学习目标：
- 对start.S中每一行代码，都有基本了解
- 通过对start.S文件分析，对ARM920T架构的CPU的启动过程，有更清楚理解
U-boot属于两个阶段的Bootloader，第一阶段的文件为cpu/arm920t/start.S和board/smdk2410/lowlevel_init.S，前者是平台相关的，后者是开发板相关的。U-boot的第一阶段主要的任务是一些系统的初始化工作，从大的方面可以分为以下几个部分：
①设置CPU的模式
②关闭看门狗
③关闭中断
④关闭MMU、设置RAM时序
⑤代码重定位、设置堆栈SP指针
⑥清除BSS段
⑦异常中断处理
下面对start.S文件做出详细分析，研究每一部分内容如何实现。
1 设置CPU的模式
110 reset: 111 /* 112 * set the cpu to SVC32 mode 113 */ 114 mrs r0,cpsr 115 bic r0,r0,#0x1f 116 orr r0,r0,#0xd3 117 msr cpsr,r0
cpsr为当前状态寄存器，它的格式如下所示：
cpsr是32位寄存器，寄存器[31:28]位为状态标志位，[27:8]位保留未被使用，[7:0]位为控制位。控制位中的第7位和第6位是用来设置是否使能中断请求和快速中断请求，第5位是设置CPU操作状态，当设置为1处理器执行在Thumb状态，为0时执行在ARM状态，第0~4位一起用来决定CPU的工作模式，模式位具体说明如下图所示：
由上图可知我们把M[4:0]设置为0b10011时，CPU工作在管理模式下，下面来分析代码如何实现。
第114行，将当前程序状态寄存器内容，复制到r0寄存器内
第115行，将r0寄存器内低5位清零
第116行，将r0寄存器内容与立即数0xd3进行或运算，并把运算结果保存到r0寄存器，CPSR位域和含义如下表所示：
| CPSR位域 | 7 | 6 | 5 | 4 | 3 | 2 | 1 | 0 |
| 位域含义 | I | F | T | M4 | M3 | M2 | M1 | M0 |
| 0xd3 | 1 | 1 | 0 | 1 | 0 | 0 | 1 | 1 |
即：
bit[7]=1->设置I位为1->关闭中断IQR，bit[6]=1->设置F位为1->关闭FIQ中断
bit[4:0]=0b10011->设置CPU位SVC管理模式
第117行，将r0寄存器内容，复制到cpsr寄存器中
2 关看门狗
119 /* turn off the watchdog */ 120 #if defined(CONFIG_S3C2400) 121 # define pWTCON 0x15300000 122 # define INTMSK 0x14400008 /* Interupt-Controller base addresses */ 123 # define CLKDIVN 0x14800014 /* clock divisor register */ 124 #elif defined(CONFIG_S3C2410) 125 # define pWTCON 0x53000000 126 # define INTMSK 0x4A000008 /* Interupt-Controller base addresses */ 127 # define INTSUBMSK 0x4A00001C 128 # define CLKDIVN 0x4C000014 /* clock divisor register */ 129 #endif 130 131 #if defined(CONFIG_S3C2400) || defined(CONFIG_S3C2410) 132 ldr r0, =pWTCON 133 mov r1, #0x0 134 str r1, [r0]
分析代码之前，先来介绍如何查看CONFIG_S3C2400、CONFIG_S3C2410宏是否定义。在start.S文件开头部分，可以看到如下图所示的头文件的引用
打开config.h文件，可以看到config.h内容如下
所以#include <config.h>可以替换为#include <configs/smdk2410.h>，查看CONFIG_S3C2400、CONFIG_S3C2410宏是否定义，在config/smdk2410.h文件中直接搜索即可。
(config.h文件是根据配置U-boot命令自动生成，关于U-boot配置命令介绍，可以参考这篇文章：https://www.cnblogs.com/053179hu/p/9266553.html)
下面来分析代码：
第120行，使用#if语句进行判断是否定义了CONFIG_S3C2400这个宏，若定义了这个宏，则第121~123处语句有效
