u-boot移植---修改前工作:代码流程分析3---代码重定位

游戏进行中 游戏进行中     2022-09-03     453

关键词:

一、重定位  

  1.以前版本的重定位

    

  2.新版本

    

    我们的程序不只涉及一个变量和函数,我们若想访问程序里面的地址,则必须使用SDRAM处的新地址,即我们的程序里面的变量和函数必须修改地址。我们要修改地址,则必须知道程序的地址,就需要在链接的时候加上PIE选项:

    

    加上PIE选项后,链接时候的地址就会生成,然后存储在段里面,如下段(u-boot.lds):

    

    然后我们根据这些地址的信息来修改代码,程序就可以复制到SDRAM的任何地方去。

 二、代码流程 

  start.S中执行到了 bl _main,跳转到_main,_main函数入口在crt0.S (arch\arm\lib) 中。

  1.crt0.S  

 1 ENTRY(_main)
 2 
 3 /*
 4  * Set up initial C runtime environment and call board_init_f(0).
 5  * 初始化C运行环境并且调用 board_init_f(0) 函数
 6  */
 7 
 8  /*
 9   * 初始化栈地址
10   */
11     /* Generic-asm-offsets.h (include\generated)
12      * #define GENERATED_GBL_DATA_SIZE 192
13      * JZ2440.h(include\config)
14      * #define PHYS_SDRAM_1        0x30000000
15      * #define CONFIG_SYS_SDRAM_BASE    PHYS_SDRAM_1
16      * #define CONFIG_SYS_INIT_SP_ADDR    (CONFIG_SYS_SDRAM_BASE + 0x1000 - GENERATED_GBL_DATA_SIZE)
17      * 
18      * CONFIG_SYS_INIT_SP_ADDR = 0x30000000 + 0x1000 - 192(0xc0) = 0x30000f40
19      */
20     ldr    sp, =(CONFIG_SYS_INIT_SP_ADDR)        /* 设置CFIG_SYS_INIT_SP_ADDR定义的地址,include/configs/jz2440.h中定义 */
21 
22     /* sp 的8字节对齐 */
23     bic    sp, sp, #7    /* 8-byte alignment for ABI compliance */
24 
25     mov    r0, sp                    /* r0 = sp */
26     bl    board_init_f_mem        /*跳转到 board_init_f_mem 执行*/
27     mov    sp, r0                    
28 
29     mov    r0, #0
30     bl    board_init_f            /* 调用单板的初始化函数,跳转到 borad_init_f 处执行 */

  执行到 board_init_f 处,则跳转到Board_f.c (common) 中去执行。

  2.baord_init_f

 1 /*
 2  * 单板的初始化函数
 3  */
 4 void board_init_f(ulong boot_flags)
 5 {
 6     gd->flags = boot_flags;
 7     gd->have_console = 0;
 8 
 9     if (initcall_run_list(init_sequence_f))
10         hang();
11 
12 #if !defined(CONFIG_ARM) && !defined(CONFIG_SANDBOX) && \
13         !defined(CONFIG_EFI_APP)
14     /* NOTREACHED - jump_to_copy() does not return */
15     hang();
16 #endif
17 }

  在其中最重要的函数则是 initcall_run_list(init_sequence_f) ,init_sequence_f 执行单板的各种初始化任务,如下:

