uboot移植过程中的运行地址和装载地址的区别

只看该作者 · 2017-4-12 09:36

uboot移植涉及到底层硬件的设置，因此需要掌握UART、系统时钟频率、NOR FLASH、NAND FLASH、SDRAM、网卡、存储控制器等硬件的功能及配置，这些都可以参照相应开发板的芯片手册来完成，没有什么大的问题。在移植过程中，一直困扰我的是PIC(代码无关性)问题，即运行地址和加载地址的区别，看过网上很多关于这两者的介绍，感觉懂一点，却一直不知所然。在参考大量的文献下，算是得了一点心得。
首先来了解下运行地址及加载地址的区别
运行地址：也叫链接地址，是程序定位的绝对地址，即在编译连接时确定的地址。如果程序中有位置相关指令，程序在运行时，程序必须在运行地址上。
加载地址：程序放置的位置。
运行地址和加载地址的值有时相等，有时却不相等，所以这给初学者带来很大的困扰。为了弄清楚这个问题，还得从NOR FLASH，NAND FLASH,S3C2440内部4KB RAM的映射说起。

左边表示从NOR FLASH启动时的映射，右边表示从NAND FLASH启动时的映射。
这里只讨论从NOR FLASH启动的情况，从图中可以看出NOR FLASH映射到了0X00000000的起始位置，假如UBOOT的代码存放在NOR FLASH上，即装载地址为0X00000000。再来看看UBOOT的链接地址，代码在board/smdk2410/U-Boot.lds里。

连接脚本文件lds中没有设置LMA，只是设置了VMA。VMA的设置是通过顶层目录下的config.mk文件中的LDFLAGS实现的

在board/smdk2410/config.mk定义了TEXT_BASE = 0x33F80000（SDRAM），即程序的运行地址

查看u-boot.map文件，代码的连接地址是从0x33F80000开始的。

167 .text       0x33f80000       0x232c8
      168       cpu/arm920t/start.o(.text)
      169       .text             0x33f80000             0x4a0 cpu/arm920t/start.o
      170                               0x33f80048             _bss_start
      171                               0x33f8004c             _bss_end
      172                               0x33f80044             _armboot_start
      173                               0x33f80000             _start
      174       board/samsung/fs2410/lowlevel_init.o(.text)
      175       .text             0x33f804a0       0x64 board/samsung/fs2410/lowlevel_init.o
      176                               0x33f804a4             lowlevel_init
      177       board/samsung/fs2410/nand_read.o(.text)
      178       .text             0x33f80504       0xe8 board/samsung/fs2410/nand_read.o
      179                               0x33f80504             wait_idle
      180                               0x33f80518             nand_read_ll

此时装载地址和运行地址明显不一样，为什么程序还能运行呢？这里就涉及到PIC----代码无关设计方面的知识了。在汇编语言中，像bl、b、adr（adr属于伪指令，一般被编译器解释成sub指令）指令属于位置无关指令，不管程序装载在哪个位置上，bl、b、adr指令都能正确的运行，其原因是bl、b、adr指令的地址域是基于PC的相对偏移寻址，相当于[pc+offset]。当ARM启动时，ARM自动取0x00000000位置上的指令，此时PC=0x00000000。
基于PC偏移量的指令都能正确的执行。所以uboot第一阶段指令都能执行的原因在于此。
但我们回顾一下u-boot的启动过程中的第一阶段有将u-boot代码复制到SDRAM中，并跳到SDRAM中去运行，因为SDRAM映射到了BANK6，其地址为0x30000000，此时uboot代码的地址范围从 TEXT_BASE----TEXT_BASE+size(u-boot)，程序是如何跳转的呢？跳转到SDRAM为何还能运行呢？这里就需要看下cpu/arm920t/start.S中的relocate标号。

relocate: 把norflash中的代码复制到_TEXT_BASE处，在board/smdk2410/config.mk定义了TEXT_BASE = 0x33F80000，这个地址属于BANK6的范围。也就是把代码复制到从_TEXT_BASE地址开始的SDRAM中，当然在复制之前是要初始化SDRAM的，要不然SDRAM没法使用。至此，代码已复制到SDRAM中，那么就要跳到SDRAM中去运行，跳转之前要做stack设置，清BSS，这些就不说了。下面来说如何跳转的，请看下面这条指令。
ldrpc, _start_armboot
ldr伪指令中目的寄存器如果是pc,则ldr是与位置相关的指令，u-boot.map文件可以看出，_start_armboot=0x33f80044, 即pc=0x33f80004。这样uboot就跳到SDRAM上去运行了，且这条指令刚好处在其运行地址处，所以程序就能正确的运行。