UBOOT——啟動核心
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UBOOT——啟動核心
1：什麼是UBOOT，為什麼要有UBOOT？
UBOOT的主要作用是用來啟動linux核心，因為CPU不能直接從塊裝置中執行程式碼，需要把塊裝置中的程式複製到記憶體中，而複製之前還需要進行很多初始化工作，如時鐘、串列埠、dram等；
如要想讓CPU啟動linux核心，只能通過另外的程式，進行必要的初始化工作，在把linux核心中程式碼複製到記憶體中，並執行這塊記憶體中的程式碼，即可啟動linux核心；一般情況下，我們把linux
映象儲存在塊裝置中如SD卡、iNand、Nandflash等塊裝置中，首先執行UBOOT帶碼，在UBOOT中把塊裝置中的核心程式碼複製到記憶體地址0x30008000地址處，然後在執行bootm 0x30008000
命令來執行核心程式碼；
整個過程大致如上述所講，下面我們詳細分析一下UBOOT啟動核心的程式碼：
2：在啟動UBOOT時候會出現看機倒計時，如果沒有按鍵按下，會自動啟動核心，我們來看一下這個是如何實現的：
下面這段程式碼是在main_loop函式中：作用是執行完倒數計時函式以後啟動linux核心，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數bootcmd，然後執行這個命令；
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核心啟動的：
movi read kernel 30008000是把sd卡中kernel分割槽複製到30008000記憶體地址處，bootm 30008000即到記憶體地址處執行程式碼；
下面詳細分一下bootm這個命令對應的函式
程式碼一步步分析：
下面這段程式碼的作用是判斷核心映象是zImage、uImage、裝置樹
在這裡要解釋一下zImage、uImage的區別：
linux核心程式碼經過編譯連結以後生成一個elf檔名叫vmlinuz檔案，這個檔案在經過arm-linux-objcopy編譯以後會生成一個Image映象檔案，vmlinuz elf檔案大小為70M以上
而Image映象檔案為7M左右，然後Image檔案在進一步經過壓縮生成zImage檔案，當zImage檔案作為啟動映象來啟動時，首先要解壓這個檔案，這個解壓過程可以由uboot解壓
或者zImage檔案本身可以自解壓，zImage中除了linux核心的映象以外，還有一些標頭檔案以及這部分解壓程式碼，所以核心實際上在addr地址中在加一個偏移量的位置；
uImage是uboot自己專用的啟動核心映象，相對於zImage他們之間標頭檔案有一定區別可以詳細看程式碼是如何判斷的；uImage現在基本上要屬於過時的技術了，新一點的技術為
裝置樹的啟動方式；
我們時這麼使用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位元組以後，這個地址中的值如果為 0x016f2818這個魔數的話，說明啟動映象為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核心程式碼的地址；
在看下面這句程式碼
memmove (&images.legacy_hdr_os_copy, hdr, sizeof(image_header_t));
把hdr中的值複製一份到 image.legacy_hdr_os_copy中，即把記憶體地址0x30008000處設定好的zImage頭複製一份到uboot的data段，
因為static bootm_headers_t images; images為uboot內定義的一個bootm_header_t格式的全域性變數；
看一下bootm_header_t型別為一個結構體，包含一個image_header_t型別的指標，這個指標最後指向了0x30008000處的zImage header
還包含一個image_header_t型別的結構體，就是用上面那句程式碼把0x30008000處的zImage header在酯類複製了一份；
還包含一個標誌位 legacy_hdr_valid如果上面兩個賦值以後，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
下面判斷作業系統，然後呼叫do_bootm_linux函式；
do_bootm_linux (cmdtp, flag, argc, argv, &images);
1 #if defined(CONFIG_ZIMAGE_BOOT)
2 after_header_check:
3 os = hdr->ih_os;
4 #endif
5
6 switch (os) {
7 default: /* handled by (original) Linux case */
8 case IH_OS_LINUX:
9 #ifdef CONFIG_SILENT_CONSOLE
10 fixup_silent_linux();
11 #endif
12 do_bootm_linux (cmdtp, flag, argc, argv, &images);
13 break;
14
15 case IH_OS_NETBSD:
16 do_bootm_netbsd (cmdtp, flag, argc, argv, &images);
17 break;
18
19 #ifdef CONFIG_LYNXKDI
20 case IH_OS_LYNXOS:
21 do_bootm_lynxkdi (cmdtp, flag, argc, argv, &images);
22 break;
23 #endif
24
25 case IH_OS_RTEMS:
26 do_bootm_rtems (cmdtp, flag, argc, argv, &images);
27 break;
28
29 #if defined(CONFIG_CMD_ELF)
30 case IH_OS_VXWORKS:
31 do_bootm_vxworks (cmdtp, flag, argc, argv, &images);