  1 static init_fnc_t init_sequence_f[] = {
  2     //gd->mon_len = (ulong)&__bss_end - CONFIG_SYS_MONITOR_BASE;
  3     //CONFIG_SYS_MONITOR_BASE = _start = 0
  4     //设置gd->mon_len为编译出来的u-boot.bin+bss段的大小
  5     setup_mon_len,    
  6     initf_malloc,
  7     initf_console_record,
  8     //这个函数应该是留给移植人员使用的,里面什么都没做,而且被__weak修饰,
  9     //所以我们可以在别的地方重新定义这个函数来取代它
 10     arch_cpu_init,        /* basic arch cpu dependent setup:CPU初始化*/
 11     initf_dm,
 12     arch_cpu_init_dm,    //同上
 13     mark_bootstage,        /* need timer, go after init dm */
 14 #if defined(CONFIG_BOARD_EARLY_INIT_F)
 15     /* 初始化CPU时钟和各种IO(待修改) */
 16     board_early_init_f,
 17 #if defined(CONFIG_ARM) || defined(CONFIG_MIPS) || \
 18         defined(CONFIG_BLACKFIN) || defined(CONFIG_NDS32) || \
 19         defined(CONFIG_SPARC)
 20     /* 初始化定时器 */
 21     timer_init,        /* 初始化定时器 */ 
 22 #endif
 23     env_init,        /* 初始化环境变量 */ 
 24     init_baud_rate,        /* 初始化波特率为: 115200 */
 25     serial_init,        /* 设置串口通讯 */
 26     console_init_f,        /* stage 1 init of console */
 27     // 打印版本信息,你可以修改include/version.h中的CONFIG_IDENT_STRING选项,
 28     // 加入自己的身份信息 
 29     display_options,    /* say that we are here */
 30     //打印bss段信息及text_base, 需要 #define DEBUG
 31     display_text_info,    /* show debugging info if required */
 32     print_cpuinfo,        /* 打印CPUID和时钟频率 */
 33     INIT_FUNC_WATCHDOG_INIT
 34         INIT_FUNC_WATCHDOG_RESET
 35     announce_dram_init,    //输出"DRAM: " 然后在下面进行SDRAM参数设置
 36     /* TODO: unify all these dram functions? */
 37 #if defined(CONFIG_ARM) || defined(CONFIG_X86) || defined(CONFIG_NDS32) || \
 38         defined(CONFIG_MICROBLAZE) || defined(CONFIG_AVR32)
 39     dram_init,        /* 在smdk2440.c中定义,配置SDRAM大小,可根据实际进行修改 */
 40 #endif
 41     INIT_FUNC_WATCHDOG_RESET
 42     INIT_FUNC_WATCHDOG_RESET
 43     /*
 44      * Now that we have DRAM mapped and working, we can
 45      * relocate the code and continue running from DRAM.
 46      *
 47      * Reserve memory at end of RAM for (top down in that order):
 48      *  - area that won't get touched by U-Boot and Linux (optional)
 49      *  - kernel log buffer
 50      *  - protected RAM
 51      *  - LCD framebuffer
 52      *  - monitor code
