RTT-SMART学习 (二):启动过程

听风lighting2026-04-15 8:32

RTT_SMART 启动过程

启动代码在cortex-a/start_gcc.S

C文件经过预处理,编译,汇编和链接才能变成可执行文件,所以学习启动过程的第一步就是看链接文件,在这里也正好复习复习cortexM下的启动相关的文件

  从链接脚本来看,链接起始地址是0xc0010000,这个值我们可以在menuconfig里面配置。那么问题来了 链接起始地址是0xc0010000 我们加载进内存可不一定是这个地址,那怎么就能实现实际物理地址和链接脚本中地址的转换了呢?暂且按下不表。

c 复制代码 
OUTPUT_FORMAT("elf32-littlearm", "elf32-littlearm", "elf32-littlearm")
OUTPUT_ARCH(arm)
SECTIONS
{
    /*. = 0x60010000; */
    . = 0xc0010000;
    __text_start = .;
    .text :
    {
        *(.vectors)
        *(.text)
        *(.text.*)
        /*各种杂七杂八的符号表 */
    } =0
    __text_end = .;
    .ARM.exidx   :
    {
        __exidx_start = .;
        *(.ARM.exidx* .gnu.linkonce.armexidx.*)
        __exidx_end = .;
    }
    __rodata_start = .;
    .rodata   : { *(.rodata) *(.rodata.*) }
    __rodata_end = .;
    /*不重要的就忽略*/
    __data_start = .;
    .data :
    {
        *(.data)
        *(.data.*)
    }
    __data_end = .;
    . = ALIGN(4);
    __bss_start = .;
    .bss       :
    {
    *(.bss)
    *(.bss.*)
    *(COMMON)
    . = ALIGN(4);
    }
    . = ALIGN(4);
    __bss_end = .;
    /* Stabs debugging sections....  */
    _end = .;
}

  实际上这个链接脚本看起来很奇怪,所有的包括.text段bss段,data段都放在了以配置的KERNEL_VADDR_START为起始地址的一整块连续的的内存中,结合代码里面的一些宏,就可以得到程序在内存中的布局如下。

   由于ARMV7架构下 每个异常模式都会有自己的SP指针,所以我们必须在内存中给每个异常模式留出对应的栈空间

c 复制代码 
    /*board.h里面的定义*/
    #define HEAP_BEGIN      ((void*)&__bss_end)
    #define HEAP_END        (void*)(KERNEL_VADDR_START + 16 * 1024 * 1024)
    #define PAGE_START      HEAP_END
    #define PAGE_END        (void*)(KERNEL_VADDR_START + 128 * 1024 * 1024)
    /*start.gcc下的文件 给每个异常模式提供栈空间*/
    .bss
    .align 3     /* align to  2~3=8 */
    .cpus_stack:
    svc_stack_n:
    #if defined(RT_USING_SMP) && (RT_CPUS_NR > 1)
        .space ((RT_CPUS_NR - 1) * ARM_CPU_STACK_SIZE)
    #endif
        .space (ARM_CPU_STACK_SIZE)
    svc_stack_top:
    irq_stack_n:
    #if defined(RT_USING_SMP) && (RT_CPUS_NR > 1)
        .space ((RT_CPUS_NR - 1) * ARM_CPU_STACK_SIZE)
    #endif
        .space (ARM_CPU_STACK_SIZE)
    irq_stack_top:
    und_stack_n:
    #if defined(RT_USING_SMP) && (RT_CPUS_NR > 1)
        .space ((RT_CPUS_NR - 1) * ARM_CPU_STACK_SIZE)
    #endif
        .space (ARM_CPU_STACK_SIZE)
    und_stack_top:
    abt_stack_n:
    #if defined(RT_USING_SMP) && (RT_CPUS_NR > 1)
        .space ((RT_CPUS_NR - 1) * ARM_CPU_STACK_SIZE)
    #endif
        .space (ARM_CPU_STACK_SIZE)
    abt_stack_top:
    .data
    .align 14
    init_mtbl:
        .space  (4*4096) /* The  L1 translation table therefore contains 4096 32-bit (word-sized) entries.  */

