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| 2007/01/04 18:11:20瀏覽1486｜回應1｜推薦0 | |
| 轉帖]Porting uClinux to Samsung S3C44B0X Board by Ryan SHENG ryansheng@sohu.com from EDW 一．Bootloader 理論上，uClinux引導時並非一定需要一個獨立於Kernel Image的Bootloader Image。然而，將Bootloader與Kernel分開設計能夠使軟體架構更加清晰，也有助於靈活地支援多種引導方式，實現一些有用的輔助功能。 Bootloader的主要任務可以概括如下： 1．硬體初始化和系統引導； 2．載入uClinux Kernel Image (如果需要)； 3．設置需要傳遞給Kernel的啟動參數(如果需要)； 4．調用uClinux Kernel； 5．輔助功能：從主機下載新的Image； 6．輔助功能：燒寫Flash Memory； 7．輔助功能：支援功能5和6所需的人機界面，如串列終端上的命令行介面。 對於常見的幾類處理器內核，現在一般都找得到現成的Bootloader可用，不過需要針對具體的Board做些移植。在實現上述功能的前提下，也可以選 擇自行開發。由於Bootloader Image在物理上獨立於Kernel Image，因此不一定選擇GNU作為開發工具。對於以ARM7TDMI為內核的S3C44B0X處理器，完全可以使用ADS來開發 Bootloader。 1．硬體初始化和系統引導 完整的Bootloader引導流程可描述如下： 硬體初始化階段一 -> 複製二級Exception Vector Table -> 初始化各種處理器模式 -> 複製RO和RW，清零ZI -> (跳轉到C代碼入口函數) -> 初始化Exception/Interrupt Handler Entry Table -> 初始化Device Drivers -> 硬體初始化階段二 -> 建立人機界面 下面對上述各步驟逐一加以說明。 1．1 硬體初始化階段一 板子上電或重定後，程式從位於位址0x0的Reset Exception Vector處開始執行，因此需要在這裏放置Bootloader的第一條指令：b ResetHandler，跳轉到標號為ResetHandler處進行第一階段的硬體初始化，主要內容為：關Watchdog Timer，關中斷，初始化PLL和時鐘，初始化Memory Controller。比較重要的是PLL的輸出頻率要算正確，這裏把它設置為50MHz；後面在計算SDRAM的Refresh Count和UART的Baud Rate等參數時還要用到。 1．2 複製二級Exception Vector Table Exception Vector Table是Bootloader與uClinux Kernel發生聯繫的地方之一(另兩處是載入and/or調用Kernel，以及向Kernel傳遞啟動參數)。ARM7規定Exception Vector Table的基底位址是0x0，所以Flash Memory的基底位址也必須是0x0；而S3C44B0X處理器又不支援Memory Remap，這意味著無論運行什麼樣的上層軟體，一旦發生中斷，程式就得到Flash Memory中的Exception Vector Table裏去打個轉(中斷Interrupt是異常Exception的一種)。對於uClinux而言，它會在RAM中建立自己的二級 Exception Vector Table(後面將提到基底位址被設為0x0C000000)，所以在編寫Bootloader時，位址0x0處的一級Exception Vector Table只需簡單地包含向二級Exception Vector Table跳轉的內容： b ResetHandler ;Reset Handler ldr pc,=0x0c000004 ;Undefined Instruction Handler ldr pc,=0x0c000008 ;Software Interrupt Handler ldr pc,=0x0c00000c ;Prefetch Abort Handler ldr pc,=0x0c000010 ;Data Abort Handler b . ldr pc,=0x0c000018 ;IRQ Handler ldr pc,=0x0c00001c ;FIQ Handler LTORG 如果在Bootloader執行的全過程中都不必回應中斷，那麼上面的設置已能滿足要求。但如果某些Bootloader功能要求使用中斷(例如用 Timer Interrupt實現精確定時，或利用External Interrupt支持Ethernet Driver以實現TFTP下載)，那麼Bootloader必須在同樣的位址處配置自己的二級Exception Vector Table，以便同uClinux相容。