 53      *  - board info struct
 54      */
 55     setup_dest_addr,    //将gd->relocaddr、gd->ram_top指向SDRAM最顶端           
 56     reserve_round_4k,    //gd->relocaddr 4K对齐
 57 #if !(defined(CONFIG_SYS_ICACHE_OFF) && defined(CONFIG_SYS_DCACHE_OFF)) && \
 58         defined(CONFIG_ARM)
 59     //gd->arch.tlb_size = PGTABLE_SIZE; 预留16kb的MMU页表
 60     //gd->relocaddr -= gd->arch.tlb_size;
 61     //gd->relocaddr &= ~(0x10000 - 1); 64kb对齐
 62     //gd->arch.tlb_addr = gd->relocaddr;
 63     reserve_mmu,
 64 #endif
 65 #if defined(CONFIG_VIDEO) && (!defined(CONFIG_PPC) || defined(CONFIG_8xx)) && \
 66         !defined(CONFIG_ARM) && !defined(CONFIG_X86) && \
 67         !defined(CONFIG_BLACKFIN) && !defined(CONFIG_M68K)
 68     reserve_video,
 69 #endif
 70 #if !defined(CONFIG_BLACKFIN)
 71     //gd->relocaddr -= gd->mon_len;    一开始设置的u-boot.bin + bss段长度
 72     //gd->relocaddr &= ~(4096 - 1);    4k对齐,这是最终重定位地址
 73     //gd->start_addr_sp = gd->relocaddr;  设置重定位后的栈指针
 74     reserve_uboot,
 75 #endif
 76 #ifndef CONFIG_SPL_BUILD
 77     //gd->start_addr_sp = gd->start_addr_sp - TOTAL_MALLOC_LEN; 
 78     //预留4MB MALLOC内存池
 79     reserve_malloc,
 80     //gd->start_addr_sp -= sizeof(bd_t);  预留空间给重定位后的gd_t->bd
 81     //gd->bd = (bd_t *)gd->start_addr_sp; 指定重定位bd地址
 82     //memset(gd->bd, '\0', sizeof(bd_t)); 清零
 83     reserve_board,
 84 #endif
 85     //gd->bd->bi_arch_number = CONFIG_MACH_TYPE; 
 86     //对于S3C2440来说就是MACH_TYPE_S3C2440 (arch/arm/include/asm/mach-types.h)
 87     setup_machine,
 88     reserve_global_data,
 89     reserve_fdt,
 90     reserve_arch,
 91     //gd->start_addr_sp -= 16;   栈指针16字节对齐
 92     //gd->start_addr_sp &= ~0xf;
 93     reserve_stacks, 
 94     //gd->bd->bi_dram[i].start = addr;   设置sdram地址和大小
 95     //gd->bd->bi_dram[i].size = size;
 96     setup_dram_config,
 97     show_dram_config,//打印SDRAM大小,与上面的announce_dram_init相对应
 98     display_new_sp,
 99     INIT_FUNC_WATCHDOG_RESET
100     reloc_fdt,
101     //gd->reloc_off = gd->relocaddr - CONFIG_SYS_TEXT_BASE; 计算重定位偏移地址
102     //memcpy(gd->new_gd, (char *)gd, sizeof(gd_t));
103     //将原来的gd复制到重定位后的gd地址上去
104     setup_reloc,
105 #if !defined(CONFIG_ARM) && !defined(CONFIG_SANDBOX)
106     /* 重定位代码 */
107     jump_to_copy,
108 #endif
109     NULL,
110