    高地址 (High Address)
    +-------------------------------------------------------+
    |  PAGE_END (若启用 SMART: +128MB)                      |
    |  ... (动态页表/堆扩展区域) ...                        |
    |  PAGE_START / HEAP_END (若启用 SMART: +16MB)          |
    |  HEAP_END (若未启用 SMART: 0x6000_0000 + 64MB)        |
    |                                                       |
    |  [ Heap Area (堆区) ]                                 |
    |  起始于：__bss_end (GCC) 或 Image$$RW_IRAM1$$ZI$$Limit|
    |  结束于：HEAP_END                                     |
    +-------------------------------------------------------+
    |  __bss_end                                            |
    |  .bss (未初始化全局/静态变量)                         |
    |  各个异常模式下的栈空间                               |
    |  *(.bss), *(COMMON)                                   |
    +-------------------------------------------------------+
    |  __data_end                                           |
    |  .init_mtbl (早期页表 16KB)                          |
    |  .data (已初始化全局/静态变量)                        |
    |  *(.data)                                             |
    +-------------------------------------------------------+
    |  __rodata_end                                         |
    |  .rodata (只读数据：const, 字符串等)                  |
    +-------------------------------------------------------+
    |  __exidx_end                                          |
    |  .ARM.exidx (ARM 异常 unwind 表)                      |
    +-------------------------------------------------------+
    |  __text_end                                           |
    |  .text (代码段)                                       |
    |   - *(.vectors) (中断向量表 )             |
    +-------------------------------------------------------+
    |  __text_start = 0xC0010000 (代码起始地址)             |
    低地址 (Low Address)

  这个布局似乎和经常用的ST的M3/M4内核的布局不太一样呀，我们可以对比来看一下,在以往的布局里 对于RO和代码段 把他们放在FLASH中即可 所以在链接时地址是从0x08000000开始的 而对于bss段和data段 由于需要读写 所以它们的地址从0x20000000开始

算的 这样的话在启动的时候会对SRAM进行bss段清空和把data段搬运到SRAM中的动作。

  至于为什么qemu的link_smart.lds会是这样 emmm也许因为是我们要模拟所以这么写？暂时想不明白,但是了解清楚内存布局就可以走下一步了

c 复制代码 
keil里面标准的链接脚本.sct
LR_IROM1 0x08000000 0x00020000  {    ; load region size_region
  ER_IROM1 0x08000000 0x00020000  {  ; load address = execution address
   *.o (RESET, +First)
   *(InRoot$$Sections)
   .ANY (+RO)
   .ANY (+XO)
  }
  RW_IRAM1 0x20000000 0x00020000  {  ; RW data
   .ANY (+RW +ZI)
  }
}

启动过程

上电后,默认只有CPU0在工作防止冲突,PC指针指向_reset,从这里跑起来

  • get_pvoff:计算物理地址和链接地址的偏移
    可执行文件中变量的地址都是通过链接地址+偏移量得到的,和被加载进内存的变量实际物理地址不一定相等。所以要通过get_pvoff得到真实物理地址
    变量实际物理地址 = 变量链接地址 + (物理地址与链接地址偏移量)
c 复制代码 
/**
 * @brief   Calculate the offset between the physical address and the virtual address of the "_reset"
 *
 * @param   tmp is the register which will be used to store the virtual address of the "_reset"
 * @param   out is the register which will be used to store the pv_off (paddr - vaddr)
 */
.macro get_pvoff, tmp, out
    ldr     \tmp, =_reset   /*链接地址*/
    adr     \out, _reset    /*起始地址*/
    sub     \out, \out, \tmp
.endm
/**
 * @brief   Get the physical address of the symbol
 *
 * @param   reg is the register to store the physical address
 * @param   symbol is symbol name
 * @param   _pvoff is the offset between the physical address and the virtual address
 */
 /*利用之前计算好的"地址偏移量"，把一个符号的"虚拟地址（链接地址）"修正为"物理地址（运行地址）*/
.macro get_phy, reg, symbol, _pvoff
    ldr \reg, =\symbol
    add \reg, \_pvoff
.endm 做什么

  • _rest:

    • 早期初始化
      这里为了加速就已经启用I-Cache了,但是还没启用D-Cache,想想为什么?
    c 复制代码 
    get_pvoff r0, pv_off    /*pv_off是我们给r11起的别名 保存了偏移量以后要用*/
/* exit hyp mode  */
bl init_cpu_mode
/* clear bss section */
bl init_kernel_bss      
/* Initializes the assembly environment stack  */
bl init_cpu_stack_early

    • 初始化早期页表:init_mmu_page_table_early
      因为变量的链接脚本和实际在内存的物理地址有偏移,每次用的时候都得计算(QAQ),那干脆把链接地址作为虚拟地址 ,让MMU来自动算不就好啦,这样以后就能直接使用链接脚本里的地址了--rt_hw_mem_setup_early函数
      不过官方想的可比我多,**可执行文件的大小可能只有1MB 可是RAM可能有1GB 这1MB和对应的物理内存是通过偏移量映射,万一需要访问除了1MB以外的内存呢?**此时虚拟地址和物理地址之间是一一映射的关系

      c 复制代码 
      /*pv_off 偏移量*/
if (vaddr >= KERNEL_VADDR_START && vaddr - KERNEL_VADDR_START < size)
{
    mtbl[va] = ((va << 20) + pv_off) | NORMAL_MEM;
}
else if (vaddr >= (KERNEL_VADDR_START + pv_off) && vaddr - (KERNEL_VADDR_START + pv_off) < size)
{
    mtbl[va] = (va << 20) | NORMAL_MEM;
}
else
{
    mtbl[va] = 0;
}

