s3c2440裸机-代码重定位、清bss的优化和位置无关码

1.代码重定位的改进

1. 用ldr、str代替ldrb， strb加快代码重定位的速度。

   前面重定位时，我们使用的是ldrb命令从的Nor Flash读取1字节数据，再用strb命令将1字节数据写到SDRAM里面。
   我们2440开发板的Nor Flash是16位，SDRAM是32位。 假设现在需要复制16byte数据。

   不同的读写指令	cpu读取nor的次数	cpu写入sdram的次数
   ldrb、strb	16	16
   ldr、str	8	4

   可以看出我们更换读写指令后读写次数变少了，提升了cpu的访问效率。

   修改后的start.s代码如下图所示，这里我只简单的列出了重定位的实现：

    ...
    cpy:
    	ldr r4, [r1]
    	str r4, [r2]
    	add r1, r1, #4 //r1加4
    	add r2, r2, #4 //r2加4
    	cmp r2, r3 //如果r2 =< r3继续拷贝
    	ble cpy
    ...
   

2. 用c语言实现重定位

添加如下链接脚本：

SECTIONS
{
	. = 0x30000000;

	__code_start = .;

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

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

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

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

在main.c中添加如下函数实现：

void copy2sdram(void)
{
		//要从lds文件中获得 __code_start, __bss_start
		//然后从0地址把数据复制到__code_start

	extern int __code_start, __bss_start;

	volatile unsigned int *dest = (volatile unsigned int *)&__code_start;
	volatile unsigned int *end = (volatile unsigned int *)&__bss_start;
	volatile unsigned int *src = (volatile unsigned int *)0;

	while (dest < end)
	{
		*dest++ = *src++; //从0地址依次copy到__code_start(代码段的运行地址)
	}
}

然后在start.s中设置栈指针sp后，即可执行bl copy2sdram进行重定位代码。如何设置栈指针请参考
时钟编程(二、配置时钟寄存器)中有实现，重复代码我就不贴上来了。

2.清bss的改进

1. 用ldr、str代替ldrb， strb加快清bss的速度

   和上面重定位类似，代码如下：

        ldr r1, =__bss_start
        ldr r2, =_end
        mov r3, #0
    clean:
        str r3, [r1]
        add r1, r1, #4
        cmp r1, r2
        ble clean
   
        bl main
    halt:
   		b halt
   

2. c语言实现清bss

   和上面重定位的代码实现一样，就是往bss段全部写0. 执行完bl copy2sdram, 然后再bl clean_bss即可完成清除bss段。

    void clean_bss(void)
    {
    	/* 从lds文件中获得 __bss_start, _end*/
    	extern int _end, __bss_start;
    
    	volatile unsigned int *start = (volatile unsigned int *)&__bss_start;
    	volatile unsigned int *end = (volatile unsigned int *)&_end;
    
    	while (start <= end)
    	{
    		*start++ = 0;
    	}
    }
   

   注意：汇编代码获取的是链接脚本中的变量的地址，而C语言代码中获取的是链接脚本中的变量的值，所以这里的用C语言改进重定位还是清bss都是要加取址符。

3. 保证所有段的起始地址以4字节对齐

   我们前面为了加快重定位和清bss的速度,用到了ldr,str这样以4字节为单位进行读写，但是还可能导致一个问题，假设现在链接脚本没有进行用ALIGN(4)让不同的段以4字节对齐，那么就会出现访问错乱的情况。

   我举个例子：

    #include "s3c2440_soc.h"
    #include "uart.h"
    #include "init.h"
    
    char g_Char = 'A'; //.data
    char g_Char3 = 'a';
    const char g_Char2 = 'B'; //.rodata
    int g_A = 0; //bss
    int g_B; //bss
    
    int main(void)
    {
    	uart0_init();
    
    	puts("
   
   g_A = ");
    	printHex(g_A);
    	puts("
   
   ");
    	putchar(g_Char);
    	return 0;
    }
   

   将链接脚本中.data段和.bss之间的ALIGN(4)去掉。那么我们会发现程序执行的时候输出的g_A=0，为什么呢，我们明明初始化g_A=‘A’呀？

   我们分析下反汇编看看：

   

   我们的.bss段紧接着.data段后面，可知在对bss段进行清除的时候，由于我们是以4字节为单位操作的，所以我们清除g_A的时候，连带g_Char,g_Char的值也一起清除了。所以data段和数据段之间添加ALIGN(4)。修改后就会发现bss段的地址以0x30000248开始了，如下图：

3.位置无关码

我们对‘bl sdram_init’指令进行分析：
查看反汇编：(代码段的链接地址为0x3000,0000)

这里的bl 3000036c不是跳转到3000036c，这个时候sdram并未初始化,那么这个物理地址是无法访问的;
为了验证，我们做另一个实验，修改连接脚本sdram.lds, 链接地址改为0x3000,0800，编译，查看反汇编：

可以看到现在变成了bl 300003ec,但两个的机器码e1a0c00d都是一样的，机器码一样，执行的内容肯定都是一样的。 因此这里并不是跳转到显示的地址，而是跳转到: pc + offset，这个由链接器决定。

假设程序从0x30000000执行，当前指令地址：0x3000005c ,那么就是跳到0x3000036c；如果程序从0运行，当前指令地址:0x5c 调到：0x000003ec

跳转到某个地址并不是由bl指令所决定，而是由当前pc值决定。反汇编显示这个值只是为了方便读代码。

重点： 反汇编文件里， B或BL 某个值，只是起到方便查看的作用，并不是真的跳转。

怎么写位置无关码？

使用相对跳转命令 b或bl;
重定位之前，不可使用绝对地址，不可访问全局变量/静态变量，也不可访问有初始值的数组(因为初始值放在rodata里，使用绝对地址来访问)；
重定位之后，使用ldr pc = xxx，跳转到/runtime地址；
写位置无关码，其实就是不使用绝对地址，判断有没有使用绝对地址，除了前面的几个规则，最根本的办法看反汇编。

因此，前面的例子程序使用bl命令相对跳转，程序仍在NOR/sram执行，要想让main函数在SDRAM执行，需要修改代码：

  //bl main  /*bl相对跳转，程序仍在NOR/sram执行*/
  ldr pc, =main/*绝对跳转，跳到SDRAM*/