现在进入bootloader之vivi分析的第二阶段，这部分使用C语言实现，部分代码采取内嵌汇编的方式。这里需要用到GNU GCC内嵌汇编的知识，这部分基础还没有具备，需要学习。
下面先按照流程进行分析。需要注意的是，此部分内容并非完全按照原版的vivi源代码，而是加入了自己的理解。另外，对非常简单、google出一片而且有分析正确的部分，在这里就简化了，不做详细分析，只是对网上没有分析到位而又影响理解的部分进行深入分析。我想，这部分内容应该是对《s3c2410完全开发》中vivi源代码分析部分的补充和完善。
stage 2：【init/main.c】
第二阶段的入口就是init/main.c，按照源代码的组织流程，根据模块化划分的原则，应该分为8个功能模块，源代码注释以step区分，非常清晰。现在首先解决一个问题，就是关于main的形参。vivi源代码中对main的原型使用了：int main(int argc, char *argv[])的标准形式，在第一阶段的【arch/s3c2410/head.S】中，利用APCS设定了相应的入口参数，如下：
| @ get read to call C functions
ldr sp, DW_STACK_START @ setup stack pointer
mov fp, #0 @ no previous frame, so fp=0
mov a2, #0 @ set argv to NULL
bl main @ call main
|
这里的sp、fp、a2都是APCS中名字，与之对应的寄存器分别为R13、R11、R2。这里理解的重点在于fp（frame pointer，帧指针），也就是栈帧指针。这是比较复杂的一个地方，对栈需要有深入的分析。搜集了一些资料，看了APCS标准，后续会把关于fp和APCS的部分单独拿出，总结成文。不管怎样，通过其入口地址的设置也可以看出，main是不需要入口地址的。那么，为了理解上的方便，不妨把main原型改为int main(void)，这样，相应的入口地址就不需要设置了。更改后的head.S对应部分如下：
| @ jump to ram
@ a technology about trampoline
ldr pc, =on_the_ram
on_the_ram:
bl main
@ if main ever returns, reboot
mov pc, #FLASH_BASE
|
清晰而且符合规则，前提是init/main.c中main原型修改为int main(void)。当然，对main还动了一些手术，现在把main的主流程部分放在这里，后面会对为什么如此改动详细说明。
| int main(void)
{
int ret;
/*
* Step 1:
* Print Vivi version information
*/
putstr("\r\n");
putstr(vivi_banner);
/*
* Step 2:
* initialize board environment
*/
ret = board_init();
if (ret) {
putstr("Failed a board_init() procedure\r\n");
error();
}
/*
* Step 3:
* MMU management
* When it's done, vivi is running on the ram and MMU is enabled.
*/
mem_map_init();
mmu_init();
putstr("Succeed memory mapping.\r\n");
/*
* Step 4:
* initialize the heap area
*/
ret = heap_init();
if (ret) {
putstr("Failed initailizing heap region\r\n");
error();
}
/*
* Step 5:
* initialize the MTD device
*/
ret = mtd_dev_init();
/*
* Step 6:
* initialize the private data
*/
init_priv_data();
/*
* Step 7:
* initialize the humanmachine environment
*/
misc();
init_builtin_cmds();
/*
* Step 8:
* boot kernel or step into vivi
*/
boot_or_vivi();
return 0;
}
|
（1）step 1：打印版本信息
这一部分其实是作为调试和增强人机交互行而用的，如果不用，对vivi的主要功能也不会产生影响。本来是最为简单的一个部分，但是实际上确实我理解上问题最多的一个部分，对这块动的手术也最多。事实上，这个部分的reset_handler存在bug。具体分析一下。
源代码step 1部分如下：
| putstr("\r\n");
putstr(vivi_banner);
reset_handler();
|
打印的vivi_banner在【init/version.c】中，如下：
| #include "version.h"
#include "compile.h"
const char *vivi_banner =
"VIVI version " VIVI_RELEASE " (" VIVI_COMPILE_BY "@"
VIVI_COMPILE_HOST ") (" VIVI_COMPILER ") " UTS_VERSION "\r\n";
|
vivi_banner就是字符串，中间有四个未知的宏，这是非常明显的。显然就是头文件中给出的。但是find，没有version.h、compile.h，这在前面Makefile分析时也详细讲解过了，而且还把version.h合并入compile.h里面了。可以just for fun，增加一些个性化的打印信息，比如，我的version.c修改如下：
| #include "compile.h"
const char *vivi_banner =
"\r\n\t^_^ Well done, boy! Go on -->\r\n"
"VIVI version " VIVI_RELEASE " (" VIVI_COMPILE_BY "@"
VIVI_COMPILE_HOST ") (" VIVI_COMPILER ") " UTS_VERSION "\r\n";
