uboot1.1.6 start.s分析

、Stage1 start.S代码结构 
u-boot的stage1代码通常放在start.S文件中，他用汇编语言写成，其主要代码部分如下：
（1）定义入口。由于一个可执行的Image必须有一个入口点，并且只能有一个全局入口，通常这个入口放在ROM（Flash）的0x0地址，因此，必须通知编译器以使其知道这个入口，该工作可通过修改连接器脚本来完成。
（2）设置异常向量（Exception Vector）。
（3）设置CPU的速度、时钟频率及终端控制寄存器。
（4）初始化内存控制器。
（5）将ROM中的程序复制到RAM中。
（6）初始化堆栈。
（7）转到RAM中执行，该工作可使用指令ldr pc来完成。
2、Stage2 C语言代码部分
lib_arm/board.c中的start arm boot是C语言开始的函数也是整个启动代码中C语言的主函数，同时还是整个u-boot（armboot）的主函数，该函数只要完成如下操作：
（1）调用一系列的初始化函数。
（2）初始化Flash设备。
（3）初始化系统内存分配函数。
（4）如果目标系统拥有NAND设备，则初始化NAND设备。
（5）如果目标系统有显示设备，则初始化该类设备。
（6）初始化相关网络设备，填写IP、MAC地址等。
（7）进去命令循环（即整个boot的工作循环），接受用户从串口输入的命令，然后进行相应的工作。

注：

ARM微处理器支持字节（8位）、半字（16位）、字（32位）3种数据类型
@向量跳转表，每条占四个字节（一个字），地址范围为0x0000 0000～@0x0000 0020
@ARM体系结构规定在上电复位后的起始位置，必须有8条连续的跳

@转指令，通过硬件实现。他们就是异常向量表。ARM在上电复位后，@是从0x00000000开始启动的，其实如果bootloader存在，在执行

@下面第一条指令后，就无条件跳转到start_code，下面一部分并没@执行。设置异常向量表的作用是识别bootloader。以后系统每当有@异常出现，则CPU会根据异常号，从内存的0x00000000处开始查表@做相应的处理

/******************************************************

;当一个异常出现以后，ARM会自动执行以下几个步骤:
;1.把下一条指令的地址放到连接寄存器LR(通常是R14).---保存位置
;2.将相应的CPSR(当前程序状态寄存器)复制到SPSR(备份的程序状态寄存器)中---保存CPSR
;3.根据异常类型，强制设置CPSR的运行模式位
;4.强制PC(程序计数器)从相关异常向量地址取出下一条指令执行，从而跳转到相应的异常处理程序中
*********************************************************/

/*
* armboot - Startup Code for ARM920 CPU-core
*
* Copyright (c) 2001 Marius Gr鰃er <mag@sysgo.de>
* Copyright (c) 2002 Alex Z黳ke <azu@sysgo.de>
* Copyright (c) 2002 Gary Jennejohn <gj@denx.de>
*
* See file CREDITS for list of people who contributed to this
* project.
*
* This program is free software; you can redistribute it and/or
* modify it under the terms of the GNU General Public License as
* published by the Free Software Foundation; either version 2 of
* the License, or (at your option) any later version.
*
* This program is distributed in the hope that it will be useful,
* but WITHOUT ANY WARRANTY; without even the implied warranty of
* MERCHANTABILITY or FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE. See the
* GNU General Public License for more details.
*
* You should have received a copy of the GNU General Public License
* along with this program; if not, write to the Free Software
* Foundation, Inc., 59 Temple Place, Suite 330, Boston,
* MA 02111-1307 USA
*/

#include <config.h>
#include <version.h>

/*
*************************************************************************
*
* Jump vector table as in table 3.1 in [1]
*
*************************************************************************
*/

.globl _start
_start: b reset
ldr pc, _undefined_instruction
ldr pc, _software_interrupt
ldr pc, _prefetch_abort
ldr pc, _data_abort
ldr pc, _not_used
ldr pc, _irq
ldr pc, _fiq

@对于ARM数据从内存到CPU之间的移动只能通过L/S指令，如：ldr r0,0x12345678为把0x12345678内存中的数据写到r0中，还有一个就是ldr伪指令，如：ldr r0,=0x12345678为把0x12345678地址写到r0中，mov只能完成寄存器间数据的移动，而且立即数长度限制在8位

_undefined_instruction: .word undefined_instruction
_software_interrupt: .word software_interrupt
_prefetch_abort: .word prefetch_abort
_data_abort: .word data_abort
_not_used: .word not_used
_irq: .word irq
_fiq: .word fiq

