s3c2440启动文件详细分析
s3c2440启动文件详细分析
启动文件就是引导ARM启动，并进入我们熟悉的C语言程序。它主要完成了ARM最基本的硬件初始化工作。虽然启动文件的内容大同小异（就是设置系统时钟、内存、中断向量表、栈等内容），而且只要有一个现成的启动文件，即使不用详细了解该文件的内容，直接进入C语言编程工作也可以对ARM进行操作，但我认为熟悉启动文件的内容，还是有必要的，它对我们熟悉ARM的体系结构，编写出更高效的程序是大有益处的。因此我花了一些时间详细分析了s3c2440启动文件的内容，让它作为我进入ARM领域研究的开端，希望能有一个好的起点，为以后的研究打下基础。
下面就是我对s3c2440启动文件的分析，标注了较详细的注解，不仅有我对启动文件的理解，同时也查阅其他网友的相关文章。理解不对的地方还望大家指正！
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; NAME: 2440INIT.S
; DESC: C start up codes
; Configure memory, ISR ,stacks
; Initialize C-variables
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；GET类似于C语言的include，option.inc文件内定义了一些全局变量，memcfg.inc文件内定义了关于内存bank的符号和数字常量，2440addr.inc文件内定义了用于汇编的s3c2440寄存器变量和地址
GET option.inc
GET memcfg.inc
GET 2440addr.inc
；SDRAM自刷新位，把寄存器REFRESH的第22位处置1
BIT_SELFREFRESH EQU (1<<22)
；CPSR中的低5位定义了处理器的七种工作模式，为以后切换模式时使用
;Pre-defined constants
USERMODE EQU 0x10
FIQMODE EQU 0x11
IRQMODE EQU 0x12
SVCMODE EQU 0x13
ABORTMODE EQU 0x17
UNDEFMODE EQU 0x1b
MODEMASK EQU 0x1f
；CPSR中的I位和F位置1，表示禁止任何中断
NOINT EQU 0xc0
；定义了7种处理器模式下的栈的起始地址，其中用户模式和系统模式共有一个栈空间
；_STACK_BASEADDRESS在option.inc文件内定义，值为0x33ff8000
;The location of stacks
UserStack EQU (_STACK_BASEADDRESS-0x3800) ;0x33ff4800 ~
SVCStack EQU (_STACK_BASEADDRESS-0x2800) ;0x33ff5800 ~
UndefStack EQU (_STACK_BASEADDRESS-0x2400) ;0x33ff5c00 ~
AbortStack EQU (_STACK_BASEADDRESS-0x2000) ;0x33ff6000 ~
IRQStack EQU (_STACK_BASEADDRESS-0x1000) ;0x33ff7000 ~
FIQStack EQU (_STACK_BASEADDRESS-0x0) ;0x33ff8000 ~
；ARM处理器的两种工作状态：16位和32位
；编译器有相对应的用16位和32位两种编译方式
；这段的目的是统一目前的处理器工作状态和软件编译方式
;Check if tasm.exe(armasm -16 ...@ADS 1.0) is used.
GBLL THUMBCODE ；声明一个全局逻辑变量
[ {CONFIG} = 16 ；if CONFIG == 16
THUMBCODE SETL {TRUE} ；THUMBCODE = TRUE
CODE32 ；指示编译器为ARM指令
| ；else
THUMBCODE SETL {FALSE} ；THUMBCODE = FALSE
]
；宏定义，在后面出现MOV_PC_LR时，这个宏会被自动展开
；该宏的作用是跳出子程序，返回被调用处
MACRO
MOV_PC_LR
[ THUMBCODE ；if THUMBCODE == TRUE
bx lr
| ；else 即THUMBCODE == FALSE
mov pc,lr
]
MEND
；该宏定义的作用是有条件地（当Z=1时）跳出子程序，返回被调用处
MACRO
MOVEQ_PC_LR
[ THUMBCODE
bxeq lr
|
moveq pc,lr
]
MEND
；该宏定义是把中断服务程序的首地址装载到pc中
；在后面当遇到HandlerXXX HANDLER HandleXXX时，该宏被展开
；注意：HANDLER前的符号HandlerXXX比其后的符号HandleXXX多了一个r
；HandlerXXX为ARM体系中统一定义的几种异常中断
；HandleXXX为每个ARM处理器各自定义的中断，见该文件最后部分的中断向量表
MACRO
$HandlerLabel HANDLER $HandleLabel
$HandlerLabel
sub sp,sp,#4 ；ATPCS规定数据栈为FD类型
；即栈指针指向栈顶元素，数据栈向内存地址减小的方向增长
；该语句是使栈地址减小4个字节，以留出空间装载中断服务函数首地址
stmfd sp!,{r0} ；由于要利用r0寄存器来传递数据，所以要保存r0数据，使其入栈
ldr r0,=$HandleLabel ；把HandleXXX的地址装到r0
ldr r0,[r0] ；装载中断服务函数的起始地址
str r0,[sp,#4] ；中断函数首地址入栈
ldmfd sp!,{r0,pc} ；将事先保存的r0数据和中断函数首地址出栈
；并使系统跳转到相应的中断处理函数
MEND
；导入连接器事先定义好的运行域中三个段变量
；ARM的可执行映像文件由RO、RW、ZI三个段组成