這張表事先存放在Flash Memory裏，引導過程中由Bootloader將其複製到RAM地址0x0C000000： 存放： RelocatedExceptionVectorStart mov pc,#0 b HandlerUndef b HandlerSWI b HandlerPAbort b HandlerDAbort b . b HandlerIRQ b HandlerFIQ HandlerUndef HANDLER HandleUndef HandlerSWI HANDLER HandleSWI HandlerPAbort HANDLER HandlePAbort HandlerDAbort HANDLER HandleDAbort HandlerIRQ HANDLER HandleIRQ HandlerFIQ HANDLER HandleFIQ LTORG RelocatedExceptionVectorEnd 複製： adr r0, RelocatedExceptionVectorStart ldr r2, =0x0c000000 adr r3, RelocatedExceptionVectorEnd 0 cmp r0, r3 ldrcc r1, [r0], #4 strcc r1, [r2], #4 bcc %B0 其中HANDLER是一個宏，用於查找Exception Handler Routines的入口位址。這些位址存放在由HandleXXX指向的表項中，該表定位在RAM高端，基底位址為_ISR_STARTADDRESS： ^ _ISR_STARTADDRESS HandleReset # 4 HandleUndef # 4 HandleSWI # 4 HandlePAbort # 4 HandleDAbort # 4 HandleReserved # 4 HandleIRQ # 4 HandleFIQ # 4 該表的內容將在步驟1.5：“初始化Exception/Interrupt Handler Entry Table”中被填寫為各Exception Handler Routine的入口地址。 1．3 初始化各種處理器模式 ARM7TDMI支持7種Operation Mode：User，FIQ，IRQ，Supervisor，Abort，System和Undefined。Bootloader需要依次切換到每種模 式，初始化其程式狀態寄存器(SPSR)和堆疊指標(SP)。S3C44B0X處理器在上電或重定後處於Supervisor模式，本步驟中把對 Supervisor模式的初始化放在最後，也就是說Bootloader的後續部份仍將運行在Supervisor模式下。 1．4 複製RO和RW，清零ZI 對於ADS開發工具而言，一個ARM程式由RO，RW和ZI三個段組成，其中RO為代碼段，RW是已初始化的總體變數，ZI是未初始化的總體變數(對於 GNU工具，對應的概念是TEXT，DATA和BSS)。RO段既可以在Flash Memory中運行，也可以在RAM中運行。考慮到Bootloader中可能需要燒寫Flash Memory，因此在引導階段應當將RO和RW段複製到RAM中，並將ZI段清零。當RO段複製完畢之後，程式就可以跳轉到RAM中運行。若不考慮燒寫 Flash Memory，則可以不複製RO段，程式始終在Flash Memory中運行。ADS使用下列Linker Symbols來記錄各段的起始和結束位址： |Image$$RO$$Base| ：RO段起始位址 |Image$$RO$$Limit| ：RO段結束地址加1 |Image$$RW$$Base| ：RW段起始位址 |Image$$RW$$Limit| ：ZI段結束地址加1 |Image$$ZI$$Base| ：ZI段起始位址 |Image$$ZI$$Limit| ：ZI段結束地址加1 可以在程式中引用這些標號。需要注意的是，這些標號的值是根據ARM Linker中RO Base和RW Base的設置來計算的，屬於“Linker Address”或“Execution Address”，並不一定代表這些段存放在Flash Memory中的位址，在編寫複製程式時需要根據具體情況作相應的計算。 1．5 初始化Exception/Interrupt Handler Entry Table 在步驟1.2裏已經提到，需要在這一步中填寫各Exception Handler Routine的入口地址。由於IRQ Exception為全部的中斷所共用，因此必須在IRQ Exception Handler Routine中根據中斷狀態寄存器判斷中斷源，並調用相應的Interrupt Handler Routine。各Interrupt Handler Routine的入口位址也存放在上述的Exception/Interrupt Handler Entry Table中(緊接在HandleFIQ之後)，需要在這一步中填寫，這裏就不一一列出了。 另外，S3C44B0X處理器的Interrupt Controller支援兩種中斷處理模式：Vectored Mode和Non-Vectored Mode，其中前者可能是Samsung特有的模式，並不被其他ARM7內核所支援。考慮到代碼的可攜性，以上討論僅針對這裏所使用的Non- Vectored Mode。 1．6 初始化Device Drivers 在這一步中需要為Bootloader用到的一些關鍵Device Drivers建立必要的資料結構，主要包括用於精確定時的Watchdog Timer Driver和用於支援串列終端的UART Driver。 1．7 硬體初始化階段二 繼續對硬體進行初始化，主要包括：GPIO，Cache，Interrupt Controller，Watchdog Timer和UARTs。S3C44B0X處理器內置data/instruction合一的8KB Cache，且允許按位址範圍設置兩個Non-Cacheable區間。合理的配置是打開對RAM區間的Cache，關閉對其他地址區間(包含Flash Memory區間)的Cache。所有硬體初始化完畢之後，開中斷。 在步驟1.6和1.7中，仍然遵循“必要”的原則對硬體和Device Drivers進行初始化。在目前階段沒有涉及的設備(如Ethernet Controller)，可以留待使用它們之前再進行初始化。 1．8 建立人機界面 引導過程的最後一步是在串列終端上建立人機界面，並等待用戶輸入命令。