Uboot 運行時記憶體的分配 — 轉

u-boot連結分析
http://www.rritw.com/a/bianchengyuyan/C__/20130312/279763.html

一個典型的嵌入式系統中，bootloader代碼放在NOR Flash或NAND Flash裡面，系統加電或複位後，首先運行這段代碼。通常把bootloader代碼放在NOR Flash裡面，NAND Flash由於硬體原因不能隨機訪問，需要特殊的硬體支援機制。

bootloader代碼除了初始化以外就是搬運程式，即地址重定位（relocate）。我們為什麼需要relocate？主要是經濟方面和速度方面的原因。經濟方面，NOR Flash和NAND Flash每兆價格相差懸殊，bootloader代碼一般在幾十到幾百K大小，而應用程式通常都很大，幾M到幾十M的大小，所以用價格低廉的NAND Flash儲存。速度方面，程式在NOR Flash裡執行的速度遠遠小於在SDRAM中執行的速度，為了追求更高的速度，也需要relocate，讓程式在SDRAM裡面執行。

relocate涉及到載入域（VMA）和運行域（LMA）兩個概念。載入域是程式碼在ROM、FLASH中的排列次序及地址安排，運行域是程式運行時代碼在SRAM、SDRAM中地址安排。儲存代碼時按照載入域存放在FLASH中，運行時再從FLASH中取出代碼到RAM運行域運行，一段代碼的載入域和儲存域可以不同。（可以參考杜春雷的《arm體繫結構與編程》一書的有關章節）。

以smdk2410為例，密切相關的就兩個檔案夾/board/smdk2410和/cpu/arm920t，裡面核心檔案就u-boot.lds 、config.mk 、start.S。

/cpu/arm920t/u-boot.lds
        OUTPUT_FORMAT("elf32-littlearm", "elf32-littlearm", "elf32-littlearm")
        OUTPUT_ARCH(arm)
        ENTRY(_start)
        SECTIONS
        {
                . = 0x00000000; // 從0地址起始

        . = ALIGN(4);
                .text :
                {
                        cpu/arm920t/start.o (.text)
                        *(.text)
                }

        . = ALIGN(4);
                .rodata : { *(SORT_BY_ALIGNMENT(SORT_BY_NAME(.rodata*))) }

        . = ALIGN(4);
                .data : { *(.data) }

        . = ALIGN(4);
                .got : { *(.got) }

        . = .;
                __u_boot_cmd_start = .;
                .u_boot_cmd : { *(.u_boot_cmd) }
                __u_boot_cmd_end = .;

        . = ALIGN(4);
                __bss_start = .;
                .bss (NOLOAD) : { *(.bss) . = ALIGN(4); }
                _end = .;
        }

串連指令檔lds中沒有設定LMA，只是設定了VMA。VMA的設定是通過頂層目錄下的config.mk檔案中的LDFLAGS實現的，TEXT_BASE在/board/smdk2410/config.mk中定義為0x33F80000（SDRAM地址）。

LDFLAGS += -Bstatic -T $(obj)u-boot.lds $(PLATFORM_LDFLAGS)
        ifneq ($(TEXT_BASE),)
        LDFLAGS += -Ttext $(TEXT_BASE)
        endif

查看u-boot.map檔案，代碼的串連地址是從0x33F80000開始的。

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

bootloader代碼上電之後之所以能夠正確執行，有個很重要的原因，就是最初執行的bootloader代碼是地址無關的，即這個映象檔案可以被放在記憶體中的任何一個地址上運行。

對於地址無關的代碼， 定址是基於pc值的， 在pc值上+/-一個位移值得到運行地址，如跳轉指令B。當執行完代碼搬運，就需要跳到和地址相關的地方去執行，即RAM中。一般是跳轉到一個標號，這時地址相關代碼就開始運行了，如：ldr pc，_start_armboot。

因為在bin映象產生的時候，就已經把_start_armboot這個符號和實際地址綁定在一起，當執行ldr pc，_start_armboot 語句時，程式就從在ROM中執行跳入到RAM中了，前提是進行了代碼搬移。如果沒有代碼搬運就執行ldr pc，_start_armboot，因為RAM中沒有正確的可執行代碼，程式就馬上飛掉了，所有在搬運之前不能定址絕對位址有關代碼，必須執行代碼地址無關.

下面的代碼是從NOR Flash向SDRAM搬運的代碼：

relocate:
                adr r0， _start
                ldr r1， _TEXT_BASE
                cmp r0， r1
                beq stack_setup
                ldr r2， _armboot_start
                ldr r3， _bss_start
                sub r2， r3， r2
                add r2， r0， r2
        copy_loop:
                ldmia r0!， {r3-r10}
                stmia r1!， {r3-r10}
                cmp r0， r2
                ble copy_loop

注意其中的 adr r0, _start，這是一條偽指令，一般被編譯器替換為sub r0， pc，#offset ，不要理解為讀取符合表中_start符號的地址（0x33F80000）。上電開始執行時，pc從0開始，所以現在r0值為0+offset，不等於_TEXT_BASE（0x33F80000）。接下來要用到連結時確定的符號地址_armboot_start（0x33F80044）了，把_start:0x0 (NOR Flash)裡的.text、.data的代碼往SDRAM裡_TEXT_BASE確定的地址: 0x33f80000搬運。s3c2410的SDRAM基地址是0x3000_0000，由於uboot支援的這個board SDRAM64M（0x3000_0000-0x3400_0000），所以把u-boot.bin搬運到記憶體的高端地址.然後跳到記憶體中執行，提高速度。