韦东山嵌入式Linux学习----010 代码重定位与优化

代码重定位与优化

/*
*硬件平台：韦东山嵌入式Linxu开发板（S3C2440.v3）
*软件平台：运行于VMware Workstation 12 Player下的UbuntuLTS16.04_x64 系统
*参考资料：Using LD, the GNU linker:http://ftp.gnu.org/old-gnu/Manuals/ld-2.9.1/html_mono/ld.htm，
EM63A165TS(SDRAM)datasheet,S3C2440datasheet，开发版原理图
*/

一、基础知识点

1. 程序由以下五个段组成
   {
    .text（代码段）,
    .data（数据段）,
    .rodata（只读数据段）,
    .bss（.bss,未初始化或初始化为0的全局变量）,
    .COMMON（注释段）,
   }

2. 汇编指令解析
   2.1 ldr：把数据从内存加载到寄存器
   {
    LDR指令的格式为：
    LDR{条件} 目的寄存器，<存储器地址>
    LDR指令用于从存储器中将一个32位的字数据传送到目的寄存器中。
   }
   2.2 str：把数据从寄存器保存到内存
   {
    STR指令的格式为：
    STR{条件} 源寄存器，<存储器地址>
    STR指令用于从源寄存器中将一个32位的字数据传送到存储器中。
   }
   2.3 bne:是“不相等或不为0跳转指令”
   ｛
     cmp同bne搭配理解
     如：cmp r0,r1
     bne clean_bss//如果r0!=r1，就执行bne，跳转到clean_bss函数处执行，否则向下执行。
   ｝

3. C函数怎么使用lds文件中的变量abc?

   3.1 在C函数中声明改变量为extern类型, 比如:
     extern int abc;
   3.2. 使用时, 要加取址符&, 比如:
      int *p = &abc; // p的值即为lds文件中abc的值

二、什么是重定位？

  重定位就是把代码段搬移到自身想要的地址。本来程序是运行在运行地址处的，你可以通过重定位搬移到链接地址处。

三、为什么要重定位？

  1、被动原因：Flash本身的内存大小不足，没有办法保证代码运行时的完整性。CPU发出的地址可以直接到达SDRAM,SRAM,NOR但是无法直接到达NAND
因此我们的程序可以直接放在NOR,SDRAM直接运行,假设我们把程序烧录到NAND中,CPU无法直接从NAND取地址运行。
  2、主动原因：自身代码设计要求。

四、怎么重定位？

！在东山嵌入式Linxu开发板（S3C2440.v3）进行学习！
  第一步：
  判断bin文件所要烧写到NOR FLASH还是NAND FLASH
  第二步：
  实验一：烧写到NOR FLASH
  目的：需要把data段重定位到SDRAM
  原因：NOR FLASH中的数据只可读不可写，修改其中的数据是无效的
*************************************************************
  实验二：烧写到NAND FLASH，
  目的：需要把data段重定位到SDRAM
  原因：NAND FLASH中的内存大小为4k，若程序的bin文件>4K时，前4K的代码需要把整个程序读出，放到SDRAM
  第三步：
  进行代码的编写工作

五、怎么在代码中实现数据段重定位？

Makefile文件：
添加脚本文件

arm-linux-ld -T sdram.lds start.o led.o uart.o sdram_init.o  main.o -o sdram.elf

sdram.lds脚本文件：

根据《Using LD, the GNU linker》中的
SECTIONS {
	...
	secname start BLOCK(align) (NOLOAD) : AT ( ldadr )
		{ contents } >region :phdr =fill
	...
	}
编译出:

SECTIONS
{
	. = 0x30000000;

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

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

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

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

start.S汇编文件数据段重定位和清除bss,COMMON段功能实现：

bl sdram_init
	
	/* 重定位text,rodata,data段整个程序 */
	mov r1, #0
	ldr r2, =_start   
	ldr r3, =__bss_start      
       	
cpy:
	ldr r4, [r1]      //从r1存储器中传送数据到r4寄存器中,r4 = [r1]
	str r4, [r2]      //把r4寄存器中的数据写入到r2存储器中，r4 ->[r2]
	add r1, r1,#4     
	add r2, r2,#4     
	cmp r2, r3        //比较r2-r3 =0?，!=则继续执行cpy程序
	ble cpy

	/* 清除BSS段 */
	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    /* 使用BL命令相对跳转, 程序仍然在NOR/sram执行 */
	ldr pc, =main     /* 绝对跳转, 跳到SDRAM */

六、怎么在代码中实现优化？

1、start.S汇编文件的优化
  分析：在上述的汇编文件中，我们直接用了汇编代码对sdram.lds中的变量进行操作，那么是否可以在C文件中对sdram.lds文件的变量进行操作，后在start.S文件中调用相关函数，增加代码的可读性和可移植性。

改写代码：

bl sdram_init

bl copy_to_sdram

bl clean_bss

//bl main    /* 使用BL命令相对跳转, 程序仍然在NOR/sram执行 */
ldr pc, =main     /* 绝对跳转, 跳到SDRAM */

2、sdram_init.c文件的改写

void sdram_init(void)
{

	BWSCON = 0x22000000;     //初始化BWSCON,选用BANK6,7

	BANKCON6 = 0x00018001;
	BANKCON7 = 0x00018001;

	REFRESH = 0x8404f5;
	
	BANKSIZE = 0x000000b1;

	MRSRB6 = 0x00000020;     //设置CL为2clock，具体查手册
	MRSRB7 = 0x00000020;     //设置CL为2clock，具体查手册
		
}

/*功能：复制整个text,rodata,data段到SDRAM中*/
void copy_to_sdram(void)
{
	extern int start,__bss_start;    //建立外部变量，方便获取lds文件中的量
	
	volatile unsigned int *text =(volatile unsigned int *) &start;      //text指向程序开头地址
	volatile unsigned int *end = (volatile unsigned int *)&__bss_start;    //end指向bss段开头的地址
	volatile unsigned int *src = (volatile unsigned int *)0;       //src指向0地址.即FLASH的开头地址

	while(text < end)
	{
		*text++ = *src++; 	//运行逻辑：1、*text = *src 2、*src++ 3、*text++	
	}
}

/*功能：清楚全部bss段*/
void clean_bss(void)
{

	extern int __bss_start,_end;     //建立外部变量，方便获取lds文件中的量
	volatile unsigned int *_start = (volatile unsigned int *)&__bss_start;
	volatile unsigned int *end = (volatile unsigned int *)&_end;

	while(_start <= end)
	{
		*(_start)++ =0; 
	}
}