MCU的启动分析
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Bootloader 负责在设备启动时初始化MCU的核心硬件设置。这包括配置时钟系统、电源管理、设置内存接口、初始化输入/输出端口等。这是运行应用程序之前必须完成的，以确保硬件处于预期的状态。Bootloader 的核心任务之一是从非易失性存储器（如闪存）中加载主应用程序到RAM中，并开始执行。这允许设备在每次启动时自动执行其主功能，而不需要外部干预。
41000 0x00001000 csrr a0, mhartid #; mhartid = 0, (wrb) a0 <-- 0
65000 0x00001004 auipc a1, 0x0 #; (wrb) a1 <-- 4100
89000 0x00001008 addi a1, a1, 32 #; a1 = 4100, (wrb) a1 <-- 4132
113000 0x0000100c auipc t0, 0x0 #; (wrb) t0 <-- 4108
137000 0x00001010 lw t0, 20(t0) #; t0 = 4108, t0 <~~ Word[0x00001020]
148000 #; (lsu) t0 <-- 0x80000000
161000 0x00001014 jalr t0 #; t0 = 0x80000000, (wrb) ra <-- 4120, goto 0x80000000
ELF（可执行与可链接格式，Executable and Linkable Format）是一种广泛使用的文件格式，用于定义程序、库文件和其他编译产物的结构。它是在UNIX系统中最常见的二进制文件格式，被用于不仅是可执行文件，还包括对象文件和共享库文件。ELF格式的设计旨在具有高度的灵活性和可扩展性，以适应各种系统架构和操作系统需求。一个ELF文件主要包含以下部分：
1. 文件头（ELF Header）#
文件头位于文件的最开始部分，包含了描述整个文件的重要信息，比如：
- 文件类型：指明这是一个可执行文件、一个可重定位的对象文件还是一个共享对象文件。
- 机器类型：定义了生成该文件的目标机器架构，如x86、ARM等。
- 入口点地址（如果是可执行文件）：程序开始执行的内存地址。
- ELF标识符：包括魔数、版本、操作系统/ABI及其版本等，用于验证文件格式和兼容性。
2. 程序头表（Program Header Table）#
这个表列出了文件中所有段（segments）的信息，系统加载器使用它来加载程序到内存。每个表项提供了段的类型、文件中的偏移位置、内存中的虚拟地址、段的物理地址（如果有）、以及与权限相关的信息等。
3. 节头表（Section Header Table）#
节头表描述了文件中的所有节（sections），这些节包括了代码、数据、符号表、重定位信息等。每个节头表项指明了节的名称、类型、大小、文件中的偏移、运行时的地址等信息。
4. 节（Sections）#
ELF文件中的节包括代码（.text）、数据（.data、.bss）、符号表（.symtab）、字符串表（.strtab）、重定位信息（.rel.text、.rel.data）以及调试信息等。这些节按照节头表中的描述进行排列。
5. 符号表（Symbol Table）#
符号表存储了程序中定义和引用的各种符号（如函数、变量等）的信息，这对于链接和调试都非常重要。
6. 重定位表（Relocation Table）#
重定位表包含了必要的信息，用于在链接过程中调整代码和数据的引用。这对于生成可以在内存中任意位置运行的可执行文件是必需的。
7. 动态链接信息（Dynamic Linking Tables）#
如果文件是动态库或需要动态链接，会包含动态链接信息，如所需库的路径、符号解析和重定位的额外信息。
ELF格式由于其高度的灵活性和广泛的支持，在Unix-like系统（如Linux）中是标准的二进制文件格式。它支持不同的数据编码方式（如小端和大端），并可以通过使用节和段的方式灵活地组织信息。
当Bootloader处理ELF格式的文件进行开机过程时，它遵循一系列步骤来确保正确地加载和执行程序。这个过程通常包括读取ELF文件的不同部分，并将其正确地映射到内存中。以下是Bootloader针对ELF文件进行的开机加载过程的一般步骤：
1. 读取ELF文件头#
Bootloader首先读取位于ELF文件开始的文件头（ELF Header）。通过文件头，Bootloader可以确定文件的类型（如可执行文件、共享对象文件等）、入口点地址（即程序的起始执行点）、程序头表（Program Header Table）的位置和大小，以及其他关键信息。
2. 解析程序头表#
接下来，Bootloader读取程序头表，这个表列出了文件中的所有段（segments）。每个段描述中包含了该段的类型、文件中的偏移、内存中的虚拟地址、段的大小等信息。这些信息告诉Bootloader哪些部分需要被加载到内存，以及它们应该被加载到哪里。
3. 将段加载到内存#
Bootloader按照程序头表中的指示，将文件中的各个段加载到内存指定的位置。通常，这包括代码段（.text）、数据段（.data）、以及可能的只读数据段（.rodata）等。对于未初始化的数据段（.bss），Bootloader通常会在内存中为其分配空间并清零。
4. 处理重定位表#
如果ELF文件包含重定位表（Relocation Table），Bootloader需要处理这些表项以调整程序中的符号地址。这一步是必需的，因为虽然程序被设计为可以在内存中的任意位置运行，但在链接时生成的地址还需要根据实际加载到内存的位置进行调整。
5. 设置堆栈#
为了程序能够正常运行，Bootloader需要在内存中设置一个堆栈空间。堆栈的起始地址和大小往往会预先定义，或根据程序的需求动态配置。
6. 跳转到入口点执行#
一旦所有必需的段都被加载到内存，并且所有必要的重定位处理完成后，Bootloader通过跳转到ELF文件头指定的入口点地址来启动程序的执行。这通常涉及到设置程序计数器（PC）到入口点。
7. 转交控制权#
控制权完全转交给加载的程序后，Bootloader的任务就结束了。此时，操作系统或应用程序开始执行其初始化序列，继续自我配置并进入正常操作状态。
Bootloader处理ELF文件的这一系列步骤确保了从非易失性存储介质中有效、安全地加载程序到内存，并成功执行。这个过程对于确保系统启动的可靠性和安全性至关重要。
