u-boot(五)内核启动

title: u-boot(五)内核启动
tags: linux
date: 2018-09-26 19:58:05
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u-boot(五)内核启动

概述

启动命令:bootcmd=nand read.jffs2 0x30007FC0 kernel; bootm 0x30007FC0，具体代码实现的重点是以下:

s=getenv ("bootcmd") 获取环境变量
run_command (s, 0); 启动内核，这个s=nand read.jffs2 0x30007FC0 kernel; bootm 0x30007FC0
s就是先读出内核，再启动内核了

备注 jffs2是一种文件格式，在这里并不需要文件格式，但是使用这个jffs2 可以不使用页对齐，如果使用nandread,需要考虑页对齐或者块对齐，最终会使用nand_read_opts

我们也可以在u-boot 命令行直接输入boot来启动内核，但是实际的命令是一样的，是在cmd_bootm.c中调用do_bootd>run_command (getenv ("bootcmd"), flag)

分区空间

常见的内部空间布局如下:

Bootloader	Boot parameters	Kernel	Root filesystem
u-boot，它会在内存的某个地方存放着内核启动的一些参数，也称为tag	u-boot 参数，包含传递给内核的一些东西	内核	根文件系统

嵌入式的FLASH没有实际的分区，所谓分区只是一个名称，具体的地址是写死的. 在include/configs/100ask24x0.h

#define MTDIDS_DEFAULT "nand0=nandflash0"
#define MTDPARTS_DEFAULT "mtdparts=nandflash0:256k@0(bootloader)," \
                            "128k(params)," \
                            "2m(kernel)," \
                            "-(root)"

这里定义了mtdparts分区，位于nandflash0，bootloader大小是256k，从0开始，然后是128k大小的params，接下去是2M的kernel内核，剩余的都是root文件系统.

内核文件格式

Flash上存储的内核格式为uImage，包含了一个头部加真正的内核.

/*
 * all data in network byte order (aka natural aka bigendian)
 */
#define IH_NMLEN        32  /* Image Name Length        */

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;

ih_load表示加载地址，表示内核应该放在哪里
ih_ep表示入口地址,表示跳转的地址，也就是内核代码段的入口，广义上的main入口

内核复制跳转

bootm会先判断内核是否在加载地址,否则先移动内核到指定的加载地址,然后跳转。

命令中0x30007FC0 地址可以随便放，只要不破坏已经用到的信息就好， bootm命令如果发现当前内核并不在加载地址，需要移动内核到加载地址。do_bootm函数中memmove ((void *) ntohl(hdr->ih_load), (uchar *)data, len); 移动内核。

所以如果ih_load=我们内核的地址的时候，就不需要move，节省时间.jz2440 的加载地址是0x30008000,头部是64字节，所以,0x30008000-64=0x30007FC0，所以我们copy内核到0x30007FC0 .

内核启动

//在 bootm命令中有linux内核跳转，//lib_arm/armlinux.c-->do_bootm_linux
do_bootm_linux  (cmdtp, flag, argc, argv,addr, len_ptr, verify);
    //theKernel 就是uimage的头部中的入口地址
    -theKernel = (void (*)(int, int, uint))ntohl(hdr->ih_ep);
    // 设置一些参数
    setup_start_tag (bd);
    setup_memory_tags (bd);
    setup_commandline_tag (bd, commandline);
    setup_end_tag (bd);
    // 所以内核的入口参数
    -theKernel (0, bd->bi_arch_number, bd->bi_boot_params);

机器ID

theKernel (0, bd->bi_arch_number, bd->bi_boot_params);中的第二个参数是机器ID，内核通过比对机器ID判断是否支持启动.gd->bd->bi_arch_number = MACH_TYPE_S3C2440;

启动参数

内核跳转之前，同样需要设置内核的启动参数.内核的参数是按照tag组织的.也就是在某个地址（0x30000100，在100ask24x0.c中定义），按照某种格式存储，这种格式具体为【size....tagid....tag值】

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在do_bootm_linux中有设置内存，命令行参数等，代码片段如下

bd_t *bd = gd->bd;
//设置起始的头
setup_start_tag (bd);
//设置内存
setup_memory_tags (bd);
setup_commandline_tag (bd, commandline);
//....
// 设置结束的id
setup_end_tag (bd);

具体有以下几种tag，代码中以联合体定义，这样方便使用同一个指针指向它，方便之处见setup_start_tag分析.