   3.relocate_code

  jump_to_copy中调用重定位代码relocate_code:C语言调用汇编代码,relocate_code 定义在 relocate.S (arch\arm\lib) 。

  relocate_code(gd->start_addr_sp, gd->new_gd, gd->relocaddr);    

  内存分布图如下:

  

 

  gd->start_addr_sp所在位置也看的出来了。gd->start_addr_sp 代码(内存分布代码):

  

  1 Jz2440.h (include\configs)    
  2 #define PHYS_FLASH_1        0x00000000 /* Flash Bank #0 */
  3 #define CONFIG_SYS_FLASH_BASE    PHYS_FLASH_1
  4 #define CONFIG_SYS_MONITOR_BASE    CONFIG_SYS_FLASH_BASE
  5 static int setup_mon_len(void)
  6 {
  7     /* TODO: use (ulong)&__bss_end - (ulong)&__text_start; ? */
  8     gd->mon_len = (ulong)&__bss_end - CONFIG_SYS_MONITOR_BASE;
  9     return 0;
 10 }
 11 
 12 Jz2440.h (include\configs)    
 13 #define PHYS_SDRAM_1_SIZE    0x04000000 /* 64 MB */
 14 
 15 int dram_init(void)
 16 {
 17     /* dram_init must store complete ramsize in gd->ram_size */
 18     gd->ram_size = PHYS_SDRAM_1_SIZE;
 19     return 0;
 20 }
 21 
 22 Jz2440.h (include\configs)
 23 #define PHYS_SDRAM_1        0x30000000 /* SDRAM Bank #1 */
 24 #define CONFIG_SYS_SDRAM_BASE    PHYS_SDRAM_1
 25 
 26 static int setup_dest_addr(void)
 27 {
 28     gd->ram_size = board_reserve_ram_top(gd->ram_size);    //64M ram_size
 29 
 30 #ifdef CONFIG_SYS_SDRAM_BASE
 31     gd->ram_top = CONFIG_SYS_SDRAM_BASE;    //gd->ram_top = 0x30000000
 32 #endif
 33     gd->ram_top += get_effective_memsize();    //gd->ramtop = 0x30000000 + 64M
 34     gd->ram_top = board_get_usable_ram_top(gd->mon_len);//gd->ram_top值不变
 35     gd->relocaddr = gd->ram_top;//gd->relocaddr = 0x30000000 + 64M
 36     return 0;
 37 }
 38 
 39 static int reserve_round_4k(void)    //gd->relocaddr 4K对齐
 40 {
 41     gd->relocaddr &= ~(4096 - 1);    
 42     return 0;
 43 }
 44 
 45 static int reserve_mmu(void)
 46 {
 47     /* reserve TLB table */
 48     gd->arch.tlb_size = PGTABLE_SIZE;    //预留16kb的MMU页表
 49     gd->relocaddr -= gd->arch.tlb_size; //gd->relocaddr = gd->relocaddr - 16K = 0x33ffc000
 50 
 51     /* round down to next 64 kB limit */
 52     gd->relocaddr &= ~(0x10000 - 1);    //64kb对齐    gd->relocaddr = 0x33ff0000
 53 
 54     gd->arch.tlb_addr = gd->relocaddr;    //gd->arch.tlb_addr = 0x33ff0000
 55     debug("TLB table from %08lx to %08lx\n", gd->arch.tlb_addr,
 56           gd->arch.tlb_addr + gd->arch.tlb_size);
 57     return 0;
 58 }
 59 
 60 
 61 static int reserve_uboot(void)
 62 {
 63     /*
 64      * reserve memory for U-Boot code, data & bss
 65      * round down to next 4 kB limit
 66      */
 67     gd->relocaddr -= gd->mon_len;    // 一开始设置的u-boot.bin + bss段长度 
 68                                     //gd->relocaddr=gd->relocaddr-4kb=0x33fef000
 69     gd->relocaddr &= ~(4096 - 1);    // 4k对齐,这是最终重定位地址 0x33fef000
 70 
 71     gd->start_addr_sp = gd->relocaddr;    //设置重定位后的栈指针gd->start_addr_sp=0x33fef000
 72 
 73     return 0;
 74 }
 75 
 76 Jz2440.h (include\configs)    
 77 #define CONFIG_SYS_MALLOC_LEN    (4 * 1024 * 1024)    //4M 0x400000    4194304
 78 
 79 Common.h (include)
 80 #define    TOTAL_MALLOC_LEN    CONFIG_SYS_MALLOC_LEN
 81 
 82 static int reserve_malloc(void)
 83 {    //gd->start_addr_sp = gd->start_addr_sp - 4 * 1024 * 1024 =0x33bef000
 84     gd->start_addr_sp = gd->start_addr_sp - TOTAL_MALLOC_LEN; //预留4MB MALLOC内存池 
 85     return 0;
 86 }
 87 
 88 static int reserve_board(void)
 89 {
 90     if (!gd->bd) {
 91         gd->start_addr_sp -= sizeof(bd_t);    //预留空间给重定位后的gd_t->bd
 92         gd->bd = (bd_t *)map_sysmem(gd->start_addr_sp, sizeof(bd_t));    //指定重定位bd地址
 93         memset(gd->bd, '\0', sizeof(bd_t));                    //清零
 94     }
 95     return 0;
 96 }
 97 
 98 static int reserve_global_data(void)
 99 {
100     gd->start_addr_sp -= sizeof(gd_t);
101     gd->new_gd = (gd_t *)map_sysmem(gd->start_addr_sp, sizeof(gd_t));
102     return 0;
103 }
104 
105 static int reserve_stacks(void)
106 {
107     /* make stack pointer 16-byte aligned */
108     gd->start_addr_sp -= 16;    //栈指针16字节对齐
109     gd->start_addr_sp &= ~0xf;
110 
111     return arch_reserve_stacks();
112 }
113 
114 Stack.c (arch\arm\lib)    
115 int arch_reserve_stacks(void)
116 {
117     /* setup stack pointer for exceptions */
118     gd->irq_sp = gd->start_addr_sp;
119 
120 # if !defined(CONFIG_ARM64)
121     /* leave 3 words for abort-stack, plus 1 for alignment */
122     gd->start_addr_sp -= 16;
123 # endif
124     return 0;
125 }

  relocate_code(gd->start_addr_sp, gd->new_gd, gd->relocaddr);中的三个参数也已经清楚。gd->relocaddr=0x33fef000 

  crt0.S (arch\arm\lib) 

 

