【轉(zhuǎn)】UBOOT——啟動內(nèi)核

轉(zhuǎn)自：http://www.rzrgm.cn/biaohc/p/6403863.html

1：什么是UBOOT，為什么要有UBOOT？

　　UBOOT的主要作用是用來啟動linux內(nèi)核，因為CPU不能直接從塊設備中執(zhí)行代碼，需要把塊設備中的程序復制到內(nèi)存中，而復制之前還需要進行很多初始化工作，如時鐘、串口、dram等；

　　如要想讓CPU啟動linux內(nèi)核，只能通過另外的程序，進行必要的初始化工作，在把linux內(nèi)核中代碼復制到內(nèi)存中，并執(zhí)行這塊內(nèi)存中的代碼，即可啟動linux內(nèi)核；一般情況下，我們把linux

　　鏡像儲存在塊設備中如SD卡、iNand、Nandflash等塊設備中，首先執(zhí)行UBOOT帶碼，在UBOOT中把塊設備中的內(nèi)核代碼復制到內(nèi)存地址0x30008000地址處，然后在執(zhí)行bootm 0x30008000

　　命令來執(zhí)行內(nèi)核代碼；

整個過程大致如上述所講，下面我們詳細分析一下UBOOT啟動內(nèi)核的代碼：

2：在啟動UBOOT時候會出現(xiàn)看機倒計時，如果沒有按鍵按下，會自動啟動內(nèi)核，我們來看一下這個是如何實現(xiàn)的：

下面這段代碼是在main_loop函數(shù)中：作用是執(zhí)行完倒數(shù)計時函數(shù)以后啟動linux內(nèi)核，啟動方式是 s = getenv ("bootcmd");我們假定不使用HUAH_PARSER的情況下 run_command (s, 0);

實際上就是讀取環(huán)境變量bootcmd，然后執(zhí)行這個命令；

s = getenv ("bootcmd");

    debug ("### main_loop: bootcmd=\"%s\"\n", s ? s : "<UNDEFINED>");

    if (bootdelay >= 0 && s && !abortboot (bootdelay)) {

#ifndef CFG_HUSH_PARSER
        run_command (s, 0);
#else
        parse_string_outer(s, FLAG_PARSE_SEMICOLON |
                    FLAG_EXIT_FROM_LOOP);

看一下bootcmd命令：bootcmd=movi read kernel 30008000; movi read rootfs 30B00000 300000; bootm 30008000 30B00000

movi read kernel 30008000 以及 bootm 30008000

這兩個命令來完成linux內(nèi)核啟動的：

movi read kernel 30008000是把sd卡中kernel分區(qū)復制到30008000內(nèi)存地址處，bootm 30008000即到內(nèi)存地址處執(zhí)行代碼；

下面詳細分一下bootm這個命令對應的函數(shù)

代碼一步步分析：

下面這段代碼的作用是判斷內(nèi)核鏡像是zImage、uImage、設備樹

在這里要解釋一下zImage、uImage的區(qū)別：

linux內(nèi)核代碼經(jīng)過編譯鏈接以后生成一個elf文件名叫vmlinuz文件，這個文件在經(jīng)過arm-linux-objcopy編譯以后會生成一個Image鏡像文件，vmlinuz elf文件大小為70M以上

而Image鏡像文件為7M左右，然后Image文件在進一步經(jīng)過壓縮生成zImage文件，當zImage文件作為啟動鏡像來啟動時，首先要解壓這個文件，這個解壓過程可以由uboot解壓

或者zImage文件本身可以自解壓，zImage中除了linux內(nèi)核的鏡像以外，還有一些頭文件以及這部分解壓代碼，所以內(nèi)核實際上在addr地址中在加一個偏移量的位置；

uImage是uboot自己專用的啟動內(nèi)核鏡像，相對于zImage他們之間頭文件有一定區(qū)別可以詳細看代碼是如何判斷的；uImage現(xiàn)在基本上要屬于過時的技術(shù)了，新一點的技術(shù)為

