FSBL的數(shù)據(jù)段和代碼段如何連接？

FSBL的數(shù)據(jù)段和代碼段如何鏈接

搞懂?dāng)?shù)據(jù)段和代碼段是如何被鏈接成一個(gè)二進(jìn)制文件的，這應(yīng)該是每一個(gè)ARM程序員必須搞清楚的一個(gè)事情。它會(huì)幫助程序員更加透徹的知道ARM是怎么被安排去工作的，所以數(shù)據(jù)段你和代碼段如何鏈接在一起，是我們搞懂FSBL的第一步。

建個(gè)Example工程，不要光顧著看，自己動(dòng)動(dòng)手掌握的更快。

要回答這個(gè)問題其實(shí)必須要建一個(gè)工程，相關(guān)的軟件操作流程可以參考各種開發(fā)板的實(shí)驗(yàn)手冊(cè)，我這里見得描述一下：

現(xiàn)在VIVADO里面新建一個(gè)PL工程，可以自己搭，也可以用范例，本小節(jié)所涉及的PL來自范例，如下所示，整個(gè)PL實(shí)際上由：

1.1 ARM部分（硬核+外設(shè)），如圖中所示的processing_system，其中就包含了除APU以外，還有DDR，以及FIXED_IO。DDR好理解，就是連接外部DDR存儲(chǔ)器唄，那這個(gè)FIXED_IO是個(gè)啥呢？這個(gè)實(shí)際上就是arm的外設(shè)，包含了Q-spi的必要引腳，也包括了Debug Info所需的串口?？偠灾际茿RM的外設(shè)

1.2 復(fù)位部分，看名字就很好理解，該模塊專門用于所以Zynq的PL部分部件的復(fù)位

1.3 AXI Interconnect，這個(gè)模塊非常重要，簡單地說這就是一個(gè)總線解析器，一主（一個(gè)master AXI4）多從（兩個(gè)slave AXI4）。我們之前提到過，AXI4將會(huì)用于連接Zynq的PS（ARM部分）和PL（FPGA部分），這里就是一個(gè)例子，后面每一個(gè)Slave AXI4都連著一個(gè) Xilinx 的IP，或者是用戶自定義的具備AXI4的IP。這樣就簡單了，只要用戶定義的IP包含AXI4接口，同時(shí)將必要的可讀或者可寫數(shù)據(jù)映射到這個(gè)AXI4接口上，那么Zynq的ARM就能夠通過總線接觸到這些映射到總線上的數(shù)據(jù)，it means the ARM could read/write its content mapped on the Bus of AXI4.

1.4 AXI GPIO & AXI BRAM Controller, 這兩個(gè)就是上述的Xilinx的IP，自帶有AXI4總線接口，這樣ARM就能夠通過總線解析器控制他們

1.5 實(shí)際的應(yīng)用，其實(shí)也不會(huì)比這個(gè)在復(fù)雜太多，只是再加一些自定義的IP

2 利用這個(gè)范例，我們進(jìn)一步建立BSP，然后基于BSP建立APP（用戶程序），以及FSBL（范例，Zynq的加載程序），如下圖所示，其包含了app, bsp, platform, fsbl。通過任何一個(gè)開發(fā)版的用戶手冊(cè)都可以獲得完整的工程建立流程，這里不再贅述。

3 其中bsp和fsbl里面，包含加載過程中所用到的所有源碼，下面一一解析。

查看鏈接文件，原來存儲(chǔ)空間是這樣有條不紊的被分配

點(diǎn)擊FSBL->src->lscript.ld，界面上將會(huì)呈現(xiàn)（這里的SDK是2017.2版本）：

感謝這個(gè)SDK的開發(fā)工具，使得用戶能夠以圖表的方式去查看數(shù)據(jù)段和代碼段的具體分布（以前都是通過直接看源碼，畢竟科技進(jìn)步了~）,不過老程序員可能更喜歡看源碼，那我們就結(jié)合的看吧

這個(gè)圖主要呈現(xiàn)了三部分內(nèi)容：

定義了兩個(gè)存儲(chǔ)空間，包括offset和length，其源碼表達(dá)如下

接下來定義了堆棧的大小，忘了啥是堆棧的可以自行百度復(fù)習(xí)一下

接下來就是將FSBL編譯完成后的所有數(shù)據(jù)和代碼，按照一定的順序鏈接生成二進(jìn)制文件，舉個(gè)例子：

上面的源碼的作用是：

（1）定義FSBL的程序入口在== _vector_table ==

（2）將代碼段（.text*）鏈接到ps7_ram_0_S_AXI_BASEADDR的最前頭，而這里的代碼段實(shí)際包含了.vector等等內(nèi)容，我們查看一下.vectors到底是個(gè)啥吧，搜索一下把，結(jié)果就在bsp的asm_vectors.S（匯編文件里面）

