uboot启动内核分析
1. U-Boot启动内核概述
- U-Boot启动完成后，最终进入到main_loop()循环中。若在bootdelay倒计时为0之前，U-Boot控制台有输入，则进入命令解析-执行的循环；若控制台无输入，U-Boot将启动内核。
- U-Boot启动内核可归结为以下四个步骤：
1）将内核搬移至DDR中；
2）校验内核格式、CRC；
3）准备传参；
4）跳转执行内核。
2. U-Boot启动内核过程分析
2.1 将内核搬移至DDR中
- 在/uboot/lib_arm/board.c->start_armboot()函数调用/uboot/common/main.c->main_loop()函数，main_loop()函数中包含了内核的启动代码。
s = getenv ("bootcmd"); //获取bootcmd环境变量的值
debug ("### main_loop: bootcmd=\"%s\"\n", s ? s : "<UNDEFINED>");
if (bootdelay >= 0 && s && !abortboot (bootdelay))
{
................................
#ifndef CFG_HUSH_PARSER
run_command (s, 0); //执行bootcmd环境变量中的命令
................................
}
- 环境变量bootcmd的值在开发板配置文件（/uboot/include/configs/x210_sd.h）中定义。
#if defined(CFG_FASTBOOT_NANDBSP)
#define CONFIG_BOOTCOMMAND "nand read C0008000 600000 400000; nand read 30A00000 B00000 180000; \
bootm C0008000 30A00000"
#elif defined(CFG_FASTBOOT_SDMMCBSP)
#define CONFIG_BOOTCOMMAND "movi read kernel C0008000; movi read rootfs 30A00000 180000; \
bootm C0008000 30A00000"
#endif
- 环境变量bootcmd包含如下命令：
bootcmd=nand read C0008000 600000 400000; /*将kernel（大小0x00400000字节）从nand中的0x00600000地址处拷贝到DDR中的 0xc0008000地址处*/ nand read 30A00000 B00000 180000; /*将rootfs（大小0x00180000字节）从nand中的0x00B00000地址处拷贝到DDR中的 0x30A08000地址处*/
bootm C0008000 30A00000 //启动kernel、rootfs
- U-Boot能准确识别kernel、rootfs在NandFlash中的位置，是因为U-Boot中已对NandFlash进行分区。烧录时，严格按照分区要求将uboot、kernel、rootfs烧录进NandFlash中即可。
- 在U-Boot下执行mtd命令，即可查看各个分区的情况。
2.2 校验内核格式、CRC
- 内核格式有两类：zImage和uImage。
- 并不是所有U-Boot都支持zImage，是否支持就看其配置文件（x210_sd.h）中是否定义CONFIG_ZIMAGE_BOOT这个宏。所以有些uboot是支持zImage启动的，有些则不支持。但是所有的uboot肯定都支持uImage启动。
| zImage |
Linux内核经过编译后生成一个ELF格式的可执行文件，vmlinux。再通过arm-linux-objcopy工具进行加工，最后进行压缩，得到zImage格式的内核镜像，可以烧录进启动介质中。 |
|
uImage |
uImage是由zImage加工得到的。uboot中的mkimage工具将zImage加工生成uImage来给uboot启动。这个加工过程其实就是在zImage前面加上64字节的uImage的头信息即可。 |
- ulmage格式的内核头部信息在/uboot/include/Image.h中定义。
- ih_load是加载地址，即内核在DDR中的地址（运行地址）；ih_ep是内核入口地址。
typedef struct image_header {
uint32_t ih_magic; /* Image Header Magic Number */
uint32_t ih_hcrc; /* Image Header CRC Checksum */
uint32_t ih_time; /* Image Creation Timestamp */
uint32_t ih_size; /* Image Data Size */
uint32_t ih_load; /* Data Load Address */
uint32_t ih_ep; /* Entry Point Address */
uint32_t ih_dcrc; /* Image Data CRC Checksum */
uint8_t ih_os; /* Operating System */
uint8_t ih_arch; /* CPU architecture */
uint8_t ih_type; /* Image Type */
uint8_t ih_comp; /* Compression Type */
uint8_t ih_name[IH_NMLEN]; /* Image Name */
} image_header_t;
- 执行环境变量bootcmd中的命令"bootm C0008000 30A00000"，实质是执行do_bootm()函数（/uboot/common/Cmd_bootm.c->do_bootm()）。
- do_bootm()函数在标号after_header_check之前，都是在校验内核的头部信息。根据头部信息，判断内核格式和进行CRC校验。
- 实际上，从NandFlash中读取的uImage可以放置在DDR中的任意位置，只要不破坏U-Boot占有的内存空间即可。因为do_bootm()函数内部从头部获取内核的加载地址，当发现该uImage当前所处的地址与加载地址不同时，会将内核搬移至加载地址中。一般情况下，都会将内核搬移至加载地址中，便不用使用do_bootm()函数来搬移内核，提高效率。
- do_bootm()函数将根据系统类型，启动内核。此处将调用/uboot/lib_arm/Bootm.c/->do_bootm_linux ()函数启动内核。
after_header_check:
os = hdr->ih_os;
#endif
switch (os) {
default: /* handled by (original) Linux case */
case IH_OS_LINUX:
#ifdef CONFIG_SILENT_CONSOLE
fixup_silent_linux();
#endif
do_bootm_linux (cmdtp, flag, argc, argv, &images);
break;
case IH_OS_NETBSD:
do_bootm_netbsd (cmdtp, flag, argc, argv, &images);
break;
.........................................