合理的做法是先等待固定的秒數，若在此期間未接收到用戶輸入，則直接從Flash Memory中載入and/or調用uClinux Kernel。若接收到用戶輸入，則顯示功能表模式或命令行模式的交互介面，等待用戶進一步的命令。這裏就不對此詳細討論了。 2．載入Kernel Bootloader是否需要執行載入操作，取決於uClinux Kernel Image的類型。根據不同的配置，可以生成下面幾種uClinux Kernel Image： 2．1 非壓縮，非XIP XIP(eXecute In Place)是指不對代碼段重新定位，在存放代碼段的位置就地運行程式。該類型的uClinux Kernel Image以非壓縮格式存放在Flash Memory中，由Bootloader載入到RAM中並直接調用。 2．2 非壓縮，XIP 該類型的uClinux Kernel Image以非壓縮格式存放在Flash Memory中，不需載入，由Bootloader直接調用。複製init段和data段，清零bss段的工作由Kernel自行完成。 2．3 RAM自解壓 壓縮格式的uClinux Kernel Image都是由開頭的一段自解壓代碼和後面的壓縮資料部分組成。對於Kernel而言，由於是以壓縮格式存放，因次只能以非XIP方式執行。RAM自解 壓類型的uClinux Kernel Image存放在Flash Memory中，由Bootloader載入到RAM中的一段臨時空間，然後調用其自解壓代碼。可執行的uClinux Kernel被解壓到最終的執行空間，然後運行。壓縮格式Image所佔據的臨時RAM空間可在隨後由uClinux回收利用。 2．4 ROM自解壓 解壓縮操作也可以在Flash Memory中完成。實際上，這意味著以XIP方式執行自解壓代碼。ROM自解壓類型的uClinux Kernel Image存放在Flash Memory中，不需載入，由Bootloader直接調用其自解壓代碼。自解壓代碼自行複製其data段，清零bss段，然後將可執行的uClinux Kernel解壓到最終的執行空間並運行之。與RAM自解壓相比，用ROM自解壓方式引導uClinux並不真正節省RAM，而且在Flash Memory中解壓縮速度較慢，因此實用價值不大。 2．5 Memory Map 下面給出Bootloader和uClinux在存儲和運行時的Memory Map。系統記憶體由NOR Flash Memory (2MB)和SDRAM(32MB)組成，Flash Memory的位址範圍從0x0到0x00200000，SDRAM的地址範圍從0x0C000000到0x0E000000。 Flash Memory 0x00000000 ~ 0x00020000： 存放Bootloader 0x00020000 ~ 0x00200000： 存放所有類型的uClinux Kernel Image 運行2.2類型的uClinux Kernel 運行2.4類型的自解壓代碼 SDRAM 0x0C008000 ~ xxxxxxxx： 運行Bootloader 0x0C200000 ~ xxxxxxxx： 運行2.1，2.3，2.4類型uClinux Kernel 0x0C400000 ~ xxxxxxxx： 臨時存放2.3類型壓縮Image，並運行自解壓 3．設置內核啟動參數 Linux 2.4.x以後的內核都期望以標記列表(tagged list)的形式來傳遞啟動參數。每個標記存放在一個tag結構中，每個tag結構由標識被傳遞參數的tag_header結構以及隨後存放的參數值組 成。資料結構tag、tag_header以及各種參數的資料結構都定義在Linux內核源碼的頭檔linux/include/asm- armnommu/setup.h中。 通常需要由Bootloader設置的啟動參數有：ATAG_MEM、ATAG_CMDLINE、ATAG_RAMDISK、ATAG_SERIAL、 ATAG_INITRD等。啟動參數的標記列表以ATAG_CORE開始，以ATAG_NONE結束，代碼示例如下。其中0x0C000100是內核啟動 參數在RAM中的基底位址，指標params的類型是struct tag。巨集tag_next()以指向當前標記的指標為參數，計算下一個標記的起始位址。 params = (struct tag *)0x0C000100; params->hdr.tag = ATAG_CORE; params->hdr.size = tag_size(tag_core); params->u.core.flags = 0; params->u.core.pagesize = 0; params->u.core.rootdev = 0; params = tag_next(params); …… params->hdr.tag = ATAG_NONE; params->hdr.size = 0; 在Linux內核源碼的linux/arch/armnommu/mach-s3c44b0/arch.c中設置內核啟動參數在RAM中的基底位址。如果 Kernel不需要從Bootloader接收啟動參數，下面代碼中的“BOOT_PARAMS(0x0C000100)”這一行可以不寫。 MACHINE_START(S3C44B0, "44B0EVAL") MAINTAINER("XXX YYY") BOOT_MEM(DRAM_BASE,0x00000000,0x00000000) BOOT_PARAMS(0x0C000100) INITIRQ(genarch_init_irq) MACHINE_END uClinux Kernel處理啟動參數時的代碼調用關係可查閱linux/init/main.c和 linux/arch/armnommu/kernel/setup.c：start_kernel()àsetup_arch() àparse_tags()。