前提:
1.AR9331是基於MIPS 24K CPU的一款WIFI1X1芯片,其SDK采用uboot作為引導。AR9331中定義的基地址是:0x9f00,0000
2.MIPS24K芯片,將固定的起始地址,規定為0xBF00,0000(見http://blog.csdn.net/phunxm/article/details/9393021 和http://www.cnblogs.com/xmphoenix/archive/2011/11/02/2233397.html有提到)
此地址屬於MIPS的KSEG1的地址范圍內(見http://blog.csdn.net/phunxm/article/details/9393021),其實際的物理地址是:0x1F00,0000(=0xBF00,0000 & 0x1FFF,FFFF)
A. uboot在編譯時,會經歷如下動作:
bootstrap: depend version $(SUBDIRS) $(OBJS_BOOTSTRAP) $(LIBS_BOOTSTRAP) $(LDSCRIPT_BOOTSTRAP)
UNDEF_SYM=`$(OBJDUMP) -x $(LIBS_BOOTSTRAP) |sed -n -e 's/.*\(__u_boot_cmd_.*\)/-u\1/p'|sort|uniq`;\
$(LD) $(LDFLAGS_BOOTSTRAP[xxx1] ) $$UNDEF_SYM $(OBJS_BOOTSTRAP) \
--start-group $(LIBS_BOOTSTRAP) --end-group $(PLATFORM_LIBS) \
-Map bootstrap.map -o bootstrap
和
u-boot: depend version $(SUBDIRS) $(OBJS) $(LIBS) $(LDSCRIPT)
UNDEF_SYM=`$(OBJDUMP) -x $(LIBS) |sed -n -e 's/.*\(__u_boot_cmd_.*\)/-u\1/p'|sort|uniq`;\
$(LD) $(LDFLAGS)[xxx2] $$UNDEF_SYM $(OBJS) $(BOARD_EXTRA_OBJS) \
--start-group $(LIBS) --end-group $(PLATFORM_LIBS) \
-Map u-boot.map -o u-boot
以及
u-boot.lzimg: $(obj)u-boot.bin System.map
@$(LZMA) e $(obj)u-boot.bin u-boot.bin.lzma
@./tools/mkimage -A mips -T firmware -C lzma \
-a 0x$(shell grep "T _start" $(TOPDIR)/System.map | awk '{ printf "%s", $$1 }') \
-e 0x$(shell grep "T _start" $(TOPDIR)/System.map | awk '{ printf "%s", $$1 }') \
[xxx3] -n 'u-boot image' -d $(obj)u-boot.bin.lzma $@
也就是說,在編譯的時候,就決定了tuboot需要在0x9f000000處被引導啟動,也就是說,燒寫tuboot時,需要燒到0x9f000000[xxx4] 處。
而0x9F00,0000屬於KSEG0范圍,其實際對應的物理地址也是0x1F00,0000[xxx5] (=0x9F00,0000&0x7FFF,FFFF)
B. Uboot編譯連接腳本文件,在ap121上,就是/boot/u-boot/board/ar7240/ap121/u-boot.lds
此文件的作用:
² 連接腳本是用來描述輸出文件的內存布局;源代碼經過編譯器編譯后包含如下段:
n 正文段text:包含程序的指令代碼;
n 數據段data:包含固定的數據,如常量和字符串;
n 未初始化數據段:包含未初始化的變量、數組等。
連接器的任務是將多個編譯后的文件的text、data和bass等段連接在一起;而連接腳本文件就是告訴連接器從什么地址(運行時地址)開始放置這些段
² 此文件中,最要關注的是.text字段。一切從這里開始
C. 先運行bootstrap,然后再運行uboot
在\boot\u-boot\board\ar7240\ap121\u-boot-bootstrap.lds,有定義:ENTRY(_start_bootstrap)
在\boot\u-boot\board\ar7240\ap121\u-boot.lds,有定義:ENTRY(_start)
而在boot\u-boot\board\ar7240\ap121\config.mk,有定義:
# ROM version
ifeq ($(COMPRESSED_UBOOT),1)
TEXT_BASE = 0x80010000 #對應uboot的TEXT正文地址,見u-boot.map的_start
BOOTSTRAP_TEXT_BASE = 0x9f000000 #對應bootstrap的TEXT正文地址,見bootstrap.map的_start_bootstrap
[xxx6] else
TEXT_BASE = 0x9f000000
Endif
所以,先執行_start_bootstrap,再執行_start。那么,這兩個在哪兒?