      初始化之后就可以enable_mmu_page_table_early了 此时D-Cache的开关打开了,但是MMU决定了内存是否可以被缓存属性 所以暂时还没用D-Cache

  • rtthread_startup:RTT的启动
    此时CPU0开始启动RTT内核,而其它CPU仍处于待机状态不断执行wfe,等待CPU0唤醒它们

c 复制代码 
int rtthread_startup(void)
{
#ifdef RT_USING_SMP
    rt_hw_spin_lock_init(&_cpus_lock);
#endif
    rt_hw_local_irq_disable();
    /* board level initialization
     * NOTE: please initialize heap inside board initialization.
     */
    rt_hw_board_init();
    /* show RT-Thread version */
    rt_show_version();
    /* timer system initialization */
    rt_system_timer_init();
    /* scheduler system initialization */
    rt_system_scheduler_init();
#ifdef RT_USING_SIGNALS
    /* signal system initialization */
    rt_system_signal_init();
#endif /* RT_USING_SIGNALS */
    /* create init_thread */
    rt_application_init();
    /* timer thread initialization */
    rt_system_timer_thread_init();
    /* idle thread initialization */
    rt_thread_idle_init();
#ifdef RT_USING_SMP
    rt_hw_spin_lock(&_cpus_lock);
#endif /* RT_USING_SMP */
    /* start scheduler */
    rt_system_scheduler_start();
    /* never reach here */
    return 0;
}

  1. 板级硬件初始化:rt_hw_board_init()

