imx6ul链接地址、运行地址、加载地址、位置无关、mmu的关系_bootrom链接地址

0 说明

        本文主要说明在裸机和linux启动中链接地址和运行地址的关系，但是这俩哥们的关系和位置无关码以及MMU有所牵扯，所以放到一起进行说明。

        以下针对imx6ull处理器平台

1、imx6u的Memory Maps

        首先确定一下物理内存的开始地址，不同处理器DDR或者RAM的基地值是不一样的。这个需要根据平台的参考手册查找，对于imx6ul，在数据手册Memory Maps一章，有如下图:

        也就是说，CPU中的0x8000000地址对应物理内存的起始位置。而并不简单的是0地址对应物理内存的0地址。

        因此我们写一个裸机程序的时候，指定运行地址的时候，一般是0x80008000(uboot)，这里0x80008000指的是处理器中的地址，对应到DDR，也就是偏移为0x8000位置处。

2、链接地址

        这个地址是在程序构建到链接阶段的时候确定下来的。

2.1 链接地址的两种设置方式

•  -Ttext 0x80002000
• 链接脚本

2.2 链接后的影响

        链接后，查看反汇编可以参考，代码段开始时候的地址正是指定的链接地址。

 3、运行地址

        运行地址是和pc指针(r15寄存器)有关的地址。

举例1:uboot加载裸机并跳转执行

        uboot中通过tftp将程序加载到内存0x80002000处，然后通过go 0x80002000，开始执行。这个时候0x80002000就是运行地址。

=> tftp 0x80002000 boot.bin;go 0x80002000
TFTP from server 192.168.1.108; our IP address is 192.168.1.187
Filename 'boot.bin'.
Load address: 0x80002000
Loading: #################################################################
         ######
         2 MiB/s
done
Bytes transferred = 1040520 (fe088 hex)
## Starting application at 0x80002000 ...
****************************************************
************* IMX6UL Bootloader RUN ****************
****************************************************
 
1.Init io/clock/uart/usdhc/irq... success
 
2.Start Copy kerner and dtb to ddr
        2.1 Mount fatfs [ SUCCESS ]
        2.3 Open zImage file [ SUCCESS ]
        2.4 Open dtb file [ SUCCESS ]
        2.5 Read kernel file to ENTRY ADDR:0x80800000[ SUCCESS ]
        2.6 Read dtb file to 0x83000000[ SUCCESS ]
 
3.Starting kernel ...
 
Booting Linux on physical CPU 0x0
Linux version 4.1.15-g696dd24-dirty (root@xxzh) (gcc version 6.2.1 20161016 (Linaro GCC 6.2-2016.11) ) #68 SMP PREEMPT Thu Aug 11 09:45:05 CST 2022
CPU: ARMv7 Processor [410fc075] revision 5 (ARMv7), cr=10c53c7d
CPU: PIPT / VIPT nonaliasing data cache, VIPT aliasing instruction cache
Machine model: Freescale i.MX6 ULL 14x14 EVK Board
Reserved memory: created CMA memory pool at 0x8c000000, size 320 MiB
Reserved memory: initialized node linux,cma, compatible id shared-dma-pool
Memory policy: Data cache writealloc
PERCPU: Embedded 12 pages/cpu @8bb33000 s16908 r8192 d24052 u49152
Built 1 zonelists in Zone order, mobility grouping on.  Total pages: 130048
Kernel command line: console=ttymxc3,115200 imx2-wdt.timeout=120 root=/dev/mmcblk1p2 rootwait rw
PID hash table entries: 2048 (order: 1, 8192 bytes)
Dentry cache hash table entries: 65536 (order: 6, 262144 bytes)
Inode-cache hash table entries: 32768 (order: 5, 131072 bytes)
Memory: 180876K/524288K available (6847K kernel code, 377K rwdata, 2316K rodata, 400K init, 422K bss, 15732K reserved, 327680K cma-reserved, 0K highmem)
Virtual kernel memory layout:
    vector  : 0xffff0000 - 0xffff1000   (   4 kB)
    fixmap  : 0xffc00000 - 0xfff00000   (3072 kB)
    vmalloc : 0xa0800000 - 0xff000000   (1512 MB)
    lowmem  : 0x80000000 - 0xa0000000   ( 512 MB)
    pkmap   : 0x7fe00000 - 0x80000000   (   2 MB)
    modules : 0x7f000000 - 0x7fe00000   (  14 MB)
      .text : 0x80008000 - 0x808fb110   (9165 kB)
      .init : 0x808fc000 - 0x80960000   ( 400 kB)
      .data : 0x80960000 - 0x809be598   ( 378 kB)
       .bss : 0x809c1000 - 0x80a2a948   ( 423 kB)

 举例2：mkimage指定可执行程序开始运行的地址

        imx6ul在裸机编译产生bin文件后，可以通过如下命令产生imx文件，增加一个头部，bootrom会根据头部中的信息，把可执行程序放到0x80002000，在这个地址开始运行，这个地址就是运行地址。

./tools/mkimage -n ./tools/imximage.cfg.cfgtmp -T imximage -e 0x80002000 -d $(TARGET).bin $(TARGET).imx

链接地址和运行地址的区别

链接地址=运行地址

       程序中有函数调用，有全局变量，指定链接地址后，每一个数据都被安排好地址了。程序运行的时候， 可以找到对应的资源，上面的例子中，程序的链接地址和运行地址一样，所以运行不会有问题。

链接地址≠运行地址

        链接指定了0x80002000地址，但是uboot中不是go 0x80002000，那么可以运行吗，也许可以，需要看程序是不是位置无关码，如果是那么就可以正常运行，因为位置无关码下，链接地址将不会有影响。

        但是一个程序完全实现位置无关太难了，但是这俩地址又无法做到相同，那怎么办呢，那就是重定位，程序开始的时候运行位置无关码，通过前期位置无关码，把程序拷贝到链接地址处开始运行。

位置无关码

        这里不做太多说明，代码执行的时候使用相对地址调转，所以链接地址不会影响。

重定位

        链接地址≠运行地址的时候，可以通过重定位，在代码开始使用位置无关码将程序拷贝到正确的链接地址去，所以重定位用在链接地址≠运行地址的场景下。

MMU对链接、运行地址的影响

        这里主要是在linux引导时候会产生的情况。对于arm32平台，用户空间一般是3G/1G内核空间。因此内核的链接地址一般是0xc0008000。也就大于了0xc0000000。

        但是程序加载ddr的时候并不一定会被加载到0xc0008000，正如开始的时候说的imx6ul是从0x80000000开始，如果ddr只有512M，那么不可能把内核直接放到0xc0008000处。

        不过，对于imx6ul的内核空间一般是2G，也就可以以0x80008000作为链接地址，可以使得运行地址和链接地址一致。

        对于别的平台，可以在开启MMU之前，临时页表创建的时候，将内核链接地址和实际的物理地址映射起来。

        开启MMU前，位置无关码，链接地址≠运行地址，开启后链接地址=运行地址。