parse_tags()函數中調用parse_tag()函數依次處理每個標記。parse_tag()函數先判斷 tag_header結構中的標記類型，然後調用相應的處理函數。例如，調用parse_tag_cmdline()處理ATAG_CMDLINE標記， 調用parse_tag_initrd()處理ATAG_INITRD標記，等等。對應關係如下： static const struct tagtable core_tagtable[] __init = { { ATAG_CORE, parse_tag_core}, { ATAG_MEM, parse_tag_mem32}, { ATAG_VIDEOTEXT, parse_tag_videotext}, { ATAG_RAMDISK, parse_tag_ramdisk}, { ATAG_INITRD, parse_tag_initrd}, { ATAG_SERIAL, parse_tag_serialnr}, { ATAG_REVISION, parse_tag_revision}, { ATAG_CMDLINE, parse_tag_cmdline} }; 對於Kernel Command Line，parse_tag_cmdline()函數將用內核參數表中的命令字串來覆蓋default_command_line[]變數。如果 Kernel不從Bootloader接收啟動參數，也可以有兩種方法來初始化Kernel Command Line。在linux/arch/armnommu/kernel/setup.c中有： static char default_command_line[COMMAND_LINE_SIZE] __initdata = CONFIG_CMDLINE; 因此一種方法是在make menuconfig時通過修改“General Setup”子功能表中的“Default kernel command string”選項來定義linux/include/linux/autoconf.h頭檔中的CONFIG_CMDLINE宏，另一種方法是在 linux/arch/armnommu/kernel/setup.c中直接把default_command_line[]寫死。 4．調用Kernel Bootloader調用uClinux Kernel的方法是直接跳轉到Kernel的第一條指令處。在跳轉時要滿足下列條件： CPU寄存器r0＝0； CPU寄存器r1＝Machine Type ID(S3C44B0X的Machine Type ID定義在include/asm-arm/mach-types.h中：#define MACH_TYPE_S3C44B0 178。寄存器r1也可以在Kernel啟動之初的head-armv.S中設置)； 禁止中斷(IRQs和FIQs)； CPU運行在SVC模式； MMU必須關閉(S3C44B0X沒有MMU)； 指令Cache可以打開也可以關閉，資料Cache必須關閉(S3C44B0X的Cache是指令與資料合一的，因此只能選擇關閉)。 C代碼調用Kernel的示例如下，其中r0和r1的值通過參數傳遞： void (*CallKernel)(int zero, int mach) = (void (*)(int, int))KERNEL_ADDR; CallKernel(0, 178); 5．輔助功能 完整的Bootloader還應該支援從主機下載檔到目標板的RAM；用RAM中的資料燒寫Flash Memory；以及上述功能所需的人機交互介面。檔下載途徑視目標板所提供的物理通訊介面而定，比較簡單的方法一般是通過串口，用Xmodem或 Ymodem協定下載，但速度較慢。目標板上只需要實現協議的接收部份，主機上可以用HyperTerminal等工具來發送檔。如果目標板提供 Ethernet等快速介面，也可以移植一個簡單的TCP/IP棧，用TFTP等標準檔傳輸協議下載。目前Flash Memory一般都是用NOR Flash，燒寫是非常簡單的；需要注意的是對於多數Flash晶片，在Erase/Program之前需要先Unprotect。人機交互介面不難在串 列終端上實現，這裏就不贅述了。 二． uClinux Kernel的調試 在移植uClinux的過程中，較為困難的是如何發現並解決Kernel啟動階段的問題。本節的內容主要取自網上的一篇文檔《用AXD + Multi-ICE調試uClinux內核》，說明如何使用ADS和Multi-ICE工具對Kernel進行源代碼級的調試。 首先是設置arm-elf-gcc編譯器，使其能夠輸出dwarf-2格式的調試資訊。修改linux/Makefile，將CFLAGS_KERNEL設置為-gdwarf-2，然後重新編譯uClinux Kernel： CFLAGS_KERNEL = -gdwarf-2 把以下檔複製到Windows下：image.ram，System.map，linux以及一份編譯時所用的內核源碼。image.ram是上面提到過 的非壓縮/非XIP模式的Kernel Image；System.map提供了各symbol所對應的地址；linux是一個ELF格式的檔，包含有AXD Debugger所需的調試資訊。 開發板上電，啟動Multi-ICE Server，啟動AXD Debugger。使用File?Load Memory From File讀入image.ram，其中基底位址應設為Kernel的TEXTADDR，這裏是0x0C200000。