屬性將輸入段分組，組成不同的輸出段。一個輸出段是有具有相同屬性的輸入段組成的，輸出段的屬性與其中輸入段的屬性相同，因而輸出段也分為三種。域由不同屬性的輸出段組成，輸出段在域中的排列順序?yàn)镽O 輸出段排在最前，然后是RW 輸出段，RW 輸出段和RO 輸出段可以不連續(xù)，最后是ZI 輸出段，ZI 輸出段是緊接著RW 輸出段的（加載域只包含RO、RW 輸出段，原因見后述）。
可執(zhí)行鏡像一開始一般是存儲在系統(tǒng)的ROM 或FLASH 中，RO 段是只讀的，在運(yùn)行的時候我們不能改變它，所以RO 段在運(yùn)行的時候可以駐留在ROM 或FLASH 中，也可以拷貝到運(yùn)行速度更快的RAM 中；RW 段在運(yùn)行的時候，我們需要對其讀寫，在運(yùn)行前這一段必須被拷貝至RAM 中；ZI 段為未初始化的全局變量段，只需要在程序運(yùn)行之前建立ZI 并將其所在區(qū)域全部清零即可，因此鏡像裝載域不必包含ZI 輸出段，但在運(yùn)行域需要包含ZI，并且ZI 必須處于RAM。
通過以上說明，我們知道如果某個鏡像只有RO 段的話，程序可以不必拷貝至RAM，但是如果程序包含RW 段的話，RW 段是必需要拷貝至RAM 中的，如果有必要的話還需在RAM 中創(chuàng)建ZI 段，并將其清零。為保證程序的正確執(zhí)行，而進(jìn)行必要的數(shù)據(jù)拷貝和清零，就是應(yīng)用程序執(zhí)行環(huán)境的初始化。
二、S3C2440啟動的基本原理
Nand Flash啟動
當(dāng)S3C2440 開發(fā)板采用的是Nand Flash 啟動，鏡像一開始是存儲在Nand Flash 中，而Nand Flash只能作為存儲程序和數(shù)據(jù)之用，無法在其中運(yùn)行程序，所以S3C2440 開發(fā)板啟動代碼中應(yīng)用環(huán)境初始化這一步和上述步驟稍有不同。S3C2440 鏡像文件加載和運(yùn)行時的地址映射關(guān)系如下圖所示：
S3C2440 沒有上電之前映像文件存儲在Nand Flash 中，Nand Flash 有專門的控制器控制，不占用存儲器BANK。當(dāng)開發(fā)板上電時，Nand Flash 的前4K 被復(fù)制到S3C2440 芯片內(nèi)部的一塊容量為4K 的SRAM（被稱為“Steppingstone”），然后這塊SRAM 被映射到地址0x00000000 處，程序從此處開始運(yùn)行。因?yàn)镹and Flash 中不能運(yùn)行程序，所以在這4K 的代碼中必須包含一段代碼將Nand Flash 中的程序拷貝至S3C2440 的SDRAM 中（0x30000000 開始）。應(yīng)用環(huán)境初始化應(yīng)該包含這段代碼。
Nand Flash 中的映像文件被拷貝至從0x30000000 開始的SDRAM，這時候映像文件還沒有真正被執(zhí)行，此時是加載狀態(tài)，加載域如上圖所示，包括所有RO 屬性的輸出段和RW 屬性的輸出段，ZI 屬性的輸出段此時還不存在。在映像文件運(yùn)行時，會生成3 個運(yùn)行域，如上圖所示，RO 和RW 屬性的運(yùn)行域的起始地址和加載時是相同的，所以在應(yīng)用程序執(zhí)行環(huán)境初始化中不需要對其進(jìn)行拷貝，ZI 運(yùn)行域則需要在映像開始被執(zhí)行前建立并被初始化為0，所以應(yīng)用程序執(zhí)行環(huán)境初始化中也要包含這類代碼。（注意：RO 和RW 屬性的運(yùn)行域的起始地址和加載時是相同的，即拷貝到SDRAM后就不用再移動了。ADS中設(shè)置的RO Base和RW Base決定了程序的鏈接地址）
Nor Flash啟動
當(dāng)S3C2440采用Nor Flash啟動時，代碼可以在上面直接運(yùn)行。但為了運(yùn)行的效率，還是把程序拷貝到SDRRAM中運(yùn)行。加載時地址關(guān)系和運(yùn)行時地址關(guān)系和Nand Flash的基本相似。Nand Flash啟動時，會將RO段和RW段同時拷貝到SDRAM中，然后再建立ZI段。從Nor Flash啟動時是先拷貝RO段，然后再拷貝RW段，最后建立ZI段。
三、相關(guān)啟動代碼分析
[plain]view plaincopyprint?
