vboot详细分析之-二

2013-03-25

vboot详细分析之-2程序首先是从head.S里面进行执行的。这个代码有点长，我一次贴出 #define __ASSEMBLY__#in

vboot详细分析之-2

程序首先是从head.S里面进行执行的。这个代码有点长，我一次贴出

#define __ASSEMBLY__#include "s3c2440.h"#include "smdk2440.h"#include "parameters.h"@ Start of executable code /* Fin = 12MHz */#define S3C2440_UPLL_48MHZ_Fin12MHz     ((0x38<<12)|(0x02<<4)|(0x02))@@ Exception vector table (physical address = 0x00000000)@.section .text.FirstSector.globl first_sectorfirst_sector:@ 0x00: ResetbReset@ 0x04: Undefined instruction exceptionUndefEntryPoint:bUndefEntryPoint@ 0x08: Software interrupt exceptionSWIEntryPoint:bSWIEntryPoint@ 0x0c: Prefetch Abort (Instruction Fetch Memory Abort)PrefetchAbortEnteryPoint:bPrefetchAbortEnteryPoint@ 0x10: Data Access Memory AbortDataAbortEntryPoint:bDataAbortEntryPoint@ 0x14: Not usedNotUsedEntryPoint:bNotUsedEntryPoint@ 0x18: IRQ(Interrupt Request) exceptionIRQEntryPoint:bIRQHandle@ 0x1c: FIQ(Fast Interrupt Request) exceptionFIQEntryPoint:bFIQEntryPoint@0x20: Fixed address global value. will be replaced by downloader..long ZBOOT_MAGIC.byte OS_TYPE, HAS_NAND_BIOS, (LOGO_POS & 0xFF), ((LOGO_POS >>8) &0xFF).long OS_START.long OS_LENGTH.long OS_RAM_START.string LINUX_CMD_LINE.section .textReset:@ disable watch dog timermovr1, #0x53000000     //WTCONmovr2, #0x0strr2, [r1]@ disable all interruptsmovr1, #INT_CTL_BASE   //SRCPND   S3c2440.hmovr2, #0xffffffffstrr2, [r1, #oINTMSK]ldrr2, =0x7ffstrr2, [r1, #oINTSUBMSK]@ initialise system clocksmovr1, #CLK_CTL_BASEmvnr2, #0xff000000strr2, [r1, #oLOCKTIME]movr1, #CLK_CTL_BASEldrr2, clkdivn_valuestrr2, [r1, #oCLKDIVN]mrcp15, 0, r1, c1, c0, 0@ read ctrl register orrr1, r1, #0xc0000000@ Asynchronous  mcrp15, 0, r1, c1, c0, 0@ write ctrl registermovr1, #CLK_CTL_BASEldr r2, =S3C2440_UPLL_48MHZ_Fin12MHzstr r2, [r1, #oUPLLCON]nopnopnopnopnopnopnopnopnopldrsp, DW_STACK_START@ setup stack pointerldr r2, mpll_value_USER @ clock user set 12MHzstrr2, [r1, #oMPLLCON]blmemsetup@ set GPIO for UARTmovr1, #GPIO_CTL_BASEaddr1, r1, #oGPIO_Hldrr2, gpio_con_uartstrr2, [r1, #oGPIO_CON]ldrr2, gpio_up_uartstrr2, [r1, #oGPIO_UP]blInitUART@ get read to call C functionsmovfp, #0@ no previous frame, so fp=0mova2, #0@ set argv to NULL blMain1:b1b @/* * subroutines */memsetup:@ initialise the static memory @ set memory control registersmovr1, #MEM_CTL_BASEadrlr2, mem_cfg_valaddr3, r1, #521:ldrr4, [r2], #4strr4, [r1], #4cmpr1, r3bne1bmovpc, lr.globl ReadPage512ReadPage512:stmfdsp!, {r2-r7}movr2, #0x2001:ldrr4, [r1]ldrr5, [r1]ldrr6, [r1]ldrr7, [r1]stmiar0!, {r4-r7}ldrr4, [r1]ldrr5, [r1]ldrr6, [r1]ldrr7, [r1]stmiar0!, {r4-r7}ldrr4, [r1]ldrr5, [r1]ldrr6, [r1]ldrr7, [r1]stmiar0!, {r4-r7}ldrr4, [r1]ldrr5, [r1]ldrr6, [r1]ldrr7, [r1]stmiar0!, {r4-r7}subsr2, r2, #64bne1b;ldmfdsp!, {r2-r7}movpc,lr@ Initialize UART@@ r0 = number of UART portInitUART:ldrr1, SerBasemovr2, #0x0strr2, [r1, #oUFCON]strr2, [r1, #oUMCON]movr2, #0x3strr2, [r1, #oULCON]ldrr2, =0x245strr2, [r1, #oUCON]//#define UART_BAUD_RATE115200//#define UART_PCLK_400_148    50000000//#define UART_PCLK           UART_PCLK_400_148#define UART_BRD ((UART_PCLK  / (UART_BAUD_RATE * 16)) - 1)movr2, #UART_BRDstrr2, [r1, #oUBRDIV]movr3, #100movr2, #0x01:subr3, r3, #0x1tstr2, r3bne1bmovpc, lrIRQHandle:ldrpc, =0x33f00000+0x18nopnop@@ Data Area@@ Memory configuration values.align 4mem_cfg_val:.longvBWSCON.longvBANKCON0.longvBANKCON1.longvBANKCON2.longvBANKCON3.longvBANKCON4.longvBANKCON5.longvBANKCON6.longvBANKCON7.longvREFRESH.longvBANKSIZE.longvMRSRB6.longvMRSRB7@ Processor clock values.align 4mpll_value_USER:.long   vMPLLCON_NOW_USERclkdivn_value:.longvCLKDIVN_NOW@ initial values for serialuart_ulcon:.longvULCONuart_ucon:.longvUCONuart_ufcon:.longvUFCONuart_umcon:.longvUMCON@ inital values for GPIOgpio_con_uart:.longvGPHCONgpio_up_uart:.longvGPHUP.align2DW_STACK_START:.word0x34000000-4.align 4SerBase:.long UART0_CTL_BASE

