6、uboot源码——内核启动分析

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总结：uboot启动linux内核的整个流程

开机时会出现倒计时，当没有按键按下的时候，uboot会读取出bootcmd这个环境变量，并使用rum_command函数来执行这个命令；

• 实质是执行了movi read kernel 30008000；bootm 30008000。
• movi read kernel，把sd卡中的kernel分区赋值到30008000内存处；
• bootm 30008000，真正的传参以及跳转到linux内核中执行（实际执行do_bootm()函数）。
• bootm（do_bootm()函数）首先要做的事情是判断这个内核镜像类型（zImage、uImage、设备树）；
• 通过对镜像文件的头文件的验证，以确定是哪种内核镜像，然后再把必须的信息储存起来（linux操作系统、ep的值等）。
• 确定好以后调用do_bootm_linux函数来对内核传参并且启动内核。

 

一、uboot作用简介

uboot的主要作用是用来启动linux内核。

• 因为CPU不能直接从块设备中执行代码，需要把块设备中的程序复制到内存中，而复制之前还需要进行很多初始化工作，如时钟、串口、dram等；
• 如要想让CPU启动linux内核，只能通过另外的程序，进行必要的初始化工作，在把linux内核中代码复制到内存中，并执行这块内存中的代码，即可启动linux内核；
• 一般情况下，linux镜像储存在块设备中（SD卡、iNand、Nandflash等）。首先执行uboot代码，把块设备中的内核代码复制到内存地址0x30008000地址处，然后再执行bootm 0x30008000命令以启动内核代码。

 

二、基础知识 

vmlinuz、Image、zImage、uImage的区别与联系

（1）linux内核代码经过编译链接，生成一个elf格式的可执行文件，即vmlinuz或者vmlinux；

• 此文件不能直接烧录。

（2）vmlinuz文件经过arm-linux-objcopy以后，生成一个Image镜像文件。

• vmlinuz.elf文件大小为70M以上，而Image镜像文件为7M左右。

（3）Image文件在进一步经过压缩，并添加解压缩代码，形成zImage文件。

• 当zImage文件作为启动镜像来启动时，首先要解压这个文件，这个解压过程可以由uboot解压或者zImage文件本身自解压。
• zImage中除了linux内核的镜像以外，还有一些头文件以及这部分解压代码，所以内核实际上在addr地址中再加一个偏移量的位置。

（5）uImage是uboot自己专用的启动内核镜像，相对于zImage他们之间头文件有一定区别。

• uImage现在基本上要属于过时的技术了，新一点的技术为设备树的启动方式；

 

三、UBOOT启动内核的代码分析

在启动UBOOT时，出现倒计时，如果没有按键按下，则会自动启动内核。

1、start_armboot()函数末尾的main_loop

 

下面这段代码在此main_loop函数中，作用是执行完倒计时函数之后，启动linux内核。

• 启动方式是s = getenv ("bootcmd");；
• 假定不使用HUAH_PARSER，则run_command (s, 0);实际上就是读取环境变量bootcmd，然后执行这个命令。

 

 

2、bootcmd命令

• bootcmd=movi read kernel 30008000; movi read rootfs 30B00000 300000; bootm 30008000 30B00000
• 这两个命令完成linux内核启动。
• movi read kernel 30008000，把sd卡中kernel分区复制到30008000内存地址处；
• bootm 30008000，到内存地址处执行代码；
• 执行bootm命令，实际执行do_bootm函数。

  

3、do_bootm()函数

 

 

（1）因为bootm 0x30008000，参数为2，因此有addr = simple_strtoul(argv[1], NULL, 16)

• 此时addr中的值为0x30008000。

（2）接着判断0x30008000偏移36字节以后的地址中的值

• 如果为0x016f2818，说明启动镜像为zImage，则输出boot with zImage。

（3）内核的操作系统类型，和内核真正的入口

• hdr->ih_os = IH_OS_LINUX;zImage header中ih_os赋值为 IH_OS_LINUX；
• hdr->ih_ep = ntohl(addr);ih_ep中存放的是point address，这个值是真正内核代码的地址（起始执行入口地址）；

（4）image变量

• static bootm_headers_t images; 
• images为uboot内定义的一个bootm_header_t格式的全局变量。
• bootm_header_t类型为一个结构体，如下图：
• 包含一个image_header_t类型的指针，这个指针最后指向了0x30008000处的zImage header。
• 包含一个image_header_t类型的结构体，后面会把0x30008000处的zImage header复制一份到此结构体；
• 包含一个标志位 legacy_hdr_valid。如果上面两个赋值以后，把legacy_hdr_valid赋值为1；

 

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

• 把hdr中的值复制一份到 image.legacy_hdr_os_copy中，即把内存地址0x30008000处设置好的zImage头复制一份到uboot的data段。

（6）直接跳转到after_header_check处，os为IH_OS_LINUX。

4、after_header_check

• 判断操作系统，然后调用do_bootm_linux函数

 

5、do_bootm_linux()函数

 

 

（1）获取环境变量bootargs；

（2）判断全局变量images中的legacy_hdr_valid是否为1，如果为1获取ep值，如果不为1则error。

（3）把ep强制类型换换为函数指针类型赋值给thekernel；

（4）从环境变量中读取machid的值，赋值给s，如果s不空则machid = 环境变量中machid的值，并打印machid；

----------------------------------uboot给内核传参-----------------------------------------------

6、uboot给内核传参

• 传参主要是uboot把与硬件有关的信息传给linux内核，如memory信息（多少bank、size、起始地址）、命令行信息、lcd 串口、initrd、MTD等信息。
• 如要定义了任意一个CONFIG_XXXXX，则执行setup_start_tag(bd)

一、setup_start_tag函数

• 初始化第一块参数tag

  

（1）params = (struct tag *) bd->bi_boot_params; 

• gd->bd->bi_boot_params = (PHYS_SDRAM_1+0x100);
• 这句代码，把uboot中的全局变量（即gd）的bi_boot_params内存地址，强制转换为stuct tag* 类型，然后赋值给params；
• 把PHYS_SDRAM_1+0x100这个地址设置为传参的起始地址；  

（2）struct tag结构体

• 此结构体由一个stuct tag_header类型的结构体，加上一个由一系列结构体组成的union联合体组成；
• 这一系列结构体中存放的就是与board有关的参数；

（3）hdr.tag 与hdr.size赋值

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

（4）对联合体中的结构体参数赋值

• params->u.core.flags = 0;
• params->u.core.pagesize = 0;
• params->u.core.rootdev = 0;

（5）对下一个params进行初始化

• params = tag_next (params); 
• //#define tag_next(t) ((struct tag *)((u32 *)(t) + (t)->hdr.size)),把params移动sizeof(tag_core)大小继续赋值

二、传递内存参数，setup_memory_tags函数

• 把内存每个bank的信息放到这里：第一个扇区的起始地址和大小，第二个扇区的起始地址和大小……

 

三、传递命令行参数，setup_commandline_tag函数

• commandline是一个char *类型，指向环境变量中的bootargs的值，即：
• #define CONFIG_BOOTARGS  "root=/dev/mtdblock4 rootfstype=yaffs2 init=/init console=ttySAC0,115200"

 

四、setup_end_tag (bd)：结束传参

-----------------------------------------uboot给内核传参结束-----------------------------------------------

 7、uboot中最后一句代码

• 通过执行thekernel函数直接启动linux内核，传递三个参数：0、machid、传参的首地址；
• 这三个参数是通过r0、r1、r2三个寄存器来传递，r0传递0、r1传递machid、r2传递传参的首地址。
• 这样就把内核启动起来了。