u-boot分析(三)---boot命令实现以及内核的启动

时间:2022-03-15 16:46:53

  上片博文总结出了u-boot的工作流程,今天我们来分析,u-boot的两个比较重要的内容

1.        U-boot命令的实现

2.        U-boot如何启动内核

l  命令实现

我们的u-boot可以解析输入的命令,比如printsetenvsaveenv等命令,我们下来对其的实现进行分析。

我们昨天分析到BL2最后停在了main_loop处,那么我们输入的命令肯定也是在这个函数中实现的,我们找到该函数,在main_loop函数中run_command函数很容易引起我们的关注,跳到该函数进行分析,在该函数中有下面几个比较重要的点

1.        从注释我们很容易知道这段代码是在对命令进行分离,并且u-boot支持’;’分离命令。

 

 1         /*
2 * Find separator, or string end
3 * Allow simple escape of ';' by writing "\;"
4 */
5 for (inquotes = 0, sep = str; *sep; sep++) {
6 if ((*sep=='\'') &&
7 (*(sep-1) != '\\'))
8 inquotes=!inquotes;
9
10 if (!inquotes &&
11 (*sep == ';') && /* separator */
12 ( sep != str) && /* past string start */
13 (*(sep-1) != '\\')) /* and NOT escaped */
14 break;
15 }

2.        分离参数

 

1         /* Extract arguments */
2 if ((argc = parse_line (finaltoken, argv)) == 0) {
3 rc = -1; /* no command at all */
4 continue;
5 }

3.        用第一个参数argv[0]在命令列表中寻找对应的命令,并返回一个cmd_tbl_t类型的实例。我们可以猜到这个结构体应该保函了有关命令的一系列内容。

1 /* Look up command in command table */
2 if ((cmdtp = find_cmd(argv[0])) == NULL) {
3 printf ("Unknown command '%s' - try 'help'\n", argv[0]);
4 rc = -1; /* give up after bad command */
5 continue;
6 }

 

n  我们先看find_cmd,通过代码跟踪我们会在find_cmd_tbl函数中找到核心代码

 1 for (cmdtp = table;
2 cmdtp != table + table_len;
3 cmdtp++) {
4 if (strncmp (cmd, cmdtp->name, len) == 0) {
5 if (len == strlen (cmdtp->name))
6 return cmdtp; /* full match */
7
8 cmdtp_temp = cmdtp; /* abbreviated command ? */
9 n_found++;
10 }
11 }

 

通过上面代码我们知道了其查找方法,但是相信很多人和我一样很疑惑这个命令表到底在什么地方。

按照我们对上面代码的阅读,和猜测我们可以知道这个表的开始地址是table,我们可以轻松的找到table的来源。

1 cmd_tbl_t *find_cmd (const char *cmd)
2 {
3 int len = &__u_boot_cmd_end - &__u_boot_cmd_start;
4 return find_cmd_tbl(cmd, &__u_boot_cmd_start, len);
5 }

 

通过上面代码我们知道table等于__u_boot_cmd_start,通过全局搜索,我们找到这个地址的来源是\arch\arm\cpu\armv7\u-boot.lds

1     __u_boot_cmd_start = .;
2 .u_boot_cmd : { *(.u_boot_cmd) }
3 __u_boot_cmd_end = .;

 

 

 

__u_boot_cmd_start__u_boot_cmd_end之间放了一个.u_boot_cmd段,我们再对这个段名进行搜索找到了下面的宏

1 #define Struct_Section  __attribute__ ((unused,section (".u_boot_cmd")))//强制设置段属性为.u_boot_cmd

 

其肯定通过该宏又定义了什么东西,再经过搜索我们找到以下内容

1 #define U_BOOT_CMD_COMPLETE(name,maxargs,rep,cmd,usage,help,comp) \
2 cmd_tbl_t __u_boot_cmd_##name Struct_Section = \
3 U_BOOT_CMD_MKENT_COMPLETE(name,maxargs,rep,cmd,usage,help,comp)

 

其又定义了一个宏,通过对宏的阅读我们可以知道,通过U_BOOT_CMD_COMPLETE这个宏可以定义一个cmd_tbl_t类型的结构体,并且将该结构体的段属性强制设置为.u_boot_cmd,再对这个宏搜索,找到的只有几个命令,完全对不上,但是我们又找到下面的宏

1 #define U_BOOT_CMD(name,maxargs,rep,cmd,usage,help) \
2 U_BOOT_CMD_COMPLETE(name,maxargs,rep,cmd,usage,help,NULL)

 

通过对U_BOOT_CMD的搜索我们找到了大量的命令定义。

至此我们可以完全清楚了这个命令表示怎么来的,其是通过U_BOOT_CMD这样一个宏去定义命令。随便可以找到例子:

1 U_BOOT_CMD(
2 help, CONFIG_SYS_MAXARGS, 1, do_help,
3 "print command description/usage",
4 "\n"
5 " - print brief description of all commands\n"
6 "help command ...\n"
7 " - print detailed usage of 'command'"
8 );

 

n  再来看cmd_tbl_t结构体,其中保函了命令名,最大参数,以及对应函数等内容。

 1 struct cmd_tbl_s {
2 char *name; /* Command Name */
3 int maxargs; /* maximum number of arguments */
4 int repeatable; /* autorepeat allowed? */
5 /* Implementation function */
6 int (*cmd)(struct cmd_tbl_s *, int, int, char * const []);
7 char *usage; /* Usage message (short) */
8 #ifdef CONFIG_SYS_LONGHELP
9 char *help; /* Help message (long) */
10 #endif
11 #ifdef CONFIG_AUTO_COMPLETE
12 /* do auto completion on the arguments */
13 int (*complete)(int argc, char * const argv[], char last_char, int maxv, char *cmdv[]);
14 #endif
15 };

 

至此我们可以通过上面的内容实现我们自己的简单u-boot命令,下面是我实现的hello命令

 1 #include <common.h>
2 #include <command.h>
3
4 int do_hello(cmd_tbl_t * cmdtp, int flag, int argc, char * const argv[])
5 {
6 printf("hello u-boot");
7 return 0;
8 }
9
10 U_BOOT_CMD(
11 hello, CONFIG_SYS_MAXARGS, 1, do_hello,
12 "print hello",/*短帮助信息*/
13 "\n hello cmd ............"//长帮帮助信息
14 );

 

加入上面内容,并且修改common目录下的makefile,然后重新编译u-boot,就会完成我们自己的u-boot命令,至此我们的u-boot命令实现分析完毕。

l  启动内核

我们的u-boot可以通过nandtftp等方式,将我们的内核加载至内存,对于这个过程今天就不重点去分析了,今天我们重点分析从内存中如何启动内核,我们都知道启动内核的时候要用到bootm命令,按照我们上面分析命令实现的经验,可以猜出其必然会去运行do_bootm函数。下面我们主要分析这个函数的实现。

我们的bootm只能启动uImage,然而uImage = zImage(真正的内核) + 头信息。所以我们首先来看看头信息:

 

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;

 

这里面存放了大量的内核信息,我们也可以找到do_bootm中用这些信息进行内核的校验,加载地址的校验等工作。

假设我们启动的是linuxu-boot支持多种系统启动,下面代码列出),我们的u-boot会执行到do_bootm_linux函数

 

 1 static boot_os_fn *boot_os[] = {
2 #ifdef CONFIG_BOOTM_LINUX
3 [IH_OS_LINUX] = do_bootm_linux,
4 #endif
5 #ifdef CONFIG_BOOTM_NETBSD
6 [IH_OS_NETBSD] = do_bootm_netbsd,
7 #endif
8 #ifdef CONFIG_LYNXKDI
9 [IH_OS_LYNXOS] = do_bootm_lynxkdi,
10 #endif
11 #ifdef CONFIG_BOOTM_RTEMS
12 [IH_OS_RTEMS] = do_bootm_rtems,
13 #endif
14 #if defined(CONFIG_BOOTM_OSE)
15 [IH_OS_OSE] = do_bootm_ose,
16 #endif
17 #if defined(CONFIG_CMD_ELF)
18 [IH_OS_VXWORKS] = do_bootm_vxworks,
19 [IH_OS_QNX] = do_bootm_qnxelf,
20 #endif
21 #ifdef CONFIG_INTEGRITY
22 [IH_OS_INTEGRITY] = do_bootm_integrity,
23 #endif
24 };

 

下面我们来分析do_bootm_linux函数主要有以下内容

a)        和内核进行交接工作,为内核设置启动参数

#if defined (CONFIG_SETUP_MEMORY_TAGS) || \
defined (CONFIG_CMDLINE_TAG)
|| \
defined (CONFIG_INITRD_TAG)
|| \
defined (CONFIG_SERIAL_TAG)
|| \
defined (CONFIG_REVISION_TAG)
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 (images->rd_start && images->rd_end)
setup_initrd_tag (bd, images
->rd_start, images->rd_end);
#endif
setup_end_tag(bd);
#endif

 

这些代码主要是将参数,按照固定的格式写到固定的地方。内核启动后将会去这个地址读取参数。

b)        跳到入口地址,启动内核

1 kernel_entry = (void (*)(int, int, uint))images->ep;
2 kernel_entry(0, machid, bd->bi_boot_params);

 

machid:我们的机器ID

bd->bi_boot_params:刚才提到的参数的地址

至此我们今天的工作全部结束。