第124行，若120行#if语句为假，执行#elif处代码，判断是否定义CONFIG_S3C2410这个宏，则125~128处语句有效
第131行，使用#if语句判断是否定义CONFIG_S3C2400、CONFIG_S3C2410宏的任何一个，若定义则执行下面代码
这里我们引用的是smdk2410.h头文件，在该头文件中CONFIG_S3C2410宏被定义，编译时#elif下语句被编译。125~128行是对硬件外设寄存器地址宏定义，以pWTCON为例，编译器进行预处理时遇到pWTCON即把它换为0x53000000，进行宏定义的目的，是使编写代码更加方便。
第132行，将WTCON寄存器地址，复制到r0寄存器中
第133行，将立即数0移入寄存器r1中
第134行，将r1内容0，写入到r0地址中，即WTCON寄存器地址
从硬件手册可以看出当WTCON寄存器第0bit内容为0，即关闭定时器0复位功能，与上面代码相吻合。
3 关闭中断
139 mov r1, #0xffffffff 140 ldr r0, =INTMSK 141 str r1, [r0] 142 # if defined(CONFIG_S3C2410) 143 ldr r1, =0x3ff 144 ldr r0, =INTSUBMSK 145 str r1, [r0] 146 # endif 147 148 /* FCLK:HCLK:PCLK = 1:2:4 */ 149 /* default FCLK is 120 MHz ! */ 150 ldr r0, =CLKDIVN 151 mov r1, #3 152 str r1, [r0] 153 #endif /* CONFIG_S3C2400 || CONFIG_S3C2410 */
第139~145行，向INMSK和INTSUBMSK寄存器相应为位写1，屏蔽中断源
第148~152，设置时钟分频系数
4 关闭MMU、设置RAM时序
159 #ifndef CONFIG_SKIP_LOWLEVEL_INIT 160 bl cpu_init_crit 161 #endif
bl是跳转指令，除了包含b指令的单纯的跳转功能，在跳转之前，还把r15寄存器=PC=CPU地址，赋值给r14=lr，然后跳转到对应位置，等要做的事情执行完毕后，再用mov pc, lr使得cpu再跳转回来，所以整个逻辑就是调用子程序的意思。
上面的代码意思很清晰，就是当没有定义CONFIG_SKIP_LOWLEVEL_INIT的时候，就跳转到cpu_init_crit的位置，头文件中未定义CONFIG_SKIP_LOWLEVEL_INIT，CPU将跳转到cpu_init_crit处执行程序，cpu_init_crit入口地址处代码如下：
240 #ifndef CONFIG_SKIP_LOWLEVEL_INIT 241 cpu_init_crit: 242 /* 243 * flush v4 I/D caches 244 */ 245 mov r0, #0 246 mcr p15, 0, r0, c7, c7, 0 /* flush v3/v4 cache */ 247 mcr p15, 0, r0, c8, c7, 0 /* flush v4 TLB */ 248 249 /* 250 * disable MMU stuff and caches 251 */ 252 mrc p15, 0, r0, c1, c0, 0 253 bic r0, r0, #0x00002300 @ clear bits 13, 9:8 (--V- --RS) 254 bic r0, r0, #0x00000087 @ clear bits 7, 2:0 (B--- -CAM) 255 orr r0, r0, #0x00000002 @ set bit 2 (A) Align 256 orr r0, r0, #0x00001000 @ set bit 12 (I) I-Cache 257 mcr p15, 0, r0, c1, c0, 0 258 259 /* 260 * before relocating, we have to setup RAM timing 261 * because memory timing is board-dependend, you will 262 * find a lowlevel_init.S in your board directory. 263 */ 264 mov ip, lr 265 bl lowlevel_init 266 mov lr, ip 267 mov pc, lr 268 #endif /* CONFIG_SKIP_LOWLEVEL_INIT */
