2022年11月18日 | U-Boot-1.1.6移植到MINI2440开发板（3） —— 源码分析第一阶段

下面进行源码内容的分析及修改：

由上面的分析可以知道，最终将所有obj文件链接生成u-boot可执行文件时，用到了/board/mini2440/u-boot.lds这个链接脚本，查看其内容：

------- /board/mini2440/u-boot.lds -------

24 OUTPUT_FORMAT("elf32-littlearm", "elf32-littlearm", "elf32-littlearm")

25 /*OUTPUT_FORMAT("elf32-arm", "elf32-arm", "elf32-arm")*/

26 OUTPUT_ARCH(arm)

27 ENTRY(_start)

28 SECTIONS

29 {

30     . = 0x00000000;

31 

32 

33     . = ALIGN(4);

34     .text      :

35     {

36       cpu/arm920t/start.o    (.text)

37       *(.text)

38     }

...

同时查看u-boot.dis文件：

------- u-boot.dis -------

1 

2 u-boot:     file format elf32-littlearm

3 

4 Disassembly of section .text:

5 

6 33f80000 <_start>:

7 33f80000:    ea000012     b    33f80050

8 33f80004:    e59ff014     ldr    pc, [pc, #20]    ; 33f80020 <_undefined_instruction>

9 33f80008:    e59ff014     ldr    pc, [pc, #20]    ; 33f80024 <_software_interrupt>

可知代码段中放在最前的是/cpu/arm920t/start.S，同时上电之后最开始执行的标号是/cpu/arm920t/start.S中的_start，因此从这里开始分析。

/cpu/arm920t/start.S：

找到start.S中的_start标号：

------- /cpu/arm920t/start.S -------

41 .globl _start

42 _start:    b       reset

43     ldr    pc, _undefined_instruction

44     ldr    pc, _software_interrupt

45     ldr    pc, _prefetch_abort

46     ldr    pc, _data_abort

47     ldr    pc, _not_used

48     ldr    pc, _irq

49     ldr    pc, _fiq

50 

51 _undefined_instruction:    .word undefined_instruction

52 _software_interrupt:    .word software_interrupt

53 _prefetch_abort:    .word prefetch_abort

54 _data_abort:        .word data_abort

55 _not_used:        .word not_used

56 _irq:            .word irq

57 _fiq:            .word fiq

58 

59     .balignl 16,0xdeadbeef

...

75 _TEXT_BASE:

76     .word    TEXT_BASE

77 

78 .globl _armboot_start

79 _armboot_start:

80     .word _start

81 

82 /*

83 * These are defined in the board-specific linker script.

84 */

85 .globl _bss_start

86 _bss_start:

87     .word __bss_start

88 

89 .globl _bss_end

90 _bss_end:

91     .word _end

第41行，.global是编译的关键词，告诉编译器这是一个全局可见的名字（可能是变量，也可能是函数名），在这里_start是一个标号（GNU汇编编译器的默认入口标号），用.global关键字将其定义为一个全局可见的标号，以便在编译链接过程中能够找到。

第59行，.balignl表示结束的地址必须为后面第一个参数（16）的整数倍，如果不是整数倍，则进行填充使其达到整数倍，填充的内容为0xdeadbeef，这条指令用于将后面的指令对齐在16的整数倍的地址上。

第75行到第91行，定义一些标号：

_TEXT_BASE：TEXT_BASE（0x33F80000）;

_armboot_start：_start（0x33F80000）;

_bss_start：__bss_start（u-boot.lds中定义的BSS起始地址）；

_bss_end：_end（u-boot.lds中定义的BSS结束地址，也是最后的结束地址）

_start标号下第一条指令就是跳转指令，b reset指令表示无条件跳转到reset标号继续执行。

后面为S3C2440的7个中断向量地址，并使用跳转指令指向中断服务程序，当发生中断时，程序指针PC会跳转到相应的中断向量，执行中断程序。

找到reset标号：

------- /cpu/arm920t/start.S -------

106 /*

107 * the actual reset code

108 */

109 

110 reset:

111     /*

112      * set the cpu to SVC32 mode

113      */    

reset标号下首先对S3C2440的当前程序状态寄存器（CPSR）进行操作，使芯片工作在超级用户模式下（Supervisor）。

查看S3C2440手册中关于CPSR寄存器的说明：

寄存器高4位是程序运行标志位，低8位是状态控制位，手册中具体说明如下：

第7位——中断禁止位，置1时禁止中断；

第6位——快速中断禁止位，置1时禁止中断；

第5位——芯片运行状态位，置1时运行在THUMB状态下，否则运行在ARM状态下；

第4~0位——运行模式选择位，其模式设置如下：

10000：User Mode，普通用户模式

10001：FIQ Mode，快速中断模式

10010：IRQ Mode，中断模式

10011：Supervisor Mode，超级用户模式

10111：Abort Mode

11011：Undefined Mode

11111：System Mode

使用状态寄存器访问指令MRS和MSR进行访问：

MRS：状态寄存器（CPSR或SPSR）内容传送到通用寄存器（Rd）

格式：MRS{} ,

MSR：将操作数（opt）的内容传送到状态寄存器（CPSR或SPSR）的特定域中

格式：MSR{} _域, opt

位[31:24]为条件标志位域，用f表示；

位[23:16]为状态位域，用s表示；

位[15:8]为扩展位域，用x表示；

位[7:0]为控制位域，用c表示。

其中SPSR为程序状态保存寄存器。

CPSR: Current Program Status Register

SPSR: Saved Program Status Register

因此reset标号下的指令：

------- /cpu/arm920t/start.S -------

110 reset:

111     /*

112      * set the cpu to SVC32 mode

113      */

114     mrs    r0,cpsr

115     bic    r0,r0,#0x1f

116     orr    r0,r0,#0xd3

117     msr    cpsr,r0

首先通过MRS指令将CPSR的值读到R0中，然后在R0中对CPSR的值进行操作，再通过MSR指令将改变后的值写入CPSR中。

其中：

BIC{} Rd, Opt1, Opt2：

清除操作数1（Opt1）中的某些位，并将结果写入目的寄存器（Rd）中，操作数2（Opt2）为32位掩码，掩码中置1的位在操作数1中将会被清0。

ORR{} Rd, Opt1, Opt2：

将两个操作数进行或运算，并将结果写入目的寄存器（Rd）中，常用于将操作数1的某些位置1。

因此首先将CPSR的值传送到R0中：

------- /cpu/arm920t/start.S -------

114     mrs    r0,cpsr

然后清除R0的低5位：

------- /cpu/arm920t/start.S -------

115     bic    r0,r0,#0x1f

将R0的值或上0b11010010（0xD3），即用于模式选择的低5位[4:0]置为10011，即Supervisor Mode，超级用户模式，并将[7:6]置1，禁止中断：

------- /cpu/arm920t/start.S -------

116     orr    r0,r0,#0xd3

最后再将修改好的值写入CPSR：

------- /cpu/arm920t/start.S -------

117     msr    cpsr,r0

接下来利用宏定义设置和看门狗、中断以及时钟相关的寄存器：

------- /cpu/arm920t/start.S -------

120 #if defined(CONFIG_S3C2400)

121 # define pWTCON        0x15300000

122 # define INTMSK        0x14400008    /* Interupt-Controller base addresses */

123 # define CLKDIVN    0x14800014    /* clock divisor register */

124 #elif defined(CONFIG_S3C2410)

125 # define pWTCON        0x53000000

126 # define INTMSK        0x4A000008    /* Interupt-Controller base addresses */

127 # define INTSUBMSK    0x4A00001C

128 # define CLKDIVN    0x4C000014    /* clock divisor register */

129 #endif

添加对S3C2440的支持，添加修改如下，因为S3C2440这4个寄存器的地址与S3C2410一致，所以也可直接在124行添加对S3C2440的判断：

------- /cpu/arm920t/start.S -------

120 #if defined(CONFIG_S3C2400)

121 # define pWTCON        0x15300000

122 # define INTMSK        0x14400008    /* Interupt-Controller base addresses */

123 # define CLKDIVN    0x14800014    /* clock divisor register */

124 #elif defined(CONFIG_S3C2410)

125 # define pWTCON        0x53000000

126 # define INTMSK        0x4A000008    /* Interupt-Controller base addresses */

127 # define INTSUBMSK    0x4A00001C

128 # define CLKDIVN    0x4C000014    /* clock divisor register */

129 #elif defined(CONFIG_S3C2440)

130 # define pWTCON        0x53000000

131 # define INTMSK        0x4A000008    /* Interupt-Controller base addresses */