- ;一個arm程序是由R0,RW,ZI三個段組成。其中R0為代碼段，RW是已經(jīng)初始化的全局變量，ZI是未
- ;初始化的全局變量，啟動代碼要將RO段和RW段復(fù)制到RAM中并將ZI段清零。編譯器使用下列變量
- ;來記錄各段的起始地址和結(jié)束地址。這些標(biāo)號的值是通過編譯器的設(shè)定來確定的如ADS中對ro-base和
- ;rw-base的設(shè)定。
- IMPORT|Image$RO$Base|;BaseofROMcode
- IMPORT|Image$RO$Limit|;EndofROMcode(=startofROMdata)
- IMPORT|Image$RW$Base|;BaseofRAMtoinitialise
- IMPORT|Image$ZI$Base|;Baseandlimitofarea
- IMPORT|Image$ZI$Limit|;tozeroinitialise
- ;===========================================================
- ldrr0,=BWSCON
- ldrr0,[r0]
- andsr0,r0,#6;通過判斷OM[1:0]!=0,得知是NORFLashboot
- bnecopy_proc_beg;不用讀取nandflash
- adrr0,ResetEntry;OM[1:0]==0,從NANDFLash啟動
- cmpr0,#0;再比較入口是否為0地址處，如果不是則用了仿真器
- bnecopy_proc_beg;用仿真器的情況也不要用nandflash啟動
- ;nop
- ;===========================================================
- nand_boot_beg;這一段代碼完成從NAND讀代碼到RAM
- [{TRUE}
- blRdNF2SDRAM
- ]
- ldrpc,=copy_proc_beg;此時的PC已經(jīng)在0x30000000以后，是copy_proc_beg連接時的地址
- ;這個標(biāo)號下面的代碼完成的功能就是把norflash的內(nèi)容拷貝到ram當(dāng)中。
- ;===========================================================
- copy_proc_beg
- adrr0,ResetEntry;裝載地址,ResetEntry值->r0
- ldrr2,BaseOfROM;BaseOfROM值
- cmpr0,r2;比較RO,R2
- ldreqr0,TopOfROM;如果相等的話(說明在內(nèi)存中運(yùn)行),TopOfROM->r0當(dāng)從NandFlash中啟動時r0=r2，當(dāng)從NorFlash啟動時則不相等
- beqInitRam;同時跳到InitRam
- ;下面這個是針對代碼在NORFLASH時的拷貝方法
- ;功能為把從ResetEntry起,TopOfROM-BaseOfROM大小的數(shù)據(jù)拷到BaseOfROM
- ;TopOfROM和BaseOfROM為|Image$RO$Limit|和|Image$RO$Base|
- ;|Image$RO$Limit|和|Image$RO$Base|由連接器生成為生成的代碼的代碼段運(yùn)行時的起啟和終止地址
- ;BaseOfBSS和BaseOfZero為|Image$RW$Base|和|Image$ZI$Base|
- ;|Image$RW$Base|和|Image$ZI$Base|也是由連接器生成，兩者之間就是初始化數(shù)據(jù)的存放地放
- ldrr3,TopOfROM
- 0
- ldmiar0!,{r4-r7}
- stmiar2!,{r4-r7}
- cmpr2,r3
- bcc%B0
- subr2,r2,r3;這兩句代碼是修正字非對齊的情況，因?yàn)槭前?個字節(jié)拷貝的，但RO段大小不一定是4個字節(jié)對齊的
- subr0,r0,r2
- InitRam
- ldrr2,BaseOfBSS
- ldrr3,BaseOfZero
- 0
- cmpr2,r3
- ldrccr1,[r0],#4
- strccr1,[r2],#4
- bcc%B0;這一段是對ResetEntry里面定義好的數(shù)據(jù)拷貝到RW段。
- movr0,#0
- ldrr3,EndOfBSS
- 1
- cmpr2,r3
- strccr0,[r2],#4
- bcc%B1;初始化ZI段
- ldrpc,=%F2;gotocompileraddress
- 2
- ;[CLKDIV_VAL>1;meansFclk:Hclkisnot1:1.
- ;blMMU_SetAsyncBusMode
- ;|
- ;blMMU_SetFastBusMode;defaultvalue.
- ;]
- [:LNOT:THUMBCODE
- blMain;不要用main()因?yàn)閙ain()是ADS默認(rèn)入口，編譯器會添加其他代碼
- b.;跳轉(zhuǎn)到Main不成功則掛起
- ]
- [THUMBCODE;forstart-upcodeforThumbmode
- orrlr,pc,#1
- bxlr
- CODE16
- blMain;Donotusemain()because......
- b.
- CODE32
- ]
- BaseOfROMDCD|Image$RO$Base|
- TopOfROMDCD|Image$RO$Limit|
- BaseOfBSSDCD|Image$RW$Base|
- BaseOfZeroDCD|Image$ZI$Base|
- EndOfBSSDCD|Image$ZI$Limit|
評論