MCR 指令用于将ARM 处理器寄存器中的数据传送到协处理器寄存器中，格式为：
MCR 协处理器编号，协处理器操作码1，源寄存器，目的寄存器1，目的寄存器2，协处理器操作码2。
其中协处理器操作码1 和协处理器操作码2 为协处理器将要执行的操作，
源寄存器为ARM 处理器的寄存器，目的寄存器1 和目的寄存器2 均为协处理器的寄存器。
第242~246行，使I/D cache失效： 协处理寄存器操作，将r0中的数据写入到协处理器p15的c7中，c7对应cp15的cache控制寄存器
第247行，使TLB操作寄存器失效：将r0数据送到cp15的c8、c7中。C8对应TLB操作寄存器
第252行，将c1、c0的值写入到r0中
第257行，将设置好的r0值写入到协处理器p15的c1、c0中，关闭MMU
第264行，将lr寄存器内容保存到ip寄存器中，用于子程序调用返回
第265行，跳转到lowlevel_init入口地址执行，lowlevel_init在lowlevel_init.S文件中，代码如下：
133 lowlevel_init: 134 /* memory control configuration */ 135 /* make r0 relative the current location so that it */ 136 /* reads SMRDATA out of FLASH rather than memory ! */ 137 ldr r0, =SMRDATA 138 ldr r1, _TEXT_BASE 139 sub r0, r0, r1 140 ldr r1, =BWSCON /* Bus Width Status Controller */ 141 add r2, r0, #13*4 142 0: 143 ldr r3, [r0], #4 144 str r3, [r1], #4 145 cmp r2, r0 146 bne 0b 147 148 /* everything is fine now */ 149 mov pc, lr 150 151 .ltorg 152 /* the literal pools origin */ 153 154 SMRDATA: 155 .word (0+(B1_BWSCON<<4)+(B2_BWSCON<<8)+(B3_BWSCON<<12)+(B4_BWSCON<<16)+(B5_BWSCON<<20)+(B6_BWSCON<<24)+(B7_BWSCON<<28)) 156 .word ((B0_Tacs<<13)+(B0_Tcos<<11)+(B0_Tacc<<8)+(B0_Tcoh<<6)+(B0_Tah<<4)+(B0_Tacp<<2)+(B0_PMC)) 157 .word ((B1_Tacs<<13)+(B1_Tcos<<11)+(B1_Tacc<<8)+(B1_Tcoh<<6)+(B1_Tah<<4)+(B1_Tacp<<2)+(B1_PMC)) 158 .word ((B2_Tacs<<13)+(B2_Tcos<<11)+(B2_Tacc<<8)+(B2_Tcoh<<6)+(B2_Tah<<4)+(B2_Tacp<<2)+(B2_PMC)) 159 .word ((B3_Tacs<<13)+(B3_Tcos<<11)+(B3_Tacc<<8)+(B3_Tcoh<<6)+(B3_Tah<<4)+(B3_Tacp<<2)+(B3_PMC)) 160 .word ((B4_Tacs<<13)+(B4_Tcos<<11)+(B4_Tacc<<8)+(B4_Tcoh<<6)+(B4_Tah<<4)+(B4_Tacp<<2)+(B4_PMC)) 161 .word ((B5_Tacs<<13)+(B5_Tcos<<11)+(B5_Tacc<<8)+(B5_Tcoh<<6)+(B5_Tah<<4)+(B5_Tacp<<2)+(B5_PMC)) 162 .word ((B6_MT<<15)+(B6_Trcd<<2)+(B6_SCAN)) 163 .word ((B7_MT<<15)+(B7_Trcd<<2)+(B7_SCAN)) 164 .word ((REFEN<<23)+(TREFMD<<22)+(Trp<<20)+(Trc<<18)+(Tchr<<16)+REFCNT) 165 .word 0x32 166 .word 0x30 167 .word 0x30
此处代码实现内存控制器初始化，为后面代码重定位做准备。
第137行，将保存设置内存控制器的参数的初始地址（连接地址），保存到r0寄存器中。
第138行，将程序连接的入口地址存入到r1寄存器中
第139行，r0=r0-r1，获取保存设置内存控制器的参数的初始地址（此处代码未进行定位，代码处于加载地址中，获取的是在存储器存放的物理地址）