；RO为代码段，RW为已初始化的全局变量，ZI为未初始化的全局变量
IMPORT |Image$$RO$$Base| ；RO段起始地址
IMPORT |Image$$RO$$Limit| ；RO段结束地址加1，等于RW段起始地址
IMPORT |Image$$RW$$Base| ；RW段起始地址
IMPORT |Image$$ZI$$Base| ；ZI段起始地址
IMPORT |Image$$ZI$$Limit| ；ZI段结束地址加1
；导入两个关于MMU的函数，用于设置时钟模式为异步模式和快速总线模式
IMPORT MMU_SetAsyncBusMode
IMPORT MMU_SetFastBusMode ;
；导入Main，它为C语言程序入口函数
IMPORT Main ; The main entry of mon program
；导入用于复制从Nand Flash中的映像文件到SDRAM中的函数
IMPORT RdNF2SDRAM ; Copy Image from Nand Flash to SDRAM
；定义代码段，名为Init
AREA Init,CODE,READONLY
；在入口处（0x0）开始的8个字单元空间内，存放的是ARM异常中断向量表，每个字单元空间都是一条跳转指令，当异常发生时，ARM会自动跳转到相应的中断向量处，并由该处的跳转指令再跳转到相应的执行函数处
ENTRY ；程序入口处
EXPORT __ENTRY ；导出__ENTRY，即导出代码段入口地址
__ENTRY ；主要用于MMU
ResetEntry
;1)The code, which converts to Big-endian, should be in little endian code.
;2)The following little endian code will be compiled in Big-Endian mode.
; The code byte order should be changed as the memory bus width.
;3)The pseudo instruction,DCD can not be used here because the linker generates error.
；在0x0处的异常中断是复位异常中断，是上电后执行的第一条指令
；变量ENDIAN_CHANGE用于标记是否要从小端模式改变为大端模式，因为编译器初始模式是小端模式，如果要用大端模式，就要事先把该变量设置为TRUE，否则为FLASE
；变量ENTRY_BUS_WIDTH用于设置总线的宽度，因为用16位和8位宽度来表示32位数据时，在大端模式下，数据的含义是不同的
；由于要考虑到大端和小端模式，以及总线的宽度，因此该处看似较复杂，其实只是一条跳转指令：当为大端模式时，跳转到ChangeBigEndian函数处，否则跳转到ResetHandler函数处
ASSERT :DEF:ENDIAN_CHANGE ；判断是否定义了ENDIAN_CHANGE
；如果没有定义，则报告该处错误信息
[ ENDIAN_CHANGE ；if ENDIAN_CHANGE ==TRUE
ASSERT :DEF:ENTRY_BUS_WIDTH ；判断是否定义了ENTRY_BUS_WIDTH
；如果没有定义，则报告该处错误信息
[ ENTRY_BUS_WIDTH=32 ；if ENTRY_BUS_WIDTH ==32
；跳转到ChangeBigEndian（ChangeBigEndian在0x24），因此该条指令的机器码为0xea000007
；所以该语句与在该处（即0x0处）直接放入0xea000007数据（即DCD 0xea000007）作用相同
b ChangeBigEndian
]
[ ENTRY_BUS_WIDTH=16 ；if ENTRY_BUS_WIDTH ==16
；在小端模式下，用16位或8位数据总线宽度表示32位数据，与用32位总线宽度表示32位数据，格式完全一致。但在大端模式下，格式就会发生变化
；在复位时，系统默认的是小端模式，所以就要人为地改变数据格式，使得用16位大端数据表示的32位数据也能被小端模式的系统识别
；该语句的目的也是跳转到ChangeBigEndian，即机器码也应该是0xea000007，但为了让小端模式系统识别，就要把机器码的顺序做一下调整，改为0x0007ea00，那么我们就可以用DCD 0x0007ea00把机器码装载进去了，但由于该处不能使用DCD伪指令，因此我们就要用一条真实的指令来代替DCD 0x0007ea00，即该指令编译后的机器码也为0x0007ea00，而andeq r14,r7,r0,lsl #20就是一条编译后机器码为0x0007ea00的指令，所以我们在该处写上该条指令
andeq r14,r7,r0,lsl #20 ;DCD 0x0007ea00
]
[ ENTRY_BUS_WIDTH=8 ；if ENTRY_BUS_WIDTH ==8
；该语句的分析与上一段代码的分析相似
；streq r0,[r0,-r10,ror #1]编译后的机器码为0x070000ea
streq r0,[r0,-r10,ror #1] ;DCD 0x070000ea
]
| ；else 即ENDIAN_CHANGE ==FALSE
b ResetHandler ；跳转到ResetHandler处，复位
]
b HandlerUndef ；未定义
b HandlerSWI ；软件中断
b HandlerPabort ；指令预取中止
b HandlerDabort ；数据访问中止
b . ；保留，跳转到自身地址处，即进入死循环
b HandlerIRQ ；外部中断请求
b HandlerFIQ ；快速中断请求
；以上为异常中断向量表
；跳转到EnterPWDN，处理电源管理的其他非正常模式，在C语言程序段中被调用
；该处地址为0x20，至于为什么要在该处执行，我认为可能是该处离异常中断向量表最近吧
b EnterPWDN ; Must be @0x20.