.balignl 16,0xdeadbeef

@.balignl是.balign的变体

@ .align伪操作用于表示对齐方式：通过添加填充字节使当前位置

@满足一定的对齐方式。.balign的作用同.align。
@ .align {alignment} {,fill} {,max}
@  其中：alignment用于指定对齐方式，可能的取值为2的次

@幂，缺省为4。fill是填充内容，缺省用0填充。max是填充字节@数最大值，如果填充字节数超过max,  就不进行对齐,例如：
@  .align 4  /* 指定对齐方式为字对齐 */

/*
*************************************************************************
*
* Startup Code (reset vector)
*
* do important init only if we don't start from memory!
* relocate armboot to ram
* setup stack
* jump to second stage
*
*************************************************************************
*/

_TEXT_BASE:
.word TEXT_BASE

.globl _armboot_start
_armboot_start:
.word _start

/*
* These are defined in the board-specific linker script.
*/
.globl _bss_start
_bss_start:
.word __bss_start

.globl _bss_end
_bss_end:
.word _end

#ifdef CONFIG_USE_IRQ
/* IRQ stack memory (calculated at run-time) */
.globl IRQ_STACK_START
IRQ_STACK_START:
.word 0x0badc0de

/* IRQ stack memory (calculated at run-time) */
.globl FIQ_STACK_START
FIQ_STACK_START:
.word 0x0badc0de
#endif

/*
* the actual reset code
*/

reset:
/*
* set the cpu to SVC32 mode
*/

@更改处理器模式为管理模式
@对状态寄存器的修改要按照：读出-修改-写回的顺序来执行
@
    31 30 29 28 ---   7   6   -   4    3   2   1   0
    N  Z  C  V        I   F       M4  M3  M2 M1 M0
                                   0   0   0  0   0     User26 模式
                                   0   0   0  0   1     FIQ26 模式
                                   0   0   0  1   0     IRQ26 模式
                                   0   0   0  1   1     SVC26 模式
                                   1   0   0  0   0     User 模式
                                   1   0   0  0   1     FIQ 模式
                                   1   0   0  1   0     IRQ 模式
                                   1   0   0  1   1     SVC 模式
                                   1   0   1  1   1     ABT 模式
                                   1   1   0  1   1     UND 模式
                                   1   1   1  1   1     SYS 模式
mrs r0,cpsr
bic r0,r0,#0x1f
orr r0,r0,#0xd3
msr cpsr,r0

/* turn off the watchdog */
#if defined(CONFIG_S3C2400)
# define pWTCON 0x15300000
# define INTMSK 0x14400008 /* Interupt-Controller base addresses */
# define CLKDIVN 0x14800014 /* clock divisor register */
#elif defined(CONFIG_S3C2410)
# define pWTCON 0x53000000
# define INTMSK 0x4A000008 /* Interupt-Controller base addresses */
# define INTSUBMSK 0x4A00001C
# define CLKDIVN 0x4C000014 /* clock divisor register */
#endif

#if defined(CONFIG_S3C2400) || defined(CONFIG_S3C2410)
ldr r0, =pWTCON
mov r1, #0x0
str r1, [r0]

/*
* mask all IRQs by setting all bits in the INTMR - default
*/
mov r1, #0xffffffff
ldr r0, =INTMSK
str r1, [r0]
# if defined(CONFIG_S3C2410)
ldr r1, =0x3ff
ldr r0, =INTSUBMSK
str r1, [r0]
# endif

/* FCLK:HCLK:PCLK = 1:2:4 */
/* default FCLK is 120 MHz ! */

@时钟分频设置，FCLK为核心提供时钟，HCLK为AHB（ARM920T,内存@控制器，中断控制器，LCD控制器，DMA和主USB模块）提供时钟，@PCLK为APB（看门狗、IIS、I2C、PWM、MMC、ADC、UART、GPIO、@RTC、SPI）提供时钟。分频数一般选择1：4：8，所以HDIVN=2,PDIVN=1，@CLKDIVN=5，这里仅仅是配置了分频寄存器，关于MPLLCON的配置肯@定写在lowlevel_init.S中了
@归纳出CLKDIVN的值跟分频的关系：
@0x0 = 1:1:1  ,  0x1 = 1:1:2 , 0x2 = 1:2:2  ,  0x3 = 1:2:4,  0x4 = 1:4:4,  0x5 = 1:4:8, 0x6 = 1:3:3, 
0x7 = 1:3:6
@S3C2440的输出时钟计算式为:Mpll=(2*m*Fin)/(p*2^s)
S3C2410的输出时钟计算式为:Mpll=(m*Fin)/(p*2^s)
m=M(the value for divider M)+8;p=P(the value for divider P)+2
M,P,S的选择根据datasheet中PLL VALUE SELECTION TABLE表格进行。

ldr r0, =CLKDIVN
mov r1, #3
str r1, [r0]
#endif /* CONFIG_S3C2400 || CONFIG_S3C2410 */