進(jìn)到這個(gè)匯編程序,如下所示：

這里先關(guān)注兩個(gè)名字，一個(gè)就是==.vectors==,另一個(gè)就是==_vector_table==

看下面的源碼可知，.vectors就是一個(gè).section，相當(dāng)于下面所有的匯編源碼取了一個(gè)別名，叫做.vectors,這些源碼最終被放置到了上述位置！

第二個(gè)需要關(guān)注的是_vector_table，其實(shí)際上就是全局變量（看下面的源碼.globl _vector_table ）,這個(gè)全局變量在這里就是一個(gè)指針，指向了B_boot 這個(gè)操作。

同時(shí)回過頭看上面的源碼ENTRY(_vector_table)，這就是定義了FSBL的程序入口，也就是cpu執(zhí)行的第一條指令保存在 _vector_table -----> B_boot

這里可以簡單的小結(jié)一下， FSBL執(zhí)行的第一條指令就是B_boot，這是通過查看（編寫）FSBL->src->lscript.ld才獲悉的，可想而知這個(gè)鏈接文件有多重要，后期等我們更加熟悉，可以嘗試一下取修改它，這里做個(gè)記號(hào)，繼續(xù)往下走！

ARM要開始運(yùn)行FSBL了，然而并不是main()

上面已經(jīng)提及實(shí)際FSBL程序最先被執(zhí)行的語句是B_boot，這是一條匯編指令，意思就是說跳轉(zhuǎn)到 _boot程序塊，同時(shí)轉(zhuǎn)跳指令B是無需返回的，所以后續(xù)BUndefined啥的實(shí)際上并不會(huì)被執(zhí)行，看一下**_boot**是什么：

匯編語言不是筆者的強(qiáng)項(xiàng)，因此只能大概說明一下（有興趣的可以自己逐條查看作用，過程會(huì)比較痛苦。方式能收獲更多CPU底層的細(xì)節(jié)，這里不展開）：

1 針對(duì)CPU0和CPU1有不同的程序，基本就是CPU0干活，CPU1就是WFE

2 CPU干的活就是初始化MMU和TLB等等，其中比較關(guān)鍵的就是初始化堆棧（SP寄存器指向棧頂），前面也提及過，在鏈接的時(shí)候分配了堆?？臻g，而堆棧對(duì)C語言函數(shù)是非常重要的。棧的作用：一般來說函數(shù)調(diào)用或者中斷，都會(huì)涉及到現(xiàn)場(chǎng)保護(hù)和現(xiàn)場(chǎng)恢復(fù)，被保護(hù)的現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際上就是CPU的幾個(gè)專用的reg，以及正在執(zhí)行的函數(shù)的局部變量等數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)會(huì)被推進(jìn)棧內(nèi)，其相應(yīng)的SP寄存器也會(huì)加上入棧數(shù)據(jù)的長度，在函數(shù)執(zhí)行返回?fù)]著中斷返回時(shí)，棧內(nèi)的數(shù)據(jù)按順序再次出來，總體來說就是先進(jìn)后出。而堆的作用一般就是給系統(tǒng)動(dòng)態(tài)分配存儲(chǔ)空間的，包括用戶經(jīng)常調(diào)用的malloc說分配的空間，就是在堆里。簡而言之，堆棧的完成初始化是為了c語言函數(shù)提供了環(huán)境。否則C語言是無法正確被執(zhí)行的。

3 完成上面一系列的功能后，開始一執(zhí)行去第一條C語言函數(shù)**_start**,見下面的匯編代碼

一樣的，我們不仔細(xì)展開這段匯編，其實(shí)通過注釋就能夠明白，這里的主要功能就是初始化各種數(shù)據(jù)，包括bss等等。最后，匯編來到了main，這個(gè)main就是FSBL的主函數(shù)，也就是大家比較熟悉的c語言函數(shù)。