程序从第19行开始执行，20~29行定义了异常向量表，可以发现其中第一条指令是一条跳转指令，说以说程序开始后直接跳转到第61行开始进行执行。再上面的异常向量表中，只有复位异常实现了，其余的都没有实现。52~58行是数据的定义。下面开始从61行看，62~65行关闭看门狗，这是一个常见的用法，也是arm汇编指令的LOAD/STORE模式的典型体现。这里以这个作为例子说下，后面很多同样的用法不再重复。0x53000000正好是看门口控制寄存器WTCON的地址，63行就是将立即数0x53000000放入寄存器R1中，然后64行将立即数0放到寄存器R2中，52行将R2寄存器中的内容放入R1寄存器里面存储的值值的地址处。用C实现的话很简单，这三行的意思就是WTCON=0；关闭看门狗。同样，68行~72行是屏蔽中断，75~100设置系统时钟和USB时钟，想具体了解的可以看看手册。102行：设置堆栈。106行：调到标号memsetup处执行，进行存储器控制器设置。也就是说跳转到131行继续执行，135行到142行进行存储器相关的13个控制寄存器的设置。MEM_CTRL_BASE=0X48000000，在s3c2440.h中定义。136行是一条伪指令，其中的mem_val_cfg在215行，215行开始的地方，表示连续分配了13个int型的空间。所以这几行的意思就是将mem_val_cfg开始的13个数值依次赋值给48000000开始的13个寄存器。这13个寄存器如下图所示：

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然后执行142行，意思说从调用的这个子函数中返回，程序跳到109行继续执行，109~114设置管脚的功能，也就是设置为UART，115行跳转的inituart对串口进行初始化，179~202实现了此函数。 122行 bl Main，跳到Main.c中的Main()函数去执行。

void Main(void){MMU_EnableICache();MMU_EnableDCache();Port_Init();NandInit();if (g_page_type == PAGE_UNKNOWN) {Uart_SendString("\r\nunsupport NAND\r\n");for(;;);}GetParameters();Uart_SendString("load Image of Linux...\n\r");ReadImageFromNand();}

上面3,4行打开缓存。

6行，是端口初始化函数，进入这个函数看下

（在244x_lib.c中）

void Port_Init(void){GPACON = 0x7fffff;GPBCON = 0x044555;GPBUP = 0x7ff;// The pull up function is disabled GPB[10:0]GPCCON = 0xaaaaaaaa;GPCUP = 0xffff;// The pull up function is disabled GPC[15:0] GPDCON = 0x00151544;GPDDAT = 0x0430;GPDUP = 0x877A;GPECON = 0xaa2aaaaa;GPEUP = 0xf7ff;// GPE11 is NCGPFCON = 0x55aa;GPFUP = 0xff;// The pull up function is disabled GPF[7:0]GPGCON = 1<<8;GPGDAT = 0;GPHCON = 0x16faaa;GPHUP = 0x7ff;// The pull up function is disabled GPH[10:0]EXTINT0 = 0x22222222;// EINT[7:0]EXTINT1 = 0x22222222;// EINT[15:8]EXTINT2 = 0x22222222;// EINT[23:16]}