第140行，将内存控制器的第一个寄存器地址存到r1寄存器中
第141行，获取保存设置内存控制器的参数的结束地址地址（此处代码未进行定位，代码处于加载地址中，获取的是在存储器存放的物理地址）
第142~146行，将标号SMRDATA地址处存放的参数，写入到相应寄存器中，设置内存控制器工作方式
第149行，程序调用返回，返回调用节点
第266~267，程序调用返回，返回调用节点（PC寄存器内容为bl cpu_init_crit指令地址+4）
5 代码重定位、设置堆栈SP指针
163 #ifndef CONFIG_SKIP_RELOCATE_UBOOT 164 relocate: /* relocate U-Boot to RAM */ 165 adr r0, _start /* r0 <- current position of code */ 166 ldr r1, _TEXT_BASE /* test if we run from flash or RAM */ 167 cmp r0, r1 /* don't reloc during debug */ 168 beq stack_setup 169 170 ldr r2, _armboot_start 171 ldr r3, _bss_start 172 sub r2, r3, r2 /* r2 <- size of armboot */ 173 add r2, r0, r2 /* r2 <- source end address */ 174 175 copy_loop: 176 ldmia r0!, {r3-r10} /* copy from source address [r0] */ 177 stmia r1!, {r3-r10} /* copy to target address [r1] */ 178 cmp r0, r2 /* until source end addreee [r2] */ 179 ble copy_loop 180 #endif /* CONFIG_SKIP_RELOCATE_UBOOT */ 181 182 /* Set up the stack */ 183 stack_setup: 184 ldr r0, _TEXT_BASE /* upper 128 KiB: relocated uboot */ 185 sub r0, r0, #CFG_MALLOC_LEN /* malloc area */ 186 sub r0, r0, #CFG_GBL_DATA_SIZE /* bdinfo */ 187 #ifdef CONFIG_USE_IRQ 188 sub r0, r0, #(CONFIG_STACKSIZE_IRQ+CONFIG_STACKSIZE_FIQ) 189 #endif 190 sub sp, r0, #12 /* leave 3 words for abort-stack */
第165行，获取当前代码存放起始地址，存入r0寄存器
第166行，获取代码连接的初始地址，存入r1寄存器
第167~168行，比较代码当前存放初始地址和设置连接地址是否相等，如果代码当前存放地址等于连接地址，则跳转stack_setup入口地址，设置堆栈；否则，执行重定位操作
第170~173行，获取U-boot代码长度，并进长度值存入r2寄存器中
第175~179行，循环操作，将代码从加载地址，复制到连接地址。
ldmia r0!, {r3-r10} 从源地址[r0]读取4个字节到寄存器（低地址存入低编号寄存器，高地址存入高编号寄存器），每读一次就更新一次r0地址 ，r0=r0+4
存放形式 [r0]-->r3 r0=r0+4；[r0]-->r4 r0=r0+4；........................[r0]-->r10 r0=r0+4
stmia r1!, {r3-r10} 拷贝寄存器r3-r10的值保存到 [r1]指明的地址（低地址存入低编号寄存器，高地址存入高编号寄存器），每写一个字节，r1=r1+4，
存放形式 r3-->[r1] r1=r1+4；r4-->[r1] r1=r1+4；........................r10-->[r1] r1=r1+4
第183~190行，设置堆栈，CFG_MALLOC_LEN 、CFG_GBL_DATA_SIZE、CONFIG_STACKSIZE_IRQ、CONFIG_STACKSIZE_FIQ等宏在smdk2410.h中有定义，内存使用如下图所示：
6 清除bss段
85 .globl _bss_start 86 _bss_start: 87 .word __bss_start 88 89 .globl _bss_end 90 _bss_end: 91 .word _end