小結(jié)，實(shí)際上BSP在背后干了好多事情（上述所有的匯編都是bsp提供的），這是為了讓用戶能夠忽略一些技術(shù)細(xì)節(jié)，直奔主題main。而這些技術(shù)細(xì)節(jié)已經(jīng)有Xilinx官方為我們完整無誤的準(zhǔn)備好了，所以FSBL我們其實(shí)只用聚焦在main函數(shù)即可，其他的臟活累活BSP已經(jīng)替我們完成了，我們用不用太操心。不過通過上面的一些展開，大伙兒應(yīng)該也有了一個(gè)模糊的概念，也就是說雖然我們寫的所有的函數(shù)都是從main函數(shù)開始，然后CPU執(zhí)行的第一條指令，絕對(duì)不是main，而是最基礎(chǔ)的匯編。這個(gè)匯編會(huì)替你搞定c語言環(huán)境，讓我們的main能夠很ojbk的運(yùn)行。下次把目光回到main函數(shù)

終于要開始進(jìn)入main()了，激動(dòng)不？

費(fèi)話不多講，直接懟源碼，如下所示

逐條懟：
一開始就定義了三個(gè)變量，這三個(gè)變量的作用請(qǐng)看下面的注釋

next， 接下來開始初始化MIO，PLL，CLK和DDR，調(diào)用的函數(shù)就是ps7_init()

如果看過我們上一篇blog應(yīng)該有個(gè)印象，MIO不是已經(jīng)被初始化過一遍嗎，怎么又要？是的，就是這么靈活，也就是說你的FSBL可以在Qspi（這樣BootROM只會(huì)初始化Qspi的接口MIO）里，你的BitStream可以保存在eMMC上，那這個(gè)多出來的eMMC的MIO也需要在初始化一下了。不多講，直接看ps7_init()

該函數(shù)主要完成：

讀取PS版本，估計(jì)一些老料子的方式略有不同吧

根據(jù)PS版本，賦予相對(duì)應(yīng)初始化數(shù)組的指針。這個(gè)數(shù)組基本上構(gòu)成舉例(ps7_mio_init_data_1_0)如下

可以簡單的理解為，這個(gè)ps7_mio_init_data_1_0數(shù)組中的而每一個(gè)元素都是一種操作，這個(gè)操作包含了EMIT_WRITE，EMIT_READ等等。比如說EMIT_WRITE，為了完成這個(gè)操作，實(shí)際上包含了3個(gè)元素，操作指令碼+地址+數(shù)據(jù)（不同的操作包含的數(shù)據(jù)不同，有些操作會(huì)有四個(gè)元素）。

其想要實(shí)現(xiàn)的功能就是往addr write val，比如說EMIT_WRITE(0XF8000008, 0x0000DF0DU),其想要實(shí)現(xiàn)的功能就是將地址0XF8000008上的數(shù)據(jù)寫為0x0000DF0DU

而0XF8000008這個(gè)地址，通過查看TRM，實(shí)際上就是給SCLR_UNLOCK寄存器寫入0xDF0D，目的就是為了解鎖SCLR所有的寄存器，使其可寫，也就是說沒有完成這一步的話，SCLR的其余寄存器使不允許寫操作的！

Xilinx希望通過這種比較奇怪的方式完成了一系列操作（EMIT_WRITE和其他操作）的封裝成一個(gè)組合（ps7_mio_init_data_1_0），這一些列的操作共同完成了比如說MIO的初始化，DDR的初始化等等。同時(shí)Xilinx提供了一個(gè)函數(shù)去解讀這些操作,**ps7_config ()**正是為了實(shí)現(xiàn)這個(gè)功能,如下所示，利用ps7_config ()和ps7_mio_init_data來完成MIO的初始化

下面來看一下ps7_config（）

該函數(shù)很簡單，實(shí)際上就是EMIT_WRITE，EMIT_EXIT,EMIT_READ等一系列操作的解包過程，有興趣的可以深入查看一下。需要注意的是，最后一個(gè)操作一定是EMIT_EXIT,也就是說不管是ps7_mio_init_data還是ps7_pll_init_data，這些數(shù)組的最后一個(gè)元素（操作）一定是EMIT_EXIT，讀者可自行檢查。

小節(jié)

Xilinx利用了一種非常不常見的方式完成了部分（MIO或者DDR）初始化，究其原因可能是這部分初始化工作是固定的，所以什么可讀性啊都不需要了？既然xilinx這么干了，我們看得懂就行了，這種方式極其不推薦。

審核編輯：劉清