設備樹的啟動方式；

我們時這么使用bootm命令的：bootm 0x30008000

走的是addr = simple_strtoul(argv[1], NULL, 16)；

addr中的值為0x30008000

接下來判斷0x30008000右偏移36字節(jié)以后，這個地址中的值如果為 0x016f2818這個魔數(shù)的話，說明啟動鏡像為zImage則輸出boot with zImage，

　　hdr->ih_os = IH_OS_LINUX;　　　　　　zImage header中 IH_os 賦值為 IH_OS_LINUX；

hdr->ih_ep = ntohl(addr);　　　　　　ih_ep 中存放的是point address 這個值實際上就是真正內(nèi)核代碼的地址；

在看下面這句代碼

memmove (&images.legacy_hdr_os_copy, hdr, sizeof(image_header_t));

把hdr中的值復制一份到 image.legacy_hdr_os_copy中，即把內(nèi)存地址0x30008000處設置好的zImage頭復制一份到uboot的data段，

因為static bootm_headers_t images; images為uboot內(nèi)定義的一個bootm_header_t格式的全局變量；

看一下bootm_header_t類型為一個結(jié)構(gòu)體，包含一個image_header_t類型的指針，這個指針最后指向了0x30008000處的zImage header

還包含一個image_header_t類型的結(jié)構(gòu)體，就是用上面那句代碼把0x30008000處的zImage header在酯類復制了一份；

還包含一個標志位 legacy_hdr_valid如果上面兩個賦值以后，把legacy_hdr_valid賦值為1；

typedef struct bootm_headers {
    
    image_header_t    *legacy_hdr_os;        /* image header pointer */
    image_header_t    legacy_hdr_os_copy;    /* header copy */
    ulong        legacy_hdr_valid;
}

uint8_t ih_os; /* Operating System */

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;

#ifdef CONFIG_ZIMAGE_BOOT
#define LINUX_ZIMAGE_MAGIC    0x016f2818
    /* find out kernel image address */
    if (argc < 2) {
        addr = load_addr;
        debug ("*  kernel: default image load address = 0x%08lx\n",
                load_addr);
    } else {
        addr = simple_strtoul(argv[1], NULL, 16);
        debug ("*  kernel: cmdline image address = 0x%08lx\n", img_addr);
    }


    if (*(ulong *)(addr + 9*4) == LINUX_ZIMAGE_MAGIC) {
        printf("Boot with zImage\n");
        addr = virt_to_phys(addr);
        hdr = (image_header_t *)addr;
        hdr->ih_os = IH_OS_LINUX;
        hdr->ih_ep = ntohl(addr);

        memmove (&images.legacy_hdr_os_copy, hdr, sizeof(image_header_t));

        /* save pointer to image header */
        images.legacy_hdr_os = hdr;

        images.legacy_hdr_valid = 1;

        goto after_header_check;
    }
#endif

直接跳轉(zhuǎn)到after_header_check處，os為IH_OS_LINUX

下面判斷操作系統(tǒng)，然后調(diào)用do_bootm_linux函數(shù)；

do_bootm_linux (cmdtp, flag, argc, argv, &images);

#if defined(CONFIG_ZIMAGE_BOOT)
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;

#ifdef CONFIG_LYNXKDI
    case IH_OS_LYNXOS:
        do_bootm_lynxkdi (cmdtp, flag, argc, argv, &images);
        break;
#endif

    case IH_OS_RTEMS:
        do_bootm_rtems (cmdtp, flag, argc, argv, &images);
        break;

#if defined(CONFIG_CMD_ELF)
    case IH_OS_VXWORKS:
        do_bootm_vxworks (cmdtp, flag, argc, argv, &images);
        break;

    case IH_OS_QNX:
        do_bootm_qnxelf (cmdtp, flag, argc, argv, &images);
        break;
#endif

#ifdef CONFIG_ARTOS
    case IH_OS_ARTOS:
        do_bootm_artos (cmdtp, flag, argc, argv, &images);
        break;
#endif
    }
    show_boot_progress (-9);
#ifdef DEBUG
    puts ("\n## Control returned to monitor - resetting...\n");
    do_reset (cmdtp, flag, argc, argv);
#endif
    if (iflag)
         enable_interrupts();
     return 1;
}