//这个tag 就是一个包含了所有类型tag的一个联合体，是实际tag的内容值
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;
    } u;
};

(起始tag)setup_start_tag

static void setup_start_tag (bd_t *bd)
{
    // 这个tag 就是一个包含了所有类型tag的一个联合体
    // 使用联合体之后，下面就可以使用 params->具体的tag类型
    params = (struct tag *) bd->bi_boot_params;

    params->hdr.tag = ATAG_CORE;
    params->hdr.size = tag_size (tag_core);
    
    //tag_core 也就是接下去这三个参数了
    //tag_size =zise + tag + 实际的值
    params->u.core.flags = 0;
    params->u.core.pagesize = 0;
    params->u.core.rootdev = 0;
    //指向下一个参数
    params = tag_next (params);
}

#define tag_next(t) ((struct tag *)((u32 *)(t) + (t)->hdr.size))
#define tag_size(type)  ((sizeof(struct tag_header) + sizeof(struct type)) >> 2)
// 这里 tag_header就是 size+tag   ， type 就是实际的tag的内容
// tag_size就是包含 id 和 size 和 内容的大小了

因为bd_t *bd = gd->bd;，所以搜索下gd->bd->bi_boot_params，也就是在board/100ask24x0/100ask24x0.c中定义，也就是说参数是放在0x30000100.

gd->bd->bi_boot_params = 0x30000100;

内存设置

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);
    }
}

搜索下gd->bd->bi_dram[0]，同样在board/100ask24x0/100ask24x0.c定义

int dram_init (void)
{
    gd->bd->bi_dram[0].start = PHYS_SDRAM_1;
    gd->bd->bi_dram[0].size = PHYS_SDRAM_1_SIZE;

    return 0;
}
#define PHYS_SDRAM_1        0x30000000 /* SDRAM Bank #1 */
#define PHYS_SDRAM_1_SIZE   0x04000000 /* 64 MB */

这个函数是在lib_arm/board.c中的init_sequence调用，也就是start_armboot中调用，也就是在u-boot(三)第一阶段的C中使用的

根文件系统,启动程序,串口设备

char *commandline = getenv ("bootargs");
setup_commandline_tag (bd, commandline);

static void setup_commandline_tag (bd_t *bd, char *commandline)
{
    char *p;

    if (!commandline)
        return;

    /* eat leading white space */
    for (p = commandline; *p == ' '; p++);

    /* skip non-existent command lines so the kernel will still
     * use its default command line.
     */
    if (*p == '\0')
        return;

    params->hdr.tag = ATAG_CMDLINE;
    params->hdr.size =
        (sizeof (struct tag_header) + strlen (p) + 1 + 4) >> 2;

    strcpy (params->u.cmdline.cmdline, p);

    params = tag_next (params);
}

设置命令tag,多了参数commandline,源自环境变量bootargs查看下环境变量bootargs，使用print查看,也可搜索下代码

"bootargs=" CONFIG_BOOTARGS         "\0"
//include/configs/100ask24x0.h
#define CONFIG_BOOTARGS "noinitrd root=/dev/mtdblock3 init=/linuxrc console=ttySAC0"

root=/dev/mtdblock3表示根文件系统从第四个FLASH分区开始（从0开始计数）可以往上看分区空间
init=/linuxrc指示第一个应用程序
console=ttySAC0，内核打印信息从串口0 打印

(结束)setup_end_tag

设置结束标志

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分区空间

内核文件格式

内核复制跳转

内核启动

机器ID

启动参数

(起始tag)setup_start_tag

内存设置

根文件系统,启动程序,串口设备

(结束)setup_end_tag

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