上面的各个行很显然，设置各个端口的功能，以及电平状态等下面还是看Main()中的7行，NANDFLASH的初始化，

void NandInit(void){NFCONF = (TACLS << 12) | (TWRPH0 << 8) | (TWRPH1 << 4) | (0 << 0);NFCONT =    (0 << 13) | (0 << 12) | (0 << 10) | (0 << 9) | (0 << 8) | (0 << 6) |    (0 << 5) | (1 << 4) | (1 << 1) | (1 << 0);NFSTAT = 0;NandReset();NandCheckId();}

static inline U32 NandCheckId(void){U8 Mid, Did, DontCare, id4th;NF_nFCE_L();NF_CMD(0x90);NF_ADDR(0x0);delay();Mid = NF_RDDATA8();Did = NF_RDDATA8();DontCare = NF_RDDATA8();id4th = NF_RDDATA8();NF_nFCE_H();switch(Did) {case 0x76:g_page_type = PAGE512;break;case 0xF1:case 0xD3:case 0xDA:case 0xDC:g_page_type = PAGE2048;break;default:;}return (U32) ((Mid << 24) | (Did << 16) | (DontCare << 8) | id4th);}

在上面的检查NAND的ID里面要注意，g_page_tyoe这个决定了页的类型，如果探测到的页的类型，是未定义的，直接进入死循环。就绪看main（）函数的下面几行就知道了，如下

if (g_page_type == PAGE_UNKNOWN) {Uart_SendString("\r\nunsupport NAND\r\n");for(;;);}

main的14行GetParameters(); 进入这个函数看看，就在Main.c文件中

static inline void GetParameters(void){U32 Buf[2048];g_os_type = OS_LINUX;g_os_start = 0x60000;g_os_length = 0x500000;g_os_ram_start = 0x30008000;// vivi LINUX CMD LINENandReadOneSector((U8 *)Buf, 0x48000);if (Buf[0] == 0x49564956 && Buf[1] == 0x4C444D43) {memcpy(g_linux_cmd_line, (char *)&(Buf[2]), sizeof g_linux_cmd_line);}}

第4行确定了系统的类型为linux，第5行确定了系统在flash中的开始地址，第六行是系统的长度，第8行是系统在ram中的起始地址，第11行从nand地址0x48000地址处读一个扇区。下面两行是判断如果幻数码正确，就能判定下面的相应字节数为命令行参数。对上面的NandReadOneSector((U8 *)Buf, 0x48000);函数进行跟踪下

int NandReadOneSector(U8 * buffer, U32 addr){int ret;switch(g_page_type) {case PAGE512:ret = NandReadOneSectorP512(buffer, addr);break;case PAGE2048:ret = NandReadOneSectorP2048(buffer, addr);break;default:for(;;);}return ret;}

上面就是根据一开始检测出来的页大小调用相应的函数，这里是调用下面一个，也就是NandReadOneSectorP2048(buffer, addr);在对这个函数进行跟踪

static inline int NandReadOneSectorP2048(U8 * buffer, U32 addr){U32 sector;sector = addr >> 11;delay();NandReset();#if 0NF_RSTECC();NF_MECC_UnLock();#endifNF_nFCE_L();NF_CLEAR_RB();NF_CMD(0x00);NF_ADDR(0x00);NF_ADDR(0x00);NF_ADDR(sector & 0xff);NF_ADDR((sector >> 8) & 0xff);NF_ADDR((sector >> 16) & 0xff);NF_CMD(0x30);delay();NF_DETECT_RB();ReadPage512(buffer + 0 * 512, &NFDATA);ReadPage512(buffer + 1 * 512, &NFDATA);ReadPage512(buffer + 2 * 512, &NFDATA);ReadPage512(buffer + 3 * 512, &NFDATA);#if 0NF_MECC_Lock();#endifNF_nFCE_H();return 1;}