192 clear_bss: 193 ldr r0, _bss_start /* find start of bss segment */ 194 ldr r1, _bss_end /* stop here */ 195 mov r2, #0x00000000 /* clear */ 196 197 clbss_l:str r2, [r0] /* clear loop... */ 198 add r0, r0, #4 199 cmp r0, r1 200 ble clbss_l
第85~91行，_bss_start，_bss_end为标号地址中存放bss段起始地址和结束地址，_bss_start和_end在连接脚本中定义u-boot-1.1.6oardsmdk2410u-boot.lds，程序连接时动态确定。
第193~194行，把bss段起始地址存入r0寄存器中，结束地址存放到r1寄存器中。
第197~200行，循环操作，将bss段中的内存清零
7 跳转到u-boot第二阶段入口
223 ldr pc, _start_armboot 224 225 _start_armboot: .word start_armboot
初始化外设完成之后，程序跳转到u-boot第二阶段入口函数start_armboot。ldr pc，_start_armboot为绝对跳转命令，pc值等于_start_armboot的连接地址，程序跳到SDRAM中执行，再辞之前程序都是在flash中运行的，绝对跳转必须在初始SDRAM，执行代码重定位之后才能进行。
8 异常中断处理
ARM920T架构CPU异常向量表如下图所示：
当CPU发生异常时，程序计数器跳到相应异常向量表地址处读取指令。由上图很容易看出，不同异常入口地址之间只有4个字节，在这里肯定不能存放异常处理函数。因此我们在中断向量地址处存放相应跳转指令，当发生异常时CPU跳到相应异常地址，读取跳转指令，跳转到相应异常处理函数处执行异常处理。start.S代码处理如下：
41 .globl _start 42 _start: b reset 43 ldr pc, _undefined_instruction 44 ldr pc, _software_interrupt 45 ldr pc, _prefetch_abort 46 ldr pc, _data_abort 47 ldr pc, _not_used 48 ldr pc, _irq 49 ldr pc, _fiq 50 51 _undefined_instruction: .word undefined_instruction 52 _software_interrupt: .word software_interrupt 53 _prefetch_abort: .word prefetch_abort 54 _data_abort: .word data_abort 55 _not_used: .word not_used 56 _irq: .word irq 57 _fiq: .word fiq 58 59 .balignl 16,0xdeadbeef
globl是个关键字，意思很简单，就是相当亍C语言中的extern，声明此变量，并且告诉链接器此变量是全局的，外部可以访问。
第41行，是上电或者复位后执行第一题指令，通过b命令跳转到reset地址处进行一系列初始化操作，reset地址标号后的代码已经在上面分析了。
第43~57行，以_undefined_instruction为例，就是，此处分配了一个word=32bit=4字节的地址空间，里面存放的值是undefined_instruction。
而此处_undefined_instruction也就是该地址空间的地址了。用C语言来表达就是：
_undefined_instruction = &undefined_instruction
或 *_undefined_instruction = undefined_instruction
在后面的代码，我们可以看到，undefined_instruction也是一个标号，即一个地址值，对应着就是在发生“未定义指令”的时候，系统所要去执行的代码。（其他几个对应的“软件中断”，“预取指错误”，“数据错误”，“未定义”，“（普通）中断”，“快速中断”，也是同样的做法，跳转到对应的位置执行对应的代码。）
第59行，意思就是，接下来的代码，都要16字节对齐，不足之处，用0xdeadbeef填充。
总结：uboot第一阶段
1、完成了硬件设备初始化操作
2、为加载Bootloader的第二阶段准备好RAM空间
3、实现代码重定位
4、设置好栈，并跳转到第二阶段入口函数