32 break;
33
34 case IH_OS_QNX:
35 do_bootm_qnxelf (cmdtp, flag, argc, argv, &images);
36 break;
37 #endif
38
39 #ifdef CONFIG_ARTOS
40 case IH_OS_ARTOS:
41 do_bootm_artos (cmdtp, flag, argc, argv, &images);
42 break;
43 #endif
44 }
45
46 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
51 if (iflag)
52 enable_interrupts();
53
54 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
首先獲取環境變數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;
}
在判斷全域性變數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強制型別換換為函式指標型別複製給thekernel；
從環境變數中讀取machid的值，賦值給s，如果s不空 則machid = 環境變數中machid的值，並列印machid；
在看一下uboot如何給核心傳參：
傳參主要是uboot把與硬體有關的資訊傳給linux核心，如memory資訊幾bank size 起始地址、命令列資訊、lcd 串列埠、initrd、MTD等資訊
#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 (¶ms);
#endif
#ifdef CONFIG_REVISION_TAG
setup_revision_tag (¶ms);
#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); 這個函式的作用
params = (struct tag *) bd->bi_boot_params; 給params賦值，gd->bd->bi_boot_params = (PHYS_SDRAM_1+0x100);
這句程式碼的作用就是把uboot全域性變數中設定好的bi_boot_params記憶體地址處強制轉換為stuct tag* 型別賦值給params
分析一下struct tag結構體：它是由一個stuct tag_header型別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有關的引數；
把PHYS_SDRAM_1+0x100這個地址設定為傳參的起始地址；
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;
然後對聯合體中的結構體引數賦值；
#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
這段程式碼是傳遞記憶體引數：
把記憶體每個bank的資訊放到這裡：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
1 #ifdef CONFIG_SETUP_MEMORY_TAGS
2 static void setup_memory_tags (bd_t *bd)
3 {
4 int i;
5
6 for (i = 0; i < CONFIG_NR_DRAM_BANKS; i++) {
7 params->hdr.tag = ATAG_MEM;
8 params->hdr.size = tag_size (tag_mem32);
9
10 params->u.mem.start = bd->bi_dram[i].start;
11 params->u.mem.size = bd->bi_dram[i].size;
12
13 params = tag_next (params);
14 }
15 }
16 #endif /* CONFIG_SETUP_MEMORY_TAGS */
接著是傳遞命令列引數
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 *型別，指向環境變數中的bootargs的值；
#define CONFIG_BOOTARGS "root=/dev/mtdblock4 rootfstype=yaffs2 init=/init console=ttySAC0,115200"
最後setup_end_tag (bd);結束傳參
再看最後uboot中最後一句程式碼
theKernel (0, machid, bd->bi_boot_params);
/* does not return */
return;
通過執行thekernel函式直接啟動linux核心，傳遞三個引數0、machid、傳參的首地址；
這三個引數是通過r0、r1、r2三個暫存器來傳遞了，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核心了；
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下面我們再來總結一下uboot啟動linux核心的整個流程：
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這個環境變數，並使用rum_command函式來執行這個命令；
實質是執行了movi read kernel 30008000；以後在執行bootm 30008000
moviread kernel的作用是把sd卡中的kernel分割槽賦值到30008000記憶體處
bootm 30008000就是真正的傳參以及跳轉到linux核心中執行；
bootm 首先要做的事情是判斷這個核心映象為zImage、uImage、裝置樹
通過對映象檔案的標頭檔案的驗證，確定是哪種核心映象，然後再把必須的資訊儲存起來如是linux作業系統，ep的值等；
確定好以後呼叫do_bootm_linux函式來對核心傳參並且啟動核心；