D. 在bootstrap.map中,可以看到:
.text 0x000000009f000000 0x3aa0
*(.text)
.text 0x000000009f000000 0x8b0 cpu/mips/start_bootstrap.o
0x000000009f000000 _start_bootstrap
Address of section .text set to 0x9f000000
在u-boot.map中,可以看到:
.text 0x0000000080010000 0x17da0
*(.text)
.text 0x0000000080010000 0x3350 cpu/mips/start.o
0x0000000080010030 relocate_code
0x0000000080010000 _start
Address of section .text set to 0x80010000
然后,在boot/u-boot/cpu/mips中,可以找到:start_bootstrap.S和start.S
這兩個,就是真正執行_start_boostrap和_start的地方
在__start_bootstrap中,可以看到:bootstrap_board_init_f和bootstrap_board_init_r。最后,在bootstrap_board_init_r中,有:
addr = (char *)(BOOTSTRAP_CFG_MONITOR_BASE + ((ulong)&uboot_end_data_bootstrap - dest_addr));
memmove (&header, (char *)addr, sizeof(image_header_t));
以及:
data = addr + sizeof(image_header_t);/*越過uboot的頭,定位到uboot的凈荷開始*/
fn = ntohl(hdr->ih_load);/*定位位於hdr->ih_load位置的起止程序,並執行之。這個程序就是__start*/
(*fn)(gd->ram_size);
可見,bootstrap中會定位並剝掉uboot的image_header_t的頭,這樣就會調位到__start。
下面,分析_start
E. 在start.S中,可以看到:board_init_f和board_init_r(boot/u-boot/lib_mips/board.c)。這就是從匯編進入C的兩個入口。先board_init_f,再board_init_r;
最終,在board_init_r中,調用無限循環:
for (;;) {
main_loop ();
}
F. main_loop(boot/u-boot/common/main.c)中,最終會調用:run_command (lastcommand, flag);
G. 在run_command(boot/u-boot/common/main.c)中,利用find_cmd找到合適的cmd_tbl_t *cmdtp對象,最后執行((cmdtp->cmd) (cmdtp, flag, argc, argv)
並且,在cmd_bootm.c中,有定義:
U_BOOT_CMD(
bootm, CFG_MAXARGS, 1, do_bootm,
"bootm - boot application image from memory\n",
"[addr [arg ...]]\n - boot application image stored in memory\n"
"\tpassing arguments 'arg ...'; when booting a Linux kernel,\n"
"\t'arg' can be the address of an initrd image\n"
);
在boot/u-boot/include/command.h中,有定義:
#define U_BOOT_CMD(name,maxargs,rep,cmd,usage,help) \
cmd_tbl_t __u_boot_cmd_##name Struct_Section = {#name, maxargs, rep, cmd, usage}
那么,最初的((cmdtp->cmd) (cmdtp, flag, argc, argv),就會執行到do_bootm
H. 在boot模式下,敲入printenv,可以看到uboot所用到的環境變量的值:
ar7240> printenv
bootargs=console=ttyS0,115200 root=31:02 rootfstype=squashfs init=/sbin/init mtdparts=ar7240-nor0:256k(u-boot),64k(u-boot-env),2752k(rootfs),896k(uImage),64k(NVRAM),64k(ART)[xxx7]
bootcmd=bootm 0x9f300000[xxx8]
baudrate=115200
ethaddr=0x00:0xaa:0xbb:0xcc:0xdd:0xee
stdin=serial
stdout=serial
stderr=serial
ethact=eth0
這些環境變量的定義,是在boot/u-boot/common/environment.c中賦值的;而具體的來源,則大部分在文件boot/u-boot/include/configs/ap121.h中定義;並且這些宏定義,是通過boot/u-boot/common/env_nowhere.c中的env_init引導的。
I. 在編譯內核鏡像時,有如下命令:
/home/xxx/140703_AR9331_Dev/u11_OnlyBasicAndWLAN_AP121-4MB/build/../boot/u-boot/tools/mkimage -A mips -O linux -T kernel -C gzip -a 0x80002000 -e 0x8019bd60 -n Linux Kernel Image -d /home/xxx/140703_AR9331_Dev/u11_OnlyBasicAndWLAN_AP121-4MB/build/../linux/kernels/mips-linux-2.6.31/arch/mips/boot/vmlinux.bin.gz /home/xxx/140703_AR9331_Dev/u11_OnlyBasicAndWLAN_AP121-4MB/build/../images/ap121-2.6.31/vmlinux.gz.uImage[xxx12]
J. Uboot啟動內核,是調用cmd_bootm.c中的do_bootm函數,其傳入的命令參數就是:
bootm 0x9f300000[xxx13]
然后,可以看到如下的啟動信息:
## Booting image at 9f300000 ... [xxx14]
Image Name: Linux Kernel Image
Created: 2013-02-06 22:27:48 UTC
Image Type: MIPS Linux Kernel Image (lzma compressed)
Data Size: 771996 Bytes = 753.9 kB
Load Address: 80002000 [xxx15]
Verifying Checksum at 0x9f300040 ...OK
Uncompressing Kernel Image ... OK
上述這些信息,都是do_bootm函數中,讀取鏡像文件頭image_header_t信息后得出的
然后,利用gunzip ((void *)ntohl(hdr->ih_load), unc_len, (uchar *)data, &len) != 0),將壓縮的鏡像文件解壓縮到hdr->ih_load[xxx17] 指向的地址。
最后,調用do_bootm_linux (cmdtp, flag, argc, argv,addr, len_ptr, verify); 開始內核啟動過程
K. do_bootm_linux(boot/u-boot/lib_mips/mips_linux.c) :
² 獲得內核鏡像的啟動地址:
(void (*)(int, char **, char **, int)) ntohl (hdr->ih_ep);
² [xxx18] 解析boot_args字段,得到:
linux_params_init (UNCACHED_SDRAM (gd->bd->bi_boot_params), commandline);
² 最后,直接運行內核鏡像的啟動地址:
flash_size_mbytes = gd->bd->bi_flashsize/(1024 * 1024);
theKernel (linux_argc, linux_argv, linux_env, flash_size_mbytes);[xxx19]