2.3 准备传参
- U-Boot中以标记链表（tagged list）形式来传递启动参数。
- 标记是一种数据结构，标记链表就是挨着存放的多个标记。
- 标记有多种类型，在/uboot/include/asm-arm/Setup.h中定义。标记链表以ATAG_CORE开始，以标记ATAG_NONE结束，中间包含其他标记。
#define ATAG_CORE 0x54410001 //起始标记 #define ATAG_NONE 0x00000000 //结束标记 #define ATAG_MEM 0x54410002 #define ATAG_VIDEOTEXT 0x54410003 #define ATAG_RAMDISK 0x54410004 #define ATAG_INITRD 0x54410005 #define ATAG_INITRD2 0x54420005 #define ATAG_SERIAL 0x54410006 #define ATAG_REVISION 0x54410007 #define ATAG_VIDEOLFB 0x54410008 #define ATAG_CMDLINE 0x54410009 #define ATAG_ACORN 0x41000101 #define ATAG_MEMCLK 0x41000402 #define ATAG_MTDPART 0x41001099
- 标记的数据结构定义在/uboot/include/asm-arm/Setup.h中
struct tag_header
{
u32 size; //表示标记的类型
u32 tag; //表示标记的结构
};
struct tag {
struct tag_header hdr;
//不同的标记类型使用不同的联合，每一个标记对应一个数据结构体
union {
struct tag_core core;
struct tag_mem32 mem;
struct tag_videotext videotext;
struct tag_ramdisk ramdisk;
struct tag_initrd initrd;
struct tag_serialnr serialnr;
struct tag_revision revision;
struct tag_videolfb videolfb;
struct tag_cmdline cmdline;
/*
* Acorn specific
*/
struct tag_acorn acorn;
/*
* DC21285 specific
*/
struct tag_memclk memclk;
struct tag_mtdpart mtdpart_info;
} u;
};
标记列表举例：
static void setup_start_tag (bd_t *bd)
{
params = (struct tag *) bd->bi_boot_params;
params->hdr.tag = ATAG_CORE; //起始标记
params->hdr.size = tag_size (tag_core);
params->u.core.flags = 0;
params->u.core.pagesize = 0;
params->u.core.rootdev = 0;
params = tag_next (params);
}
#ifdef CONFIG_SETUP_MEMORY_TAGS
static void setup_memory_tags (bd_t *bd)
{
int i;
for (i = 0; i < CONFIG_NR_DRAM_BANKS; i++) {
params->hdr.tag = ATAG_MEM;
params->hdr.size = tag_size (tag_mem32);
params->u.mem.start = bd->bi_dram[i].start;
params->u.mem.size = bd->bi_dram[i].size;
params = tag_next (params);
}
}
#endif
..........................................................//中间还有多个标记
static void setup_end_tag (bd_t *bd)
{
params->hdr.tag = ATAG_NONE; //结束标记
params->hdr.size = 0;
}
- do_bootm_linux ()函数启动内核前，先将U-Boot中的启动参数传给内核。
- 参数分析：
1）0 ： 相当于mov r0 #0。
2）machid : U-Boot中的机器码，从全局变量bd中获取。内核机器码和U-Boot机器码必须一致才能启动内核。
3）bd->bi_boot_params ： 启动参数地址。
void do_bootm_linux (cmd_tbl_t *cmdtp, int flag, int argc, char *argv[], bootm_headers_t *images)
{
.....................................
//标记链表初始化
setup_start_tag (bd);
setup_serial_tag (¶ms);
setup_revision_tag (¶ms);
setup_memory_tags (bd);
setup_commandline_tag (bd, commandline);
setup_initrd_tag (bd, initrd_start, initrd_end);
setup_videolfb_tag ((gd_t *) gd);
setup_mtdpartition_tag();
setup_end_tag (bd);
.......................................
void (*theKernel)(int zero, int arch, uint params); //定义函数指针theKernel
......................................
theKernel = (void (*)(int, int, uint))ep; //将入口地址赋值给theKernel
......................................
theKernel (0, machid, bd->bi_boot_params); //传参，调用theKernel
......................................
}
2.4 跳转执行内核
- theKernel()函数执行成功后，内核将读取启动参数，并开始启动。
参考链接：https://www.cnblogs.com/linfeng-learning/p/9284315.html