；由0x0跳转至此，目的是把小端模式改为大端模式，即把CP15中的寄存器C1中的第7位置1
ChangeBigEndian
;@0x24
[ ENTRY_BUS_WIDTH=32 ；if ENTRY_BUS_WIDTH == 32
；执行mrc p15,0,r0,c1,c0,0，得到CP15中的寄存器C1，放入r0中
；由于mrc p15,0,r0,c1,c0,0的机器码为0xee110f10
；因此DCD 0xee110f10的意思就是mrc p15,0,r0,c1,c0,0。下同
DCD 0xee110f10 ;0xee110f10 => mrc p15,0,r0,c1,c0,0
；执行orr r0,r0,#0x80，置r0中的第7位为1，表示选择大端模式
DCD 0xe3800080 ;0xe3800080 => orr r0,r0,#0x80; //Big-endian
；执行mcr p15,0,r0,c1,c0,0，把r0写入CP15中的寄存器C1
DCD 0xee010f10 ;0xee010f10 => mcr p15,0,r0,c1,c0,0
]
[ ENTRY_BUS_WIDTH=16 ；if ENTRY_BUS_WIDTH == 16
；由于此时系统还不能识别16位或8位大端模式下表示的32为数据
；因此还需人为地进行数据调整，即把0xee110f10变为0x0f10ee11
；然后用DCD指令存入该数据。下同
DCD 0x0f10ee11
DCD 0x0080e380
DCD 0x0f10ee01
]
[ ENTRY_BUS_WIDTH=8 ；if ENTRY_BUS_WIDTH == 8
DCD 0x100f11ee
DCD 0x800080e3
DCD 0x100f01ee
]
；相当于NOP指令
；作用是等待系统从小端模式向大端模式转换
；此后系统就能够自动识别出不同总线宽度下的大端模式，因此以后就无需再人为调整指令了
DCD 0xffffffff ;swinv 0xffffff is similar with NOP and run well in both endian mode.
DCD 0xffffffff
DCD 0xffffffff
DCD 0xffffffff
DCD 0xffffffff
b ResetHandler ；跳转到ResetHandler
；当系统进入异常中断后，由存放在0x0~0x1C处的中断向量地址中的跳转指令，跳转到此处相应的位置，并由事先定义好的宏定义再次跳转到相应的中断服务程序中
HandlerFIQ HANDLER HandleFIQ
HandlerIRQ HANDLER HandleIRQ
HandlerUndef HANDLER HandleUndef
HandlerSWI HANDLER HandleSWI
HandlerDabort HANDLER HandleDabort
HandlerPabort HANDLER HandlePabort
；下面这段代码是用于处理非向量中断，即由软件程序来判断到底发生了哪种中断，然后跳转到相应地中断服务程序中
；具体地说就是，当发生中断时，会置INTOFFSET寄存器相应的位为1，然后通过查表（见该程序末端部分的中断向量表），找到相对应的中断入口地址
；观察中断向量表，会发现它与INTOFFSET寄存器中的中断源正好相对应，即向量表的顺序与INTOFFSET寄存器中的中断源的由小到大的顺序一致，因此我们可以用基址加变址的方式很容易找到相对应的中断入口地址。其中基址为向量表的首个中断源地址，变址为INTOFFSET寄存器的值乘以4（因为系统是用4个字节单元来存放一个中断向量）
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