然後使用File?Load Debug Symbols讀入linux檔。把PC寄存器設置為image.ram的起始位址0x0C200000，此時在AXD Debugger的Disassembly視窗中已能看到一些符號的名稱。 在AXD Debugger中，Processor Views?Source，選擇要調試的源碼檔。例如，選擇linux/init/main.c，在Kernel的入口函數start_kernel() 中設置中斷點。也可以在System.map中查找到start_kernel的位址，然後在Disassembly視窗中跳到該位址並設置中斷點。最後 Go，就可以從中斷點處開始調試了。 三． uClinux Kernel的移植 1． 相關的目錄結構 Machine-Specific源代碼： linux/arch/armnommu/mach-s3c44b0 Machine-Specific頭文件： linux/include/asm-armnommu/arch-s3c44b0 通用的設備驅動程式： linux/drivers/block linux/drivers/char linux/drivers/mtd linux/drivers/net 檔系統： linux/fs 網路協定棧： linux/net 其他linux/arch/armnommu 子目錄下的Architecture-Specific源代碼： kernel： 核心內核代碼； mm： 記憶體管理代碼； lib： ARM-Specific或經過優化的內部庫函數代碼； nwfpe/fastfpe： 浮點庫的兩種實現； boot： 用於生成壓縮內核鏡像的代碼； tools： 用於自動生成頭檔的配置腳本； def-configs： 各Machine-Specific的缺省配置檔。 其他linux/include/asm-armnommu子目錄下的Architecture-Specific頭文件： hardware： ARM-Specific晶片或設備的頭檔； mach： 多數Machine共有的一般性介面定義(如DMA/IRQ/PCI)； proc-armo： 26-bit版本的ARM處理器相關頭檔； proc-armv： 32-bit版本的ARM處理器相關頭檔。 2． 相關的源碼檔和移植要點 現在結合源碼檔，對一些移植過程中的要點進行討論，目的是得到能夠在Samsung S3C44B0X開發板上運行的非壓縮，非XIP模式的uClinux Kernel Image。該Image由Bootloader載入並調用。 2．1 內核配置系統 Linux的內核配置系統由Makefile，配置腳本(config.in)和配置工具組成。當用戶Make config，Make menuconfig或Make xconfig時，相應的配置工具按照配置腳本config.in的內容顯示可用的配置選項。用戶完成配置並存檔退出時，配置資訊保存在配置檔. config中，原有的.config文件被更名為.config.old。Makefile根據.config中的配置資訊，構造出需要編譯的原始檔案 列表，然後分別編譯；並根據Makefile中指定的鏈結器腳本，把目標代碼鏈結到一起，最終形成Linux Kernel Image。 在配置腳本linux/arch/armnommu/config.in中，應給出可供用戶選擇S3C44B0X開發板的選項，並定義基於該處理器的開發板的一些重要參數，如記憶體空間等： comment 'System Type' choice 'ARM system type' …… …… S3C44B0 CONFIG_ARCH_S3C44B0 …… …… if [ "$CONFIG_ARCH_S3C44B0" = "y" ]; then define_bool CONFIG_NO_PGT_CACHE y define_bool CONFIG_CPU_32 y define_bool CONFIG_CPU_26 n define_bool CONFIG_CPU_ARM710 y define_bool CONFIG_CPU_WITH_CACHE y define_bool CONFIG_CPU_WITH_MCR_INSTRUCTION n define_bool CONFIG_SERIAL_S3C44B0 y define_hex DRAM_BASE 0x0C000000 define_hex DRAM_SIZE 0x02000000 define_hex FLASH_MEM_BASE 0x00000000 define_hex FLASH_SIZE 0x00200000 fi 在針對ARM Architecture (NO MMU)的linux/arch/armnommu/Makefile中，應為S3C44B0X開發板定義處理器類型(26-bit或32-bit)， Machine名稱和代碼段基底位址，並指定鏈結器腳本為linux/arch/armnommu/vmlinux-armv.lds.in： LINKFLAGS := -p -X -T arch/armnommu/vmlinux.lds …… ifeq ($(CONFIG_CPU_32),y) PROCESSOR = armv endif …… ifeq ($(CONFIG_ARCH_S3C44B0), y) TEXTADDR = 0x0C200000 MACHINE = s3c44b0 endif …… arch/armnommu/vmlinux.lds: arch/armnommu/vmlinux-$(PROCESSOR).lds.in dummy 2．