下面看一下do_bootm_linux都做了哪些事情

#ifdef CONFIG_CMDLINE_TAG
    char *commandline = getenv ("bootargs");
#endif

首先獲取環(huán)境變量bootargs：

if (images->legacy_hdr_valid) {
        ep = image_get_ep (&images->legacy_hdr_os_copy)

else {
puts ("Could not find kernel entry point!\n");
goto error;
}

在判斷全局變量images中的legacy_hdr_valid是否為1，如果為1 獲取ep 值；如果為1讀出ep的值，如果不為1則erro

theKernel = (void (*)(int, int, uint))ep;

    s = getenv ("machid");
    if (s) {
        machid = simple_strtoul (s, NULL, 16);
        printf ("Using machid 0x%x from environment\n", machid);
    }

把ep強制類型換換為函數(shù)指針類型復制給thekernel；

從環(huán)境變量中讀取machid的值，賦值給s，如果s不空則machid = 環(huán)境變量中machid的值，并打印machid；

在看一下uboot如何給內(nèi)核傳參：

傳參主要是uboot把與硬件有關(guān)的信息傳給linux內(nèi)核，如memory信息幾bank size 起始地址、命令行信息、lcd 串口、initrd、MTD等信息

#if defined (CONFIG_SETUP_MEMORY_TAGS) || \
    defined (CONFIG_CMDLINE_TAG) || \
    defined (CONFIG_INITRD_TAG) || \
    defined (CONFIG_SERIAL_TAG) || \
    defined (CONFIG_REVISION_TAG) || \
    defined (CONFIG_LCD) || \
    defined (CONFIG_VFD) || \
    defined (CONFIG_MTDPARTITION)
    setup_start_tag (bd);
#ifdef CONFIG_SERIAL_TAG
    setup_serial_tag (&params);
#endif
#ifdef CONFIG_REVISION_TAG
    setup_revision_tag (&params);
#endif
#ifdef CONFIG_SETUP_MEMORY_TAGS
    setup_memory_tags (bd);
#endif
#ifdef CONFIG_CMDLINE_TAG
    setup_commandline_tag (bd, commandline);
#endif
#ifdef CONFIG_INITRD_TAG
    if (initrd_start && initrd_end)
        setup_initrd_tag (bd, initrd_start, initrd_end);
#endif
#if defined (CONFIG_VFD) || defined (CONFIG_LCD)
    setup_videolfb_tag ((gd_t *) gd);
#endif

#ifdef CONFIG_MTDPARTITION
    setup_mtdpartition_tag();
#endif

    setup_end_tag (bd);
#endif

    /* we assume that the kernel is in place */
    printf ("\nStarting kernel ...\n\n");

#ifdef CONFIG_USB_DEVICE
    {
        extern void udc_disconnect (void);
        udc_disconnect ();
    }
#endif

    cleanup_before_linux ();

    theKernel (0, machid, bd->bi_boot_params);
    /* does not return */

首先：如要定義了任意一個CONFIG_XXXXX的話

struct tag {
        struct tag_header hdr;
        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;
};

static void setup_start_tag (bd_t *bd)
{
    params = (struct tag *) bd->bi_boot_params;

    params->hdr.tag = ATAG_CORE;
    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);
}

struct tag_header {
    u32 size;
    u32 tag;
};

首先要setup_start_tag(bd); 這個函數(shù)的作用

　　params = (struct tag *) bd->bi_boot_params; 給params賦值，gd->bd->bi_boot_params = (PHYS_SDRAM_1+0x100);

　　這句代碼的作用就是把uboot全局變量中設定好的bi_boot_params內(nèi)存地址處強制轉(zhuǎn)換為stuct tag* 類型賦值給params

　　分析一下struct tag結(jié)構(gòu)體：它是由一個stuct tag_header類型的結(jié)構(gòu)體加上一個由一系列結(jié)構(gòu)體組成的union聯(lián)合體組成；