|
下面进入疑惑的reset_handler功能部分。作者的本意是利用reset_handler();实现软复位跟硬复位的处理。
| 【lib/reset_handle.c】
void
reset_handler(void)
{
int pressed;
pressed = is_pressed_pw_btn();
if (pressed == PWBT_PRESS_LEVEL) {
DPRINTK("HARD RESET\r\n");
hard_reset_handle();
} else {
DPRINTK("SOFT RESET\r\n");
soft_reset_handle();
}
}
|
首先看一下is_pressed_pw_btn，按照函数字面意思，应该是判断电源复位键是否按下，如果按下，则证明是硬复位；如果没有检测到键按下，那么就是软复位。具体代码如下：
| static int
is_pressed_pw_btn(void)
{
return read_bt_status();
}
--> read_bt_status
static int
read_bt_status(void)
{
ulong status;
//status = ((GPLR & (1 << GPIO_PWBT)) >> GPIO_PWBT);
status = ((PWBT_REG & (1 << PWBT_GPIO_NUM)) >> PWBT_GPIO_NUM);
if (status)
return HIGH;
else
return LOW;
}
|
可是，PWBT_REG是没有定义的，PWBT_GPIO_NUM也没有定义，也就是说，这个函数实际上是不可能编译通过的。从表面上分析，如同网上大部分讨论一样，我可以知道作者是什么意图，但是这段代码真正有效吗？从上面分析看，答案显然是这个reset_handle.c根本就是无效的。那么为什么vivi移植成功都没有注意这个问题，还只是按照表面意思分析代码呢？这个可以看reset_handle.h的头文件。
| #ifdef CONFIG_RESET_HANDLING
void reset_handler(void);
#else
#define reset_handler() (void)(0)
#endif
|
很显然，在配置的时候，CONFIG_RESET_HANDLING是没有定义的，那么reset_handler()为空，也就是说这部分根本就是空代码，并没有实际执行功能。如果还不放心，那就做测试，如果把CONFIG_RESET_HANDLING选中（具体是把General setup部分的support reset handler选中），那么就会出现错误：
| reset_handle.c: In function `read_bt_status':
reset_handle.c:31: `PWBT_REG' undeclared (first use in this function)
reset_handle.c:31: (Each undeclared identifier is reported only once
reset_handle.c:31: for each function it appears in.)
reset_handle.c:31: `PWBT_GPIO_NUM' undeclared (first use in this function)
reset_handle.c:28: warning: `status' might be used uninitialized in this function
reset_handle.c: In function `hard_reset_handle':
reset_handle.c:52: `USER_RAM_BASE' undeclared (first use in this function)
reset_handle.c:52: `USER_RAM_SIZE' undeclared (first use in this function)
reset_handle.c: In function `reset_handler':
reset_handle.c:68: `PWBT_PRESS_LEVEL' undeclared (first use in this function)
make[2]: *** [reset_handle.o] Error 1
make[2]: Leaving directory `/home/armlinux/embedded_Linux/s3c2410/bootloader/m-boot-1.0.0/lib'
make[1]: *** [first_rule] Error 2
make[1]: Leaving directory `/home/armlinux/embedded_Linux/s3c2410/bootloader/m-boot-1.0.0/lib
|
可见这部分功能是多余的。可以选择把这部分设置完全去掉，方法如下：
・【init/main.c】去掉行reset_handler();，去掉#include <reset_handle.h>。
・删除【lib/reset_handle.c】，删除【include/reset_handle.h】
・【arch/
config.in】，删除行bool 'support reset handler' CONFIG_RESET_HANDLING，这样就彻底把此项配置部分也删除了。如果还有原来的默认配置文件，可以把# CONFIG_RESET_HANDLING is not set删除。
经过上面三步，就可以把reset handler功能去掉了。这些在你了解了vivi的配置机制后是很容易操作的，它们之间的关系并不复杂，就是一条链，顺着找就可以了。
我现在第一步想做的是把vivi进行"瘦身"，只需要完成在EDUKIT-III上从nand flash启动引导内核的功能就可以，从中也可以了解核心技术和主要流程。但是，在整个的软件架构上是保持不变的。如果我想增加功能，因为对这个软件架构熟悉了，所以很容易扩展，而且也容易自己重新做一个功能更好一些的bootloader。
（2）step 2：
主要是初始化GPIO。这个在前面实验中做过了，基本的思路和方法就是在把握好整个系统硬件资源的前提下，根据datasheet把所有的初始值设定，在这里利用这个函数就可以完成初始化了。
（3）step 3：
