最为详细的vivi代码分析

通过vivi研究bootloader有一段时间了，基本是在与之相关的基础方面做工作，还没有真正深入研究vivi。以后的学习重心就要放到研究vivi源代码上面了。我想，真正细致地弄清楚vivi实现的细节，对C语言水平的提高，对ARM体系结构的认识，对S3C2410的熟悉，对嵌入式bootloader相关技术，都能有很大的好处。学习的进度会慢一些，但是务求深入，并且打好相关的基础。一、写在前面的话嵌入式系统软件开发主要包括五个方面：bootloader编写（移植）、驱动程序编写（移植）、操作系统裁减（移植）、文件系统制作、应用程序编写（移植）。嵌入式开发流程我已经熟悉，但是仅限于完成最为基本的工作，大部分是借助网络资料，自己独立解决的问题很有限。学习嵌入式系统已经一年了，算是入门了。然而，入门之后如何继续深入学习嵌入式系统开发，如何提高自身的能力？我想，这也许是独立摸索的学习者都会遇到的问题吧。思考之后有所得，核心就是一句话：务实，理论与实践结合！具体说来，就是要不断的认识自己，去了解自己最适合做什么。这是最为重要的，如果不知道做什么，就无法安排学习的重点。嵌入式开发的领域太广，要想在方方面面都深入不太容易（当然牛人除外）。现在对自己的认识如下：本科有硬件、通信背景，但是没有太多机会进行硬件设计。而硬件设计最为重要的就是经验，动手能力，所以不打算把硬件设计作为学习的重点。底层软件开发既需要对硬件熟悉，又需要软件设计能力，正适合我。所以以后的学习，以底层软件开发（bootloader设计、驱动程序设计）为重点，同时也要加强硬件学习。学习有重点，但是嵌入式开发的其他领域也要涉及，了解广博才能更有助于设计。进展慢不要紧，关键是要深入，深入，再深入。真正地去理解这些技术，并且能够熟练的应用。这半年的核心就是bootloader技术研究，打算先看vivi，然后看uboot。手头上的板子有s3c2410、at91rm9200，这些都可以拿来训练，争取能够通过bootloader技术的掌握，同时熟悉了ARM体系结构、ARM汇编、开发工具等等一系列相关内容，总结学习的方法，提高学习能力。二、准备工作在分析vivi源代码的时候，不打算完全按照vivi的代码来进行。我的思路是，以从nandflash启动为主线，分析从上电到引导内核的过程。以自己的理解去实现vivi的源代码，要自己手动编写，即使与vivi的代码相同。只有这样，才能从整体上理解vivi的设计方法，理解vivi各个功能的实现细节。这份文档算是自己的学习笔记。三、bootloaderstage1：【arch/s3c2410/head.S】首先解决一个问题，就是为什么使用head.S而不是用head.s？有了GNUAS和GNUGCC的基础，不难理解主要原因就是为了使用C预处理器的宏替换和文件包含功能（GNUAS的预处理无法完成此项功能）。可以参考前面的总结部分。这样的好处就是可以使用C预处理器的功能来提高ARM汇编的程序设计环境，更加方便。但是因为ARM汇编和C在宏替换的细节上有所不同，为了区分，引入了__ASSEMBLY__这个变量，这是通过Makefile中AFLAGS来引入的（一般在顶层Makefile中定义），具体如下：AFLAGS:=-D__ASSEMBLY__$(CPPFLAGS)在后面的头文件中，会看到很多#ifdef__ASSEMBLY__等的操作，就是用来区分这个细节的。在编译汇编文件时，加入AFLAGS选项，所以__ASSEMBLY__传入，也就是定义了__ASSEMBLY__；在编译C文件时，没有用AFLAGS选项，自然也就没有定义__ASSEMBLY__。由此相应的问题就比较清晰了。这个小技巧也是值得学习和借鉴的。1首先关注一下开始的三个头文件。#includeconfig.h#includelinkage.h#includemachine.h（1）利用sourceinsight来查看【include/config.h】。#ifndef_CONFIG_H_#define_CONFIG_H_#includeautoconf.h#endif/*_CONFIG_H_*/可见，config.h只是包含一个autoconf.h。而关于autoconf.h的生成，在vivi配置文件分析的时候也解释的很清楚了，在这里就不用再细分析了。需要解释的一点是，如果写一个专用的bootloader，不采用vivi的配置机制，那么配置部分就没有这么复杂了，只需要在include文件夹中包含一个配置头文件即可。现在bootloader的设计有两种趋势，一种是针对特定应用，有特殊要求，也就是“专用”。那么设计时，不需要过多的配置，只需要简单的完成引导内核的功能就可以了。二是普通应用，一般是对基本“通用”的bootloader，比如uboot等，然后根据相应的模版进行移植。这就需要了解uboot等的架构，可以进行定制和功能的增加。uboot完成的不仅仅是一个bootloader的功能，还可以提供调试等功能，所以其角色还包含驻留程序这个功能，也就是uboot真正的角色是monitor。当然，可以不加区分，统称为bootloader。而分析vivi源代码的实现，对这两个方向都有帮助。（2）【include/linkage.h】就是实现了ENTRY宏的封装。其实这个头文件也仅仅为head.S提供了服务，实际上没有必要写的这么复杂，可以简化一些。比如，我修改了这个头文件，如下：[armlinux@lqminclude]$catlinkage.h#ifndef_VIVI_LINKAGE_H#define_VIVI_LINKAGE_H#defineSYMBOL_NAME(X)X#ifdef__STDC__#defineSYMBOL_NAME_LABEL(X)X##:#else#defineSYMBOL_NAME_LABEL(X)X/**/:#endif#ifdef__ASSEMBLY__#defineALIGN.align0#defineENTRY(name)/.globlSYMBOL_NAME(name);/ALIGN;/SYMBOL_NAME_LABEL(name)#endif#endif在这里，要加强一下C语言宏的设计和分析能力。