这里不懂的就要去了解下NAND的读写了，这个很重要。这里重要的函数是ReadPage512(buffer + 0 * 512, &NFDATA);，这个函数在head.S中用汇编实现的，在最上面的head.s中的147~174行，这个函数每次读取512字节。下面就是执行Main()中的ReadImageFromNand();实现linux内核从nandflash复制到ram中，下面是实现

void ReadImageFromNand(void){unsigned int Length;U8 *RAM;unsigned BlockNum;unsigned pos;Length = g_os_length;Length = (Length + BLOCK_SIZE - 1) >> (BYTE_SECTOR_SHIFT + SECTOR_BLOCK_SHIFT) << (BYTE_SECTOR_SHIFT + SECTOR_BLOCK_SHIFT); // align to Block SizeBlockNum = g_os_start >> (BYTE_SECTOR_SHIFT + SECTOR_BLOCK_SHIFT);RAM = (U8 *) g_os_ram_start;for (pos = 0; pos < Length; pos += BLOCK_SIZE) {unsigned int i;// skip badblockfor (;;) {if (NandIsGoodBlock    (BlockNum <<     (BYTE_SECTOR_SHIFT + SECTOR_BLOCK_SHIFT))) {break;}BlockNum++;//try next}for (i = 0; i < BLOCK_SIZE; i += SECTOR_SIZE) {int ret =    NandReadOneSector(RAM,      (BlockNum <<       (BYTE_SECTOR_SHIFT +SECTOR_BLOCK_SHIFT)) + i);RAM += SECTOR_SIZE;ret = 0;}BlockNum++;}CallLinux();}

这个首先进行个地址的转换，然后判断是否是坏块，如果是坏块，就直接跳过，不是坏块就去执行从NAND到ram的复制操作，最后调用CallLinux();看其实现

static void CallLinux(void){struct param_struct {union {struct {unsigned long page_size;/*  0 */unsigned long nr_pages;/*  4 */unsigned long ramdisk_size;/*  8 */unsigned long flags;/* 12 */unsigned long rootdev;/* 16 */unsigned long video_num_cols;/* 20 */unsigned long video_num_rows;/* 24 */unsigned long video_x;/* 28 */unsigned long video_y;/* 32 */unsigned long memc_control_reg;/* 36 */unsigned char sounddefault;/* 40 */unsigned char adfsdrives;/* 41 */unsigned char bytes_per_char_h;/* 42 */unsigned char bytes_per_char_v;/* 43 */unsigned long pages_in_bank[4];/* 44 */unsigned long pages_in_vram;/* 60 */unsigned long initrd_start;/* 64 */unsigned long initrd_size;/* 68 */unsigned long rd_start;/* 72 */unsigned long system_rev;/* 76 */unsigned long system_serial_low;/* 80 */unsigned long system_serial_high;/* 84 */unsigned long mem_fclk_21285;/* 88 */} s;char unused[256];} u1;union {char paths[8][128];struct {unsigned long magic;char n[1024 - sizeof(unsigned long)];} s;} u2;char commandline[1024];};struct param_struct *p = (struct param_struct *)0x30000100;memset(p, 0, sizeof(*p));memcpy(p->commandline, g_linux_cmd_line, sizeof(g_linux_cmd_line));p->u1.s.page_size = 4 * 1024;p->u1.s.nr_pages = 64 * 1024 * 1024 / (4 * 1024);{unsigned int *pp = (unsigned int *)(0x30008024);if (pp[0] == 0x016f2818) {  // Magic number of zImage//Uart_SendString("\n\rOk\n\r");} else {Uart_SendString("\n\rWrong Linux Kernel\n\r");for (;;) ;}} asm ("movr5, %2\n""movr0, %0\n""movr1, %1\n""movip, #0\n""movpc, r5\n""nop\n" "nop\n":/* no outpus */:"r"(0), "r"(1999), "r"(g_os_ram_start));}

先定义了一个struct param_struct结构体变量，从这里就可以看出，vboot用的是旧的方式，新的是用tag方式，U-boot里面有实现，可以去看一下，struct param_struct与内核里定义的一样。第41~59行，看注释可以明白，第60~67行，是内核的一些约定：

R0 = 0

R1 = 机器ID

。。。

最后第65行，设置pc为内核映像在内存中的起始地址，直接跳到内核映像的入口，从而开始内核代码的执行......

总结一下：本来看这个bootloader不大，想仔仔细细介绍一下，后来发现不大容易，如果要一条条语句介绍，那也实在没啥意思。如果基本的ARM汇编都懂的话，那这个也不难了。装个sourceinsight软件对这个代码进行跟踪，条理很清晰。vboot的好处是很简单，代码量在4K内，因此可以直接在SOC自带的sram里面执行，进行系统的引导。但是，但是目前只支持2440，只能从NANDFLASH启动，功能化不是单一，是唯一，那就是用来引导系统。不能提供UBOOT那样大的功能。如果学bootloader先从vboot开始，我想是非常好的。因为UBOOT相对来说较为复杂，很容易让人头晕。这些类型的选取，要根据项目而定，也并不是越复杂越好。

需要vboot源码的，请留言留下邮箱。

ZJW

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