　　這一系列結(jié)構(gòu)體中存放的就是與board有關(guān)的參數(shù)；

　　把PHYS_SDRAM_1+0x100這個地址設置為傳參的起始地址；

　　params->hdr.tag = ATAG_CORE;

　　params->hdr.size = tag_size (tag_core);

　　hdr.tag 與hdr.size賦值；

　　params->u.core.flags = 0;

　　params->u.core.pagesize = 0;

　　params->u.core.rootdev = 0;

　　然后對聯(lián)合體中的結(jié)構(gòu)體參數(shù)賦值；

　　 #define tag_next(t) ((struct tag *)((u32 *)(t) + (t)->hdr.size))

　　params = tag_next (params);

　　在把params向右移動sizeof(tag_core)大小

　　繼續(xù)賦值：

　　#ifdef CONFIG_SETUP_MEMORY_TAGS

　　 setup_memory_tags (bd);

　　#endif

　　這段代碼是傳遞內(nèi)存參數(shù)：

　　把內(nèi)存每個bank的信息放到這里：第一個扇區(qū)的起始地址和大小，第二個扇區(qū)的起始地址和大小

#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 /* CONFIG_SETUP_MEMORY_TAGS */

　　接著是傳遞命令行參數(shù)

 1 static void setup_commandline_tag (bd_t *bd, char *commandline)
 2 {
 3     char *p;
 4 
 5     if (!commandline)
 6         return;
 7 
 8     /* eat leading white space */
 9     for (p = commandline; *p == ' '; p++);
10 
11     /* skip non-existent command lines so the kernel will still
12      * use its default command line.
13      */
14     if (*p == '\0')
15         return;
16 
17     params->hdr.tag = ATAG_CMDLINE;
18     params->hdr.size =
19         (sizeof (struct tag_header) + strlen (p) + 1 + 4) >> 2;
20 
21     strcpy (params->u.cmdline.cmdline, p);
22 
23     params = tag_next (params);
　　}

前面我們分析了commandline是一個char *類型，指向環(huán)境變量中的bootargs的值；

#define CONFIG_BOOTARGS "root=/dev/mtdblock4 rootfstype=yaffs2 init=/init console=ttySAC0,115200"

最后setup_end_tag (bd);結(jié)束傳參

再看最后uboot中最后一句代碼

theKernel (0, machid, bd->bi_boot_params);
    /* does not return */
    return;

通過執(zhí)行thekernel函數(shù)直接啟動linux內(nèi)核，傳遞三個參數(shù)0、machid、傳參的首地址；

這三個參數(shù)是通過r0、r1、r2三個寄存器來傳遞了，r0傳遞0、r1傳遞machid、r2傳遞傳參的首地址；

這樣就啟動起來linux內(nèi)核了；

-----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------

下面我們再來總結(jié)一下uboot啟動linux內(nèi)核的整個流程：

開機時會出現(xiàn)倒計時，當沒有按鍵按下的時候，uboot會讀取出bootcmd這個環(huán)境變量，并使用rum_command函數(shù)來執(zhí)行這個命令；

實質(zhì)是執(zhí)行了movi read kernel 30008000；以后在執(zhí)行bootm 30008000

moviread kernel的作用是把sd卡中的kernel分區(qū)賦值到30008000內(nèi)存處

bootm 30008000就是真正的傳參以及跳轉(zhuǎn)到linux內(nèi)核中執(zhí)行；

bootm 首先要做的事情是判斷這個內(nèi)核鏡像為zImage、uImage、設備樹

通過對鏡像文件的頭文件的驗證，確定是哪種內(nèi)核鏡像，然后再把必須的信息儲存起來如是linux操作系統(tǒng)，ep的值等；

確定好以后調(diào)用do_bootm_linux函數(shù)來對內(nèi)核傳參并且啟動內(nèi)核；

posted @ 2019-08-30 16:25 菜鳥升級閱讀(808) 評論(0) 收藏舉報

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