    • 1.MMU的初始化 此时是完整的MMU页表的初始化(放在后面分析)
    c 复制代码 
    rt_hw_mmu_map_init(&rt_kernel_space, (void*)0x80000000, 0x10000000, MMUTable, 0);
rt_hw_init_mmu_table(platform_mem_desc,platform_mem_desc_size);
rt_hw_mmu_init();
rt_hw_mmu_ioremap_init(&rt_kernel_space, (void*)0x80000000, 0x10000000);
    • 2.内存的初始化:rt_system_heap_init()
    • 3.中断控制器相关的初始化:rt_hw_interrupt_init()
      • 异常向量表的初始化
      • 清空全局变量isr_table
      • 配置GIC中断控制器
    c 复制代码 
        /* initialize vector table */
    rt_hw_vector_init();
    /* initialize exceptions table */
     rt_memset(isr_table, 0x00, sizeof(isr_table));
    /* initialize ARM GIC */
    #ifdef RT_USING_SMART
        gic_dist_base = (uint32_t)rt_ioremap((void*)platform_get_gic_dist_base(), 0x10000);
    #else
        gic_dist_base = platform_get_gic_dist_base();
    #endif
        gic_irq_start = GIC_IRQ_START;
        arm_gic_dist_init(0, gic_dist_base, gic_irq_start);
        arm_gic_cpu_init(0);
        arm_gic_redist_init(0);
    ```
* 4.其它注册的模块的初始化
```c
    rt_components_board_init();
    rt_console_set_device(RT_CONSOLE_DEVICE_NAME);
    rt_thread_idle_sethook(idle_wfi);
    • 5.安装IPI中断处理
      rt_hw_ipi_handler_install(RT_SCHEDULE_IPI, rt_scheduler_ipi_handler);
      IPI核间中断是处理多核之间通信的操作,Core0通过触发一个软中断强制让core1进入中断处理函数来实现同步

  2. 打印RTT版本:rt_show_version()

  3. RTT软件定时器/调度器/空白线程/Main线程等的初始化
    多核下会初始化多个空白线程(由CPU0来做 并绑定具体CPU核心 等待CPU核心拿到自己的空白线程)

  4. 启动调度 此时进入Main线程
    在Main线程中 主要做了以下事情

    • 1.通知其它CPU核心启动:rt_hw_secondary_cpu_up
    c 复制代码 
    void rt_hw_secondary_cpu_up(void)
{
    volatile void **plat_boot_reg = (volatile void **)0x10000034;
    char *entry = (char *)rt_secondary_cpu_entry;

#ifdef RT_USING_SMART
    plat_boot_reg = (volatile void **)rt_ioremap_nocache((void *)plat_boot_reg, 0x1000);
    if (!plat_boot_reg)
    {
        /* failed */
        return;
    }
    entry += PV_OFFSET;
#endif
    *plat_boot_reg-- = (void *)(size_t)-1;
    *plat_boot_reg = (void *)entry;
    rt_hw_dsb();
    rt_hw_ipi_send(0, RT_CPU_MASK ^ (1 << rt_hw_cpu_id()));
}
    • 2.跳转Main函数执行Main函数内容

  5. 丛核的启动过程

    1. 其它CPU核心启动后做的事情:rt_hw_secondary_cpu_bsp_start()
      • 初始化全局中断变量
      • 初始化MMU/GIC等变量
      • 将自己的tick绑定到特定定时器上(每个CPU核心都有自己的tick更新的硬件定时器)
      • 启动调度(进入自己核心的IDLE线程)
    c 复制代码 
    void rt_hw_secondary_cpu_bsp_start(void)
{
    rt_hw_vector_init();

    rt_hw_spin_lock(&_cpus_lock);
    rt_uint32_t mmutable_p;
    mmutable_p = (rt_uint32_t)MMUTable + (rt_uint32_t)PV_OFFSET ;
    rt_hw_mmu_switch((void*)mmutable_p) ;
    arm_gic_cpu_init(0, 0);         /*激活中断*/
    arm_gic_set_cpu(0, IRQ_PBA8_TIMER0_1, 0x2);
    timer_init(0, 10000);
    rt_hw_interrupt_install(IRQ_PBA8_TIMER0_1, rt_hw_timer2_isr, RT_NULL, "tick");
    rt_hw_interrupt_umask(IRQ_PBA8_TIMER0_1);
    rt_system_scheduler_start();
}

    1. 从核的tick更新
      看起来CPU1-3都绑定了一个定时器,实际上cortexA9引入了"私有定时器"的概念,每个人绑定的是自己CPU核心上的私有的TIM2定时器,所以可以看到rt_tick_increase会判断是哪个CPU然后对对应的tick++

      c 复制代码 
      void rt_tick_increase(void)
{
    RT_ASSERT(rt_interrupt_get_nest() > 0);

    RT_OBJECT_HOOK_CALL(rt_tick_hook, ());
    /* increase the global tick */
#ifdef RT_USING_SMP
    /* get percpu and increase the tick */
    rt_atomic_add(&(rt_cpu_self()->tick), 1);
#else
    rt_atomic_add(&(rt_tick), 1);
#endif /* RT_USING_SMP */

    /* check time slice */
    rt_sched_tick_increase();

    /* check timer */
#ifdef RT_USING_SMP
    if (rt_hw_cpu_id() != 0)
    {
        return;
    }
#endif
    rt_timer_check();
}
相关推荐
A小辣椒1 天前
TShark：Wireshark CLI 功能
linux
A小辣椒1 天前
TShark：基础知识
linux
AlfredZhao1 天前
OCI 明明分配了 200G 系统盘，为什么 df 只看到 30G？
linux·oci
AlfredZhao2 天前
vi 删除指定范围的行，不用再反复按 dd
linux·vi
用户9718356334662 天前
银河麒麟 KY10 申威(SW64) 安装 nginx-1.16.1-2.p01.ky10.sw_64.rpm 详细步骤
linux
猪脚踏浪2 天前
linux 拷贝文件或目录到指定的位置
linux
摇滚侠3 天前
Linux CentOS7 rpm 安装 MySQL 5.7
linux·运维·mysql
bush43 天前
嵌入式linux学习记录十四、术语
linux·嵌入式
载数而行5203 天前
Linux 11 动态监控指令top
linux
不会C语言的男孩3 天前
Linux 系统编程 · 第 8 章：进程基础
linux·c语言
热门推荐
012026年6月AI行业全景：从百模大战到Agent元年，这30天发生了什么？022026年6月AI大模型全景报告：GPT-5.6、Claude Opus 4.8、Gemini 3.5，中美AI三足鼎立谁主沉浮？032026 年 AI 编程工具终极横评：Cursor vs Claude Code vs Copilot vs Windsurf04【AI】2026 年具身智能模型和世界模型总结05GitHub 镜像站点06AI科技热点日报 | 2026年6月1日072026 AI 编程工具终极实战指南：Cursor vs Claude Code vs Copilot，开发者该怎么选？08AI一周事件 · 2026-06-03 至 2026-06-0909Claude Code、Codex、Cursor三分天下：2026年AI编程Agent生态全景剖析10上线仅72小时被强制下架：Claude Fable 5 的短命