2 內核啟動入口 在linux/Makefile中可以找到生成uClinux Kernel Image的規則為： ifdef CONFIG_UCLINUX LINUX=linux endif …… $(LINUX): $(CONFIGURATION) init/main.o init/version.o init/do_mounts.o linuxsubdirs $(LD) $(LINKFLAGS) $(HEAD) init/main.o init/version.o init/do_mounts.o --start-group $(CORE_FILES) $(DRIVERS) $(NETWORKS) $(LIBS) --end-group -o $(LINUX) 可見linux是由HEAD、main.o、version.o、do_mounts.o、CORE_FILES、DRIVERS、NETWORKS和 LIBS組成的。這些變數定義了用於鏈結生成linux的目標檔和庫檔列表。其中HEAD在linux/arch/armnommu/Makefile中 定義，用來確定最先被鏈結進linux的檔： HEAD := arch/armnommu/kernel/head-$(PROCESSOR).o arch/armnommu/kernel/init_task.o 因此，可以確定入口代碼是linux/arch/armnommu/kernel/head-armv.S。在前面介紹Bootloader時曾經提到， uClinux Kernel在啟動時要求把Machine Type ID存放在寄存器r1中。如果Bootloader在調用Kernel時沒有以參數傳遞的方式設置r1，則必須在head-armv.S中先對r1進行初 始化： …… #elif defined(CONFIG_ARCH_S3C44B0) mov r1, #MACH_TYPE_S3C44B0 …… #endif 其中，宏MACH_TYPE_S3C44B0定義在頭檔linux/include/asm-armnommu/mach-types.h中： #define MACH_TYPE_S3C44B0 178 …… #ifdef CONFIG_ARCH_S3C44B0 #ifdef machine_arch_type #undef machine_arch_type #define machine_arch_type __machine_arch_type #else #define machine_arch_type MACH_TYPE_S3C44B0 #endif #define machine_is_s3c44b0() (machine_arch_type==MACH_TYPE_S3C44B0) #else #define machine_is_s3c44b0() (0) #endif 該頭檔是由腳本linux/arch/armnommu/tools/gen-mach-types根據linux/arch/armnommu/tools/mach-types檔中的對應資訊自動生成的： #machine_is_xxx CONFIG_xxxx MACH_TYPE_xxx number …… …… …… …… s3c44b0 ARCH_S3C44B0 S3C44B0 178 在head-armv.S中，接下來就可以初始化Processor ID和Machine Type ID，清除BSS段，並跳轉到C代碼的入口函數start_kernel()了： #if defined(CONFIG_ARCH_S3C44B0) adr r5, LC0 ldmia r5, {r5, r6, r8, r9, sp} /* clear BSS */ mov r4, #0 1: cmp r5, r8 strcc r4, [r5], #4 bcc 1b ldr r2, S3C44B0_PROCESSOR_TYPE str r2, [r6] mov r2, #MACH_TYPE_S3C44B0 str r2, [r9] /* call start_kernel() */ mov fp, #0 b start_kernel LC0: .long __bss_start @ r5 .long processor_id @ r6 .long _end @ r8 .long __machine_arch_type @ r9 .long init_task_union+8192 @ sp S3C44B0_PROCESSOR_TYPE: .long 0x36366036 #endif 其中標號__bss_start和_end分別代表了BSS段的起始地址和結束地址，它們都定義在鏈結器腳本 linux/arch/armnommu/vmlinux-armv.lds.in中。而總體變數processor_id和 __machine_arch_type則是定義在linux/arch/armnommu/kernel/setup.c中。 2．3 異常處理和中斷處理 uClinux Kernel的C代碼入口函數start_kernel()定義在linux/init/main.c中。該函數中，有關調用setup_arch()處理內核啟動參數等內容在前面已有提及。