/*
* we do sys-critical inits only at reboot,
* not when booting from ram!
*/
#ifndef CONFIG_SKIP_LOWLEVEL_INIT
bl cpu_init_crit

@执行CPU初始化，BL完成跳转的同时会把后面紧跟的一条指令地址保存到连接寄存器LR（R14）中。以使子程序执行完后正常返回。
#endif

#ifndef CONFIG_SKIP_RELOCATE_UBOOT
relocate: /* relocate U-Boot to RAM */
adr r0, _start /* r0 <- current position of code */
ldr r1, _TEXT_BASE /* test if we run from flash or RAM */
cmp r0, r1 /* don't reloc during debug */
beq stack_setup

ldr r2, _armboot_start
ldr r3, _bss_start
sub r2, r3, r2 /* r2 <- size of armboot */
add r2, r0, r2 /* r2 <- source end address */

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

@从源地址[r0]读取8个字节到寄存器,每读一个就更新一次r0地址
@ldmia:r0安字节增长
stmia r1!, {r3-r10} /* copy to target address [r1] */

@LDM(STM)用于在寄存器所指的一片连续存储器和寄存器列表的寄存@器间进行数据移动，或是进行压栈和出栈操作。
@格式为：LDM(STM){条件}{类型}基址寄存器{！}，寄存器列表{^}
@对于类型有以下几种情况： IA 每次传送后地址加1，用于移动数

@据块
    IB 每次传送前地址加1，用于移动数据块
    DA 每次传送后地址减1，用于移动数据块
    DB 每次传送前地址减1，用于移动数据块
    FD 满递减堆栈，用于操作堆栈（即先移动指针再操作数据，相当于DB）
    ED 空递减堆栈，用于操作堆栈（即先操作数据再移动指针，相当于DA）
    FA 满递增堆栈，用于操作堆栈（即先移动指针再操作数据，相当于IB）
    EA 空递增堆栈，用于操作堆栈（即先操作数据再移动指针，相当于IA）

cmp r0, r2 /* until source end addreee [r2] */
ble copy_loop
#endif /* CONFIG_SKIP_RELOCATE_UBOOT */

/* Set up the stack */
stack_setup:
ldr r0, _TEXT_BASE /* upper 128 KiB: relocated uboot */
sub r0, r0, #CFG_MALLOC_LEN /* malloc area */
sub r0, r0, #CFG_GBL_DATA_SIZE /* bdinfo */
#ifdef CONFIG_USE_IRQ
sub r0, r0, #(CONFIG_STACKSIZE_IRQ+CONFIG_STACKSIZE_FIQ)
#endif
sub sp, r0, #12 /* leave 3 words for abort-stack */

clear_bss:
ldr r0, _bss_start /* find start of bss segment */
ldr r1, _bss_end /* stop here */
mov r2, #0x00000000 /* clear */

clbss_l:str r2, [r0] /* clear loop... */
add r0, r0, #4
cmp r0, r1
ble clbss_l

#if 0
/* try doing this stuff after the relocation */
ldr r0, =pWTCON
mov r1, #0x0
str r1, [r0]

/*
* mask all IRQs by setting all bits in the INTMR - default
*/
mov r1, #0xffffffff
ldr r0, =INTMR
str r1, [r0]

/* FCLK:HCLK:PCLK = 1:2:4 */
/* default FCLK is 120 MHz ! */
ldr r0, =CLKDIVN
mov r1, #3
str r1, [r0]
/* END stuff after relocation */
#endif

ldr pc, _start_armboot

@跳到阶段二C语言中去

_start_armboot: .word start_armboot

/*
*************************************************************************
*
* CPU_init_critical registers
*
* setup important registers
* setup memory timing
*
*************************************************************************
*/

#ifndef CONFIG_SKIP_LOWLEVEL_INIT
cpu_init_crit:
/*
* flush v4 I/D caches
*/

@初始化CACHES
mov r0, #0
mcr p15, 0, r0, c7, c7, 0 /* flush v3/v4 cache */
mcr p15, 0, r0, c8, c7, 0 /* flush v4 TLB */

/*
* disable MMU stuff and caches
*/
mrc p15, 0, r0, c1, c0, 0
bic r0, r0, #0x00002300 @ clear bits 13, 9:8 (--V- --RS)
bic r0, r0, #0x00000087 @ clear bits 7, 2:0 (B--- -CAM)
orr r0, r0, #0x00000002 @ set bit 2 (A) Align
orr r0, r0, #0x00001000 @ set bit 12 (I) I-Cache
mcr p15, 0, r0, c1, c0, 0

