uboot分析：uboot启动内核

（注：本文参考资料：朱有鹏嵌入式课程。本文为个人学习记录，如有错误，欢迎指正。）

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 (&params); setup_revision_tag (&params); 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。