 1 #if ! defined(CONFIG_SPL_BUILD)
 2     /*
 3      * 这一段代码是将board_init_f中设置好的start_addr_sp地址值赋给栈指针,使其指向重定位后的栈顶
 4      * 8字节对齐后,将r9设为新的GD地址( gd地址=bd地址-sizeof(gd_t))
 5      */
 6     ldr    sp, [r9, #GD_START_ADDR_SP]    /* sp = gd->start_addr_sp */
 7     bic    sp, sp, #7    /* 8-byte alignment for ABI compliance */
 8     ldr    r9, [r9, #GD_BD]        /* r9 = gd->bd */
 9     sub    r9, r9, #GD_SIZE        /* new GD is below bd */
10 
11     adr    lr, here                 /*设置返回地址为下面的here,重定位到sdram后返回here运行*/
12     ldr    r0, [r9, #GD_RELOC_OFF]        /* r0 = gd->reloc_off 取重定位地址偏移值 */
13     add    lr, lr, r0                /*返回地址加偏移地址等于重定位后在sdram中的here地址*/
14     ldr    r0, [r9, #GD_RELOCADDR]        /* r0 = gd->relocaddr 传入参数为重定位地址 */
15     b    relocate_code                /*跳到arch/arm/lib/relocate.S中执行*/
16 here:        /*返回后跳到sdram中运行    */    
17     bl    relocate_vectors
18 /* Set up final (full) environment */
19     bl    c_runtime_cpu_setup    /* we still call old routine here */
20 
21     ldr    r0, =__bss_start    /* this is auto-relocated! */
22     ldr    r1, =__bss_end        /* this is auto-relocated! */
23     mov    r2, #0x00000000        /* prepare zero to clear BSS */
24 
25 clbss_l:cmp    r0, r1            /* while not at end of BSS */
26 
27     strlo    r2, [r0]        /* clear 32-bit BSS word */
28     addlo    r0, r0, #4        /* move to next */
29     blo    clbss_l
30 #endif

 

   relocate.S

 

 1 ENTRY(relocate_code)
 2     ldr    r1, =__image_copy_start    /* r1 <- SRC &__image_copy_start 
 3                                  * 这是u-boot.bin起始链接地址,
 4                                  * 定义在u-boot.lds中 (编译后在顶层目录生成)
 5                                  * 原文件是arch/arm/cpu/u-boot.lds
 6                                  */
 7     subs    r4, r0, r1        /* r4 <- relocation offset 
 8                              * r0是crt0.S中传入的重定位地址
 9                              * 这里是算出偏移值 
10                              */
11     beq    relocate_done        /* skip relocation 
12                              * 如果r4为0,则认为重定位已完成
13                              */
14     ldr    r2, =__image_copy_end    /* r2 <- SRC &__image_copy_end 
15                                  * 同第一条指令,在u-boot.lds中定义
16                                  */
17                                  
18 /* r1是源地址__image_copy_start,r0是目的地址relocaddr,
19  * size = __image_copy_start - __image_copy_end 
20  */
21 copy_loop:
22     ldmia    r1!, {r10-r11}        /* 从 r1 中拷贝数据到 r10、r11 寄存器中 */
23     stmia    r0!, {r10-r11}        /* 把r10、r11 寄存器的数据存到r0寄存器中 */
24     cmp    r1, r2            /* 比较 r1 和 r2 ,若 r0 < r2 则继续拷贝*/
25     blo    copy_loop
26 
27     /*
28      * fix .rel.dyn relocations          定义了"-PIE"选项就会执行下面这段代码
29      * 目的是为了让位置相关的资源(代码、参数、变量)的地址在重定位后仍然能被寻址到,所以让他们加上偏移地址,
30      * 即等于他们重定位后的真正地址
31      * 这些 "存放(资源的地址)的地址" 存放在.rel.dyn这个段中,每个参数后面都会跟着一个起标志作用的参数,
32         * 如果这个标志参数为23,即0x17,则表示这个 (资源的地址) 是位置相关的,需要加上重定位偏移值
33      * 这一段代码首先让.rel.dyn这个段中的存放的地址值加上偏移值,使其在sdram中取出(资源的地址)
34      * 然后再让这些(资源的地址)加上偏移值,存回rel.dyn中存放这些地址的地址中,
35      */
36 
37     ldr    r2, =__rel_dyn_start    /* r2 <- SRC &__rel_dyn_start */
38     ldr    r3, =__rel_dyn_end    /* r3 <- SRC &__rel_dyn_end */
39 fixloop:
40     /* r0为"存放(资源的地址)的地址",这个地址里存放的是需要用到的(资源的地址),r1为标志值 */
41     ldmia    r2!, {r0-r1}        /* (r0,r1) <- (SRC location,fixup) */
42     and    r1, r1, #0xff    /* r1 = r1 & 0xff r1取低八位*/
43     cmp    r1, #23            /* relative fixup?  r1 是否等于23(0x17)*/
44     bne    fixnext            /* 若相等跳转到 fixnext执行 */
45 
46     /* relative fix: increase location by offset */
47     /* r4存放的是重定位偏移值,r0这个地址存放的是位置相关的(资源的地址),
48      * r4+r0即为重定位后的"存放(资源的地址)的地址",
49      */
50     add    r0, r0, r4        /* r0 = r0 + r4 */
51     ldr    r1, [r0]        /* r1 = r0的地址?在sdram中取出还未修改的(资源的地址)*/
52     add    r1, r1, r4        /* r1 = r1 + r4 加上偏移值*/
53     str    r1, [r0]        /* 存回去 */
54u-boot移植---修改前工作:代码流程分析2