此外，較為重要的還有對異常和中斷的處理： asmlinkage void __init start_kernel(void) { …… trap_init(); init_IRQ(); …… } linux/arch/armnommu/kernel/traps.c中的trap_init()函數調用 linux/arch/armnommu/kernel/entry-armv.S中的__trap_init()函數，把二級Exception Vector Table設置到基底位址vectors_base()處： void __init trap_init(void) { …… extern void __trap_init(void *); __trap_init((void *)vectors_base()); …… } 其中巨集vectors_base()被設置為系統中SDRAM的起始位址0x0C000000，定義在linux/include/asm-armnommu/proc-armv/system.h中： #ifdef CONFIG_ARCH_S3C44B0 #define vectors_base() (0x0C000000) #endif __trap_init()函數首先從標號.LCvectors處複製二級Exception Vector Table，其中參數vectors_base()通過寄存器r0傳遞： .equ __real_stubs_start, .LCvectors + 0x200 .LCvectors: swi SYS_ERROR0 b __real_stubs_start + (vector_undefinstr - __stubs_start) ldr pc, __real_stubs_start + (.LCvswi - __stubs_start) b __real_stubs_start + (vector_prefetch - __stubs_start) b __real_stubs_start + (vector_data - __stubs_start) b __real_stubs_start + (vector_addrexcptn - __stubs_start) b __real_stubs_start + (vector_IRQ - __stubs_start) b __real_stubs_start + (vector_FIQ - __stubs_start) …… …… …… adr r1, .LCvectors ldmia r1, {r2, r3, r4, r5, r6, r7, r8, r9} stmia r0, {r2, r3, r4, r5, r6, r7, r8, r9} 然後__trap_init()函數把各Exception Handler Routine的代碼從__stubs_start複製到vectors_base()+0x200，也就是0x0C000200處，以便與上述二級 Exception Vector Table中的跳轉指令相匹配。原先存放該段代碼的地址區間由__stubs_start和__stubs_end標記： add r2, r0, #0x200 adr r0, __stubs_start adr r1, __stubs_end 1: ldr r3, [r0], #4 str r3, [r2], #4 cmp r0, r1 blt 1b 中斷的初始化函數init_IRQ()定義在linux/arch/armnommu/kernel/irq.c中： struct irqdesc irq_desc[NR_IRQS]; void (*init_arch_irq)(void) __initdata = NULL; …… void __init init_IRQ(void) { …… for (irq = 0; irq < NR_IRQS; irq++) { irq_desc[irq].probe_ok = 0; irq_desc[irq].valid = 0; irq_desc[irq].noautoenable = 0; irq_desc[irq].mask_ack = dummy_mask_unmask_irq; irq_desc[irq].mask = dummy_mask_unmask_irq; irq_desc[irq].unmask = dummy_mask_unmask_irq; } init_arch_irq(); …… } irq_desc[]陣列用於存放IRQ請求描述符。每個中斷號對應一個irq_desc結構，NR_IRQS代表中斷總數。S3C44B0X開發板共有 26個中斷，中斷號和NR_IRQS都定義在linux/include/asm-armnommu/arch-s3c44b0/irqs.h中。函數指 標init_arch_irq()初始時為空，在前面提到的linux/arch/armnommu/kernel/setup.c裏的 setup_arch()函數中初始化： struct machine_desc *mdesc; …… mdesc = setup_architecture(machine_arch_type); …… init_arch_irq = mdesc->init_irq; 其中結構類型machine_desc定義在linux/include/asm-armnommu/mach/arch.h中，而對應的結構體定義在前面提到過的linux/arch/armnommu/mach-s3c44b0/arch.c中： MACHINE_START(S3C44B0, "44B0EVAL") MAINTAINER("XXX YYY") BOOT_MEM(DRAM_BASE,0x00000000,0x00000000) BOOT_PARAMS(0x0C000100) INITIRQ(genarch_init_irq) MACHINE_END setup_architecture()函數根據Machine Type ID在.arch.info段中搜索與之匹配的machine_desc結構，故mdesc->init_irq實際上將指向 genarch_init_irq()函數。