UBOOT——啟動內核

1：什么是UBOOT，為什么要有UBOOT？

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

　　如要想讓CPU啟動linux內核，只能通過另外的程序，進行必要的初始化工作，在把linux內核中代碼復制到內存中，並執行這塊內存中的代碼，即可啟動linux內核；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，首先執行UBOOT帶碼，在UBOOT中把塊設備中的內核代碼復制到內存地址0x30008000地址處，然后在執行bootm 0x30008000

　　命令來執行內核代碼；

整個過程大致如上述所講，下面我們詳細分析一下UBOOT啟動內核的代碼：

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

下面這段代碼是在main_loop函數中：作用是執行完倒數計時函數以后啟動linux內核，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);

實際上就是讀取環境變量bootcmd，然后執行這個命令；

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內核啟動的：

movi read kernel 30008000是把sd卡中kernel分區復制到30008000內存地址處，bootm 30008000即到內存地址處執行代碼；

下面詳細分一下bootm這個命令對應的函數

代碼一步步分析：

下面這段代碼的作用是判斷內核鏡像是zImage、uImage、設備樹

在這里要解釋一下zImage、uImage的區別：

linux內核代碼經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自己專用的啟動內核鏡像，相對於zImage他們之間頭文件有一定區別可以詳細看代碼是如何判斷的；uImage現在基本上要屬於過時的技術了，新一點的技術為

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字節以后，這個地址中的值如果為 0x016f2818這個魔數的話，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類型為一個結構體，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類型的結構體，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

 直接跳轉到after_header_check處，os為IH_OS_LINUX

下面判斷操作系統，然后調用do_bootm_linux函數；

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

#if defined(CONFIG_ZIMAGE_BOOT)
after_header_check:  3     os = hdr->ih_os;  4 #endif

    switch (os) {  7     default:            /* handled by (original) Linux case */
    case IH_OS_LINUX:  9 #ifdef CONFIG_SILENT_CONSOLE 10  fixup_silent_linux(); 11 #endif
        do_bootm_linux (cmdtp, flag, argc, argv, &images); 13         break; 14 
    case IH_OS_NETBSD: 16         do_bootm_netbsd (cmdtp, flag, argc, argv, &images); 17         break; 18 
#ifdef CONFIG_LYNXKDI 20     case IH_OS_LYNXOS: 21         do_bootm_lynxkdi (cmdtp, flag, argc, argv, &images); 22         break; 23 #endif

    case IH_OS_RTEMS: 26         do_bootm_rtems (cmdtp, flag, argc, argv, &images); 27         break; 28 
#if defined(CONFIG_CMD_ELF)
    case IH_OS_VXWORKS: 31         do_bootm_vxworks (cmdtp, flag, argc, argv, &images); 32         break; 33 
    case IH_OS_QNX: 35         do_bootm_qnxelf (cmdtp, flag, argc, argv, &images); 36         break; 37 #endif

#ifdef CONFIG_ARTOS 40     case IH_OS_ARTOS: 41         do_bootm_artos (cmdtp, flag, argc, argv, &images); 42         break; 43 #endif
 } 45 
    show_boot_progress (-9); 47 #ifdef DEBUG 48     puts ("\n## Control returned to monitor - resetting...\n"); 49  do_reset (cmdtp, flag, argc, argv); 50 #endif
    if (iflag) 52  enable_interrupts(); 53 
    return 1; 55 }

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指針類型復制給thekernel；

從環境變量中讀取machid的值，賦值給s，如果s不空 則machid = 環境變量中machid的值，並打印machid；

在看一下uboot如何給內核傳參： 

 傳參主要是uboot把與硬件有關的信息傳給linux內核，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內存地址處強制轉換為stuct tag* 類型賦值給params

　　分析一下struct tag結構體：它是由一個stuct tag_header類型的結構體加上一個由一系列結構體組成的union聯合體組成；

　　這一系列結構體中存放的就是與board有關的參數；

　　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;

　　然后對聯合體中的結構體參數賦值；

　　 #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

 　　繼續賦值：

　　#ifdef CONFIG_SETUP_MEMORY_TAGS

　　 setup_memory_tags (bd); 

　　#endif

 　　這段代碼是傳遞內存參數：

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

#ifdef CONFIG_SETUP_MEMORY_TAGS  2 static void setup_memory_tags (bd_t *bd)  3 {  4     int i;  5 
    for (i = 0; i < CONFIG_NR_DRAM_BANKS; i++) {  7         params->hdr.tag = ATAG_MEM;  8         params->hdr.size = tag_size (tag_mem32);  9 
        params->u.mem.start = bd->bi_dram[i].start; 11         params->u.mem.size = bd->bi_dram[i].size; 12 
        params = tag_next (params); 14  } 15 } 16 #endif /* CONFIG_SETUP_MEMORY_TAGS */

　　接着是傳遞命令行參數

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

前面我們分析了commandline是一個char *類型，指向環境變量中的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;

通過執行thekernel函數直接啟動linux內核，傳遞三個參數0、machid、傳參的首地址；

這三個參數是通過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內核了；

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下面我們再來總結一下uboot啟動linux內核的整個流程：

開機時會出現倒計時，當沒有按鍵按下的時候，uboot會讀取出bootcmd這個環境變量，並使用rum_command函數來執行這個命令；

實質是執行了movi read kernel 30008000；以后在執行bootm 30008000

moviread kernel的作用是把sd卡中的kernel分區賦值到30008000內存處

bootm 30008000就是真正的傳參以及跳轉到linux內核中執行；

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

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

確定好以后調用do_bootm_linux函數來對內核傳參並且啟動內核；