一、vectors.S1.1代码地址  vectors.S(archarmlib) 1.2流程跳转      跳转符号B为start.S中的reset执行代码,暂且先不看,先看看vector.S中的执行。1.3代码分析  ldr{条件}目的寄存器<存储器地址>1_start:23#ifdefCONFIG_SYS_DV_NOR_B... 查看详情

u-boot移植---代码修改---时钟修改sdram

...现在就需要做的是代码的修改,配置成适合目标板使用的u-boot。一、时钟修改  在代码流程分析中,我们知道,系统的启动是:设置CPU为管理员模式关闭看门狗屏蔽中断设置启动参数:时钟 FCLK:HCLK:PCLK=1:2:4   FCLK... 查看详情

linux系统移植:u-boot工程创建(代码片段)

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linux系统移植:u-boot启动流程(下)(代码片段)

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移植最新u-boot之裁剪和修改默认参数

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u-boot移植---代码修改---支持dm9000网卡

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u-boot移植(十三)---代码修改---支持文件系统及补丁制作

一、烧写文件系统1.1jffs2烧写  1.下载文件系统:tftp30000000fs_mini_mdev.jffs2    2.擦除文件的块:nanderase.partrootfs    3.烧入文件系统:nandwrite.jffs2300000000x00260000 5b89a8    4.设置启动参数:setbootargsconsole=ttySAC0root=/d... 查看详情

u-boot移植---代码修改---支持norflash

一、问题定位    开发板重启后打印了2个提醒和一个错误,caches的提醒先不看,看看flash和nand下面的提醒,badCRC,Usingdefaultenviroment,我们可以定位Usingdefaultenviroment定位到代码位置,如下:    Env_common.c(common)   ... 查看详情

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一、NAND原理    NAND无地址空间,地址和数据的发送都依赖于LDATA[0:7]这一串数据总线。     不看随机页编程,看到从高位到低位的页,总共分为64个页面,每个页的组成是2K+64 个byte,一个块的大小是(128K+4K)b... 查看详情

u-boot移植(十三)---代码修改---裁剪及环境变量一

一、内核裁剪  内核的裁剪首先就是修改我们的配置文件,即include/configs/jz2440.h文件,里面定义的很多宏,我们也许用不上的就要去掉。1/*2*(C)Copyright20023*SysgoReal-TimeSolutions,GmbH<www.elinos.com>4*MariusGroeger<[email protected]>... 查看详情

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u-boot移植

上一章节我们详细的分析了uboot的启动流程,对uboot有了一个初步的了解。前两章我们都是使用的正点原子提供的uboot,本章我们就来学习如何将NXP官方的uboot移植到正点原子的I.MX6ULL开发板上,学习如何在uboot中添加我... 查看详情