該函數定義在linux/arch/armnommu/kernel/irq-arch.c中： void __init genarch_init_irq(void) { irq_init_irq(); } 而真正對irq_desc[]陣列進行初始化的irq_init_irq()函數定義在linux/include/asm-armnommu/arch -s3c44b0/irq.h中，該頭文件被linux/arch/armnommu/mach-s3c44b0/irq.c所包含：#include 在s3c44b0x_int_init()函數中將初始化S3C44B0X中斷控制器的各寄存器。s3c44b0x_int_init()、 s3c4510b_mask_ack_irq()、s3c4510b_mask_irq()和s3c4510b_unmask_irq()等函數也都定義 在linux/arch/armnommu/mach-s3c44b0/irq.c中。 static __inline__ void irq_init_irq(void) { …… s3c4510b_int_init(); …… for (irq = 0; irq < NR_IRQS; irq++) { irq_desc[irq].valid = 1; irq_desc[irq].probe_ok = 1; irq_desc[irq].mask_ack = s3c4510b_mask_ack_irq; irq_desc[irq].mask = s3c4510b_mask_irq; irq_desc[irq].unmask = s3c4510b_unmask_irq; } } 2．4 系統時鐘 在linux/init/main.c有對系統時鐘的初始化： asmlinkage void __init start_kernel(void) { …… time_init(); …… } 函數time_init()定義在linux/arch/armnommu/kernel/time.c中： #include void __init time_init(void) { …… setup_timer(); …… } 函數setup_timer()屬於architecture-specific代碼，可以在頭檔linux/include/asm-armnommu/arch-s3c44b0/time.h裏實現： extern struct irqaction timer_irq; extern void samsung_timer_interrupt(int, void *, struct pt_regs *); void __inline__ setup_timer (void) { rTCON &= 0xf0ffffff; rTCFG0 &= 0xff00ffff; rTCFG0 |= (16-1)<<16; rTCFG1 &= 0xff0fffff; rTCFG1 |= 0<<20; rTCNTB5 = fMCLK_MHz/(100*16*2); rTCON |= 0x02000000; rTCON &= 0xf0ffffff; rTCON |= 0x05000000; CLEAR_PEND_INT(IRQ_TIMER); INT_ENABLE(IRQ_TIMER); timer_irq.handler = samsung_timer_interrupt; setup_arm_irq(IRQ_TIMER, &timer_irq); } 該函數首先初始化S3C44B0X PWM Timer 5，作為系統時鐘源。Timer 5的輸入時鐘頻率由以下公式計算： Timer Input Clock Frequency = fMCLK_MHz / (Prescaler Value + 1) / (Divider Value) 其中Prescaler Value和Divider Value在TCFG0和TCFG1寄存器中設置。fMCLK_MHz通常等於PLL的輸出頻率，定義在linux/include/asm- armnommu/arch-s3c44b0/hardware.h中。PLL是在Bootloader裏初始化的，該頻率值應與當初的設置相匹配，假設 為50MHz： #define MHz 1000000 #define fMCLK_MHz (50 * MHz) 對寄存器TCNTB5的設置決定了uClinux系統時鐘的頻率，這裏為100Hz，即Timer 5的計時週期為(1/100)秒。然後通過設置TCON寄存器，更新TCNTB5的值，並啟動Timer 5計時器，使其工作在Auto Reload模式下。 setup_timer()函數最後清除中斷標記，開Timer 5中斷，掛接中斷服務常式samsung_timer_interrupt()，並通過 linux/arch/armnommu/kernel/irq.c中的setup_arm_irq()函數用已經賦過初值的timer_irq結構來初 始化Timer 5的中斷處理資料結構。samsung_timer_interrupt()函數定義在linux/arch/armnommu/mach- s3c44b0/time.c中，只是簡單地調用linux/kernel/timer.c中的do_timer()函數： void samsung_timer_interrupt(int irq, void *dev_id, struct pt_regs *regs) { do_timer(regs); } http://people.ofset.org/~ckhung/b/sa/cygwin.php |
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| ( 知識學習｜隨堂筆記 ) |