MMU初始化。这部分在MMU基础实验中完成了。关于GNU GCC内嵌汇编部分还不是太清晰，还有待于在后续工作中加强。
（4）step 4：
堆初始化。堆与栈的区别已经比较清晰了，在动手分析vivi的过程中，更为明确了。在这里，实际上就是实现动态内存分配策略。具体实现部分在【lib/heap.c】。因为以前自己没有写过动态内存分配，所以要仔细分析这部分是如何实现的。这部分的工作主要有两个：一是分析封装调试宏的技巧和printk的实现方法，这部分在这里还是挺重要的。二是heap基本的原理是什么？具体如何实现？
下面首先进行第一个重点分析。关于调试手段，在分析ARM的基本调试手段时也提到过，使用串口打印调试信息是一个非常有效且常用的手段，vivi中采取的也是这种方式。当然，如果你只是实现最为简单的打印字符串等，那么初始化串口后，封装一个基本的输出函数就可以了。但是，这个基本函数的功能是非常有限的。我们在Linux用的printk则要强大好用的多。vivi的思想就是把Linux kernel的printk拿过来，稍微裁减一下（因为vivi不需要打印级别，但是需要打印手段的多样化）。这样，自己的工作量并不大，但是调试手段则要完善得多了。在这里，关于printk的代码细节不作为重点，vivi也只是借用了Linux kernel的printk的实现，并做了简单的修改，把console映射到了串口0上。
手头上暂时有linux-2.4.18的内核，暂时以这个为依据来探讨vivi中printk的实现。
・复制【lib/vsprintf.c】到vivi的lib目录下，更改名称为printk.c。然后只保留vsnprintf，及其用到的number函数、skip_atoi函数。skip_atoi中用到了isdigit，所以把【include/linux/ctype.h】复制到vivi的include目录下。另外，还要用到do_div和strnlen两个函数。其中do_div是宏，在【include/asm-arm/div64.h】中实现，直接复制到vivi的include文件夹中。strnlen应该在string.c中实现，可以从【lib/string.c】复制然后添加到vivi的lib下的string.c文件中，最后把声明加到include下的vivi_string.h中。这样，printk需要的基础部分就具备了。
・复制【kernel/printk.c】，然后把printk的实现部分摘出来，去掉打印等级等功能，参考vivi的就可以封装起来了。
可见，vivi中的printk只是把Linux kernel中的代码拿过来，做了及其少量的修改。我现在已经重现了这个过程，并且对整个vivi工程文件做出一些修改，编译下载，测试功能稳定。
实现了printk，往往需要封装一个调试宏。在【lib/heap.c】中和其他一些文件中，调试宏都是这样的形式：
| #ifdef DEBUG_HEAP
#define DPRINTK(args...) printk(##args)
#else
#define DPRINTK(args...)
#endif
|
分析这样是不妥的。原因就在于stdarg.h（注意，这里只需要定义头文件<stdarg.h>就可以把变长参数表的功能引入了。该头文件的实现因为不同的机器而不同，但是提供的接口是一致的。具体可以看《The C Programming Language》。但是一个细节就是你如果find，会找不到stdarg.h这个头文件，原因就是gcc直接把stdarg.h放到编译器里。）规定的变长参数表必须至少包括一个有名参数，va_start会将最后一个有名参数作为起点。这里封装的printk缺少了有名参数，这里可以做测试。测试工程如下：
 | | 文件: | printk_test.tar.gz | | 大小: | 1KB | | 下载: | 下载 | |
通过这个测试手段，发现如果选择方式#define DPRINTK(fmt, args...) printk(fmt, ##args)，那么结果如下：
| [armlinux@lqm printk_test]$ make
gcc -Wall -g -O2 -c -o printk.o printk.c
gcc -Wall -g -O2 -c -o test.o test.c
gcc -Wall -g -O2 printk.o test.o -o test
[armlinux@lqm printk_test]$ ls
Makefile printk.c printk.h printk.o test test.c test.o
[armlinux@lqm printk_test]$ ./test
test: i = 5, j = 10
|
如果选择#define DPRINTK(args...) printk(##args)，那么结果如下：
| [armlinux@lqm printk_test]$ make
gcc -Wall -g -O2 -c -o printk.o printk.c
gcc -Wall -g -O2 -c -o test.o test.c
test.c:23:47: warning: pasting "(" and ""test: i = %d, j = %d\n"" does not give a valid preprocessing token
gcc -Wall -g -O2 printk.o test.o -o test
[armlinux@lqm printk_test]$ ls
Makefile printk.c printk.h printk.o test test.c test.o
[armlinux@lqm printk_test]$ ./test
test: i = 5, j = 10
|
可见第二种方式是不合适的。于是修改如下：
| #ifdef DEBUG_HEAP
#define DPRINTK(fmt, args...) printk(fmt, ##args)
#else
#define DPRINTK(fmt, args...)
#endif
|
这样的调试宏就没有问题了。也算是宏的一个小技巧吧，在Linux内核中查看，可以看到不少的printk的宏封装都是这样的。
接下来关于heap的实现细节，这部分在《s3c2410完全开发》上分析比较到位，这里就不做具体分析了，可以参考《s3c2410完全开发》（thisway_diy）。
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