L. entry: 0x8019bf90地址上的程序,是什么呢?
看一下:linux/kernels/mips-linux-2.6.31/System.map,搜索8019bf9,會發現:
ffffffff8019bf90 T kernel_entry
哈哈,原來該地址上的程序是:kernel_entry
M. kernel_entry在arch/mips/kernel/head.S中定義;並且最終會跳轉到start_kernel函數,從而進入C代碼
N. 這里就調用了start_kernel(linux/kernels/mips-linux-2.6.31/init/main.c)
O. Start_kernel->rest_init->kernel_thread([xxx20]kernel_init, NULL, CLONE_FS | CLONE_SIGHAND);->kernel_init->init_post->run_init_process("/sbin/init"); --> 進入busybox的init流程
[xxx1]## LDFLAGS_BOOTSTRAP 中,含有-Bstatic -T $(LDSCRIPT_BOOTSTRAP) -Ttext $(BOOTSTRAP_TEXT_BASE) $(PLATFORM_LDFLAGS)
## BOOTSTRAP_TEXT_BASE,在boot\u-boot\board\ar7240\ap121\config.mk中有定義,指明了BOOTSTRAP_TEXT_BASE = 0x9f000000,即bootstrap的報文段會從此地址開始。
## 那么,也就是要求:需要將tuboot放到0x9f000000處。這樣tuboot啟動時,才能找到這里的正確位置
[xxx2]## LDFLAGS += -Bstatic -T $(LDSCRIPT) -Ttext $(TEXT_BASE) $(PLATFORM_LDFLAGS)
## 其中的$(TEXT_BASE)在boot\u-boot\board\ar7240\ap121\config.mk中有定義,指明了TEXT_BASE = 0x80010000,即uboot的報文段會從此地址開始
[xxx4]0x9f000000位於KSEG0地址段,其距離KSEG0地址段上限(0x9fffffff)還有0x1000000,即16M的空間。也就是說,設置0x9f000000作為基地址,也就意味着AR9331可以支持最多16MB Flash ---我的猜測,不知道是否正確
[xxx5]和MIPS24K的固定起始地址是一樣的。這就是為何要規定基地址是0x9F00,0000的緣故
[xxx6]這是u-boot和bootstrap在內存中的運行域
[xxx8]由ap121.h中的CONFIG_BOOTCOMMAND定義
表示自動啟動時執行的命令
這里的0x9f300000就是linux內核的TEXT_BASE地址;這也正是uboot下的cp.b命令燒寫Linux內核的目的地址
[xxx9]執行自動啟動的等候秒數
[xxx10]由ap121.h中的CONFIG_IPADDR定義,表示uboot模式下,單板的IP地址
[xxx11]由ap121.h中的CONFIG_SERVERIP定義,表示uboot升級時,所認可的TFTP Server的IP地址
[xxx12]參數說明:
-a ==> set load address to 'addr' (hex) -- 表示內核的運行地址
-e ==> set entry point to 'ep' (hex)。
是入口地址
[xxx13]這就是在使用uboot燒寫內核文件時,給出的基地址
[xxx14]對應bootm的參數
[xxx15]對應編譯時的-a參數
[xxx16]對應編譯時的-e參數
[xxx17]就是mkimage –a選項指定的地址
[xxx18]在ap121上,這個值就是entry: 0x8019bf90
[xxx20]創建內核線程