下面就几个点简单的分析一下，后面专门就C宏部分做个总结。关于__STDC__这个宏，是编译器自动添加的，含义就是支持标准C。如果支持标准C，那么##的作用就是“连接”，所以SYMBOL_NAME_LABEL(_start)宏展开为_start:（依我的意思理解##也就相当于分号，表示后面可以继续连接其他的一些定义），如果不支持标准C，则利用了C预处理器对注释的处理方式，就是把/**/替换为一个空格（也就是相当于展开的字符后带个空格），可以测试一下。另外，关于ENTRY宏的封装，利用了GNUAS在ARM上的相关特点。首先，利用了分号作为三条语句的连接符(包括最后一个由##展开来的分号)，而分号是GNUAS汇编注释符的一种（另外一种是@）。另外，关于ALIGN为什么用.align0。这可以参考GNUAS手册，上面讲解的比较清晰，主要是为了兼容ARM本身的编译器。理解了这个也就不难得出ENTRY(_start)宏展开后的形式了。有一个技巧就是可以通过下面的命令来检测宏展开后的结果，比如：[root@lqmvivi_myboard]#gcc-E-D__ASSEMBLY__-I./includearch/s3c2410/head.Saaa可以查看aaa文件的显示结果，做了一些注释：#1arch/s3c2410/head.S#1built-in#1commandline#1arch/s3c2410/head.S#35arch/s3c2410/head.S#1include/config.h1#14include/config.h#1include/autoconf.h1#15include/config.h2#36arch/s3c2410/head.S2#1include/linkage.h1#37arch/s3c2410/head.S2#1include/machine.h1#19include/machine.h#1include/platform/smdk2410.h1#1include/s3c2410.h1#22include/s3c2410.h#1include/hardware.h1#23include/s3c2410.h2#1include/bitfield.h1#24include/s3c2410.h2#3include/platform/smdk2410.h2#1include/sizes.h1#8include/platform/smdk2410.h2#74include/platform/smdk2410.h#1include/architecture.h1#75include/platform/smdk2410.h2#20include/machine.h2#38arch/s3c2410/head.S2@Startofexecutablecode宏定义展开.globl_start;.align0;_start:.globlResetEntryPoint;.align0;ResetEntryPoint:下面是装载中断向量表，ARM规定，在起始必须有8条跳转指令，你可以用b标号也可以用ldrpc标号。这样的8条规则的标志被arm定义为bootloader的识别标志，检测到这样的标志后，就可以从该位置启动。这样的做法是因为开始的时候不一定有bootloader，必须有一种识别机制，如果识别到bootloader，那么就从bootloader启动。@@Exceptionvectortable(physicaladdress=0x00000000)@@0x00:ResetbReset@0x04:UndefinedinstructionexceptionUndefEntryPoint:bHandleUndef@0x08:SoftwareinterruptexceptionSWIEntryPoint:bHandleSWI@0x0c:PrefetchAbort(InstructionFetchMemoryAbort)PrefetchAbortEnteryPoint:bHandlePrefetchAbort@0x10:DataAccessMemoryAbortDataAbortEntryPoint:bHandleDataAbort@0x14:NotusedNotUsedEntryPoint:bHandleNotUsed@0x18:IRQ(InterruptRequest)exceptionIRQEntryPoint:bHandleIRQ@0x1c:FIQ(FastInterruptRequest)exceptionFIQEntryPoint:bHandleFIQ下面是固定位置存放环境变量@@VIVImagics@@0x20:magicnumbersowecanverifythatweonlyput.long0@0x24:.long0@0x28:wherethisviviwaslinked,sowecanputitinmemoryintherightplace.long_start//_start用来指定链接后的起始装载地址装载到内存中的地址@0x2C:thiscontainstheplatform,cpuandmachineid.long((124)|(616)|193)@0x30:vivicapabilities.long0@0x34:bSleepRamProc@@StartVIVIhead@Reset://上电后cpu会从0x0地址读取指令执行，也就是bReset@disablewatchdogtimermovr1,#0x53000000movr2