/*
* before relocating, we have to setup RAM timing
* because memory timing is board-dependend, you will
* find a lowlevel_init.S in your board directory.
*/
mov ip, lr
bl lowlevel_init

@在重定向代码之前，必须初始化内存时序，因为重定向时需要将@flash中的代码复制到内存中lowlevel_init在@/board/smdk2410/lowlevel_init.S中
mov lr, ip
mov pc, lr
#endif /* CONFIG_SKIP_LOWLEVEL_INIT */

/*
*************************************************************************
*
* Interrupt handling
*
*************************************************************************
*/

@
@ IRQ stack frame.
@
#define S_FRAME_SIZE 72

#define S_OLD_R0 68
#define S_PSR 64
#define S_PC 60
#define S_LR 56
#define S_SP 52

#define S_IP 48
#define S_FP 44
#define S_R10 40
#define S_R9 36
#define S_R8 32
#define S_R7 28
#define S_R6 24
#define S_R5 20
#define S_R4 16
#define S_R3 12
#define S_R2 8
#define S_R1 4
#define S_R0 0

#define MODE_SVC 0x13
#define I_BIT 0x80

/*
* use bad_save_user_regs for abort/prefetch/undef/swi ...
* use irq_save_user_regs / irq_restore_user_regs for IRQ/FIQ handling
*/

.macro bad_save_user_regs
sub sp, sp, #S_FRAME_SIZE
stmia sp, {r0 - r12} @ Calling r0-r12
ldr r2, _armboot_start
sub r2, r2, #(CONFIG_STACKSIZE+CFG_MALLOC_LEN)
sub r2, r2, #(CFG_GBL_DATA_SIZE+8) @ set base 2 words into abort stack
ldmia r2, {r2 - r3} @ get pc, cpsr
add r0, sp, #S_FRAME_SIZE @ restore sp_SVC

add r5, sp, #S_SP
mov r1, lr
stmia r5, {r0 - r3} @ save sp_SVC, lr_SVC, pc, cpsr
mov r0, sp
.endm

.macro irq_save_user_regs
sub sp, sp, #S_FRAME_SIZE
stmia sp, {r0 - r12} @ Calling r0-r12
add r8, sp, #S_PC
stmdb r8, {sp, lr}^ @ Calling SP, LR
str lr, [r8, #0] @ Save calling PC
mrs r6, spsr
str r6, [r8, #4] @ Save CPSR
str r0, [r8, #8] @ Save OLD_R0
mov r0, sp
.endm

.macro irq_restore_user_regs
ldmia sp, {r0 - lr}^ @ Calling r0 - lr
mov r0, r0
ldr lr, [sp, #S_PC] @ Get PC
add sp, sp, #S_FRAME_SIZE
subs pc, lr, #4 @ return & move spsr_svc into cpsr
.endm

.macro get_bad_stack
ldr r13, _armboot_start @ setup our mode stack
sub r13, r13, #(CONFIG_STACKSIZE+CFG_MALLOC_LEN)
sub r13, r13, #(CFG_GBL_DATA_SIZE+8) @ reserved a couple spots in abort stack

str lr, [r13] @ save caller lr / spsr
mrs lr, spsr
str lr, [r13, #4]

mov r13, #MODE_SVC @ prepare SVC-Mode
@ msr spsr_c, r13
msr spsr, r13
mov lr, pc
movs pc, lr
.endm

.macro get_irq_stack @ setup IRQ stack
ldr sp, IRQ_STACK_START
.endm

.macro get_fiq_stack @ setup FIQ stack
ldr sp, FIQ_STACK_START
.endm

/*
* exception handlers
*/
.align 5
undefined_instruction:
get_bad_stack
bad_save_user_regs
bl do_undefined_instruction

.align 5
software_interrupt:
get_bad_stack
bad_save_user_regs
bl do_software_interrupt

.align 5
prefetch_abort:
get_bad_stack
bad_save_user_regs
bl do_prefetch_abort

.align 5
data_abort:
get_bad_stack
bad_save_user_regs
bl do_data_abort

.align 5
not_used:
get_bad_stack
bad_save_user_regs
bl do_not_used

#ifdef CONFIG_USE_IRQ

.align 5
irq:
get_irq_stack
irq_save_user_regs
bl do_irq
irq_restore_user_regs

.align 5
fiq:
get_fiq_stack
/* someone ought to write a more effiction fiq_save_user_regs */
irq_save_user_regs
bl do_fiq
irq_restore_user_regs

#else

.align 5
irq:
get_bad_stack
bad_save_user_regs
bl do_irq

.align 5
fiq:
get_bad_stack
bad_save_user_regs
bl do_fiq

#endif