132 # define INTSUBMSK    0x4A00001C

133 # define CLKDIVN    0x4C000014    /* clock divisor register */

134 #endif

接下来关闭看门狗：

------- /cpu/arm920t/start.S -------

136 #if defined(CONFIG_S3C2400) || defined(CONFIG_S3C2410)

137     ldr     r0, =pWTCON

138     mov     r1, #0x0

139     str     r1, [r0]

屏蔽中断：

------- /cpu/arm920t/start.S -------

141     /*

142      * mask all IRQs by setting all bits in the INTMR - default

143      */

144     mov    r1, #0xffffffff

145     ldr    r0, =INTMSK

146     str    r1, [r0]

147 # if defined(CONFIG_S3C2410)

148     ldr    r1, =0x3ff

149     ldr    r0, =INTSUBMSK

150     str    r1, [r0]

151 # endif

以及设置时钟分频：

------- /cpu/arm920t/start.S -------

153     /* FCLK:HCLK:PCLK = 1:2:4 */

154     /* default FCLK is 120 MHz ! */

155     ldr    r0, =CLKDIVN

156     mov    r1, #3

157     str    r1, [r0]

158 #endif    /* CONFIG_S3C2400 || CONFIG_S3C2410 */

S3C2440的看门狗、中断设置与S3C2410相似，具体操作见S3C2440数据手册。但两者时钟设置上稍微有些区别，S3C2440内部有两个锁相环（PLL），一个用于FCLK、HCLK、PCLK，另一个用于USB模块（通常设置为48MHz）。FCLK即为CPU运行频率，HCLK用于AHB总线上的外设，PCLK用于APB总线上的外设。

S3C2440通过MPLLCON与UPLLCON两个寄存器来设置时钟频率（注意如果要同时设置MPLL与UPLL时，应该先设置UPLL，中间间隔大约7个时钟周期，然后再设置MPLL）：

在刚上电时钟频率默认为晶振频率，即12MHz，通过设置时钟倍频，获得实际工作的时钟频率，计算公式如下，其中Fin在这里为晶振频率，即12MHz，MPLL计算的结果即为FCLK的值，而S3C2410的MPLL计算略有不同（MPLL少乘一个2）：

S3C2440通过CLKDIVN寄存器设置FCLK、HCLK、PLCK的分频：

并且，在HDIVN不为0时，需要将CPU的总线模式从快速总线模式改变为其他模式，而S3C2440不支持同步总线模式，因此将其设置为异步总线模式，否则CPU将按HCLK的频率运行：

在ARM920T的技术手册中有详细说明，ARM处理器使用协处理器15（CP15）的寄存器来控制cache、TCM和MMU等，CP15包含了编号为0~15的共16个32位的寄存器，其中总线模式控制在寄存器1（Register 1, control register），其说明与访问指令如下：

总线模式的控制位是第[31:30]位，设置方式如下：

因此，根据上述分析进行修改，首先添加对S3C2440的支持：

------- /cpu/arm920t/start.S -------

136 #if defined(CONFIG_S3C2400) || defined(CONFIG_S3C2410) || defined(CONFIG_S3C2440)

看门狗的设置与S3C2410一致，不需要修改。中断屏蔽寄存器INTMSK的设置也一致，而S3C2440的中断子屏蔽寄存器INTSUBMSK中位[14:0]均需要进行屏蔽，添加修改如下：

------- /cpu/arm920t/start.S -------

151 # elif defined(CONFIG_S3C2440)

152     ldr    r1, =0x7fff

153     ldr    r0, =INTSUBMSK

154     str    r1, [r0]

由于S3C2440的时钟设置与S3C2410不同，同时为了后续程序（SDRAM等）的设置，将S3C2440的时钟频率FCLK设置为200MHz，且分频比为1:2:4，即FCLK : HLCK : PCLK=200MHz : 100MHz : 50MHz，因此添加修改：

------- /cpu/arm920t/start.S -------

157 # if defined(CONFIG_S3C2400) || defined(CONFIG_S3C2410)

158     /* FCLK:HCLK:PCLK = 1:2:4 */

159     /* default FCLK is 120 MHz ! */

160     ldr    r0, =CLKDIVN

161     mov    r1, #3

162     str    r1, [r0]

163 # elif defined(CONFIG_S3C2440)

164     /* FCLK:HCLK:PCLK = 200MHz:100MHz:50MHz */

165 # define MPLLCON 0x4C000004

166 # define MPLL_200MHz    ((0x5C<<12)|(0x01<<4)|(0x02))

167     ldr    r0, =MPLLCON