(六) u-boot 启动内核解析

一、我们从上一节命令解析可以知道，u-boot启动启动Linux内核有两种方法：

第一种u-boot等待无空格按下自启内核：

 s = getenv ("bootcmd");
    if (bootdelay >= 0 && s && !abortboot (bootdelay)) {
        ......
        run_command (s, 0);
        ......
        }

第二种在u-boot控制台输入boot命令启动:

int do_bootd (cmd_tbl_t *cmdtp, int flag, int argc, char *argv[])
{
    int rcode = 0;
#ifndef CFG_HUSH_PARSER
    if (run_command (getenv ("bootcmd"), flag) < 0) rcode = 1;
#else
    if (parse_string_outer(getenv("bootcmd"),
        FLAG_PARSE_SEMICOLON | FLAG_EXIT_FROM_LOOP) != 0 ) rcode = 1;
#endif
    return rcode;
}

U_BOOT_CMD(
    boot,   1,  1,  do_bootd,
    "boot    - boot default, i.e., run 'bootcmd'\n",
    NULL
);

这两种方式本质上都是一样的，通过最终调用run_command(bootcmd)来启动

比如我这里bootcmd=nand read.jffs2 0x30007FC0 kernel; bootm 0x30007FC0

二、nand read.jffs2解析

在run_command中会将命令分离并找对应的处理函数。

第一条命令是从调用(do_nand)把内核把读到到一个地址上去；第二条命令是从内核里面调用相应的函数(do_bootm)来启动内核；

① 在哪里来读

• 从哪里读？从kernel分区读；
• 读到哪里去？放到指定地址(0x30007fc0)去；
• 在PC机上，每一个硬盘前面都有一个分区表。对于嵌入式Linux来说，flash上面没有分区表，显然这个分区就和PC机上不一样；既然没有分区表，这些分区怎么体现？只能在源码里面写死的；

定义分区的源码如下：(include\configs\100ask24x0.h)

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

上面定义了各个分区的起始地址；

② 通过什么读

在/common/cmd_nand.c中do_nand函数中

/* read write */
 if (strncmp(cmd, "read", 4) == 0 || strncmp(cmd, "write", 5) == 0)

三、bootm 0x30007FC0解析

① 在/common/cmd_bootm.c中do_bootm函数中启动内核。启动内核的时候，首先对内核的头部要进行操作，原因是在Flash中保存的内核是由两部分构成的，第一部分是头部，第二部分是真正的内核。而头部的结构如下：

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是加载地址

    ih_ep是入口地址

下面要开始分析如何启动内核,主要是do_bootm函数:

int do_bootm (cmd_tbl_t *cmdtp, int flag, int argc, char *argv[])  
{  
    ......  
    image_header_t *hdr = &header;  //uimage 是内核加了一个4K的头部，这个头部的内容是按照结构体image_header_t来放在，是image传递给Uboot的信息。  
    ......  
    if (argc < 2) {  
        addr = load_addr;   //如果bootm的参数小于2 则使用默认的加载地址  
    } else {  
        addr = simple_strtoul(argv[1], NULL, 16);  
    }  
    ......  
    switch (hdr->ih_comp) {  
    case IH_COMP_NONE:  
        if(ntohl(hdr->ih_load) == addr) {      
/* 
    这里判断“uimage头部里指定的加载地址”与bootm指定的加载地址是否相等，不相等则需要移动 
    判断的方式有两种 
    1、判断 uimage头部里指定的加载地址 == bootm指定的加载地址 (hdr->ih_load == addr) 
    此时： 
        实际存放的地址  == uimage加载地址 == uimage连接地址-64字节 
        bootm == 实际存放的地址 
    例子： 
        实际存放在  0x30007fc0 
        bootm       0x30007fc0 
        加载地址    0x30007fc0 
        连接地址    0x30008000 
        1、uboot根据Bootm指定的0x30007fc0去找image，实际地址为0x30007fc0，找到头部 
        2、读出头部里的加载地址，判断是否和Bootm相等，相等则不移动，启动 
    2、判断 uimage头部里指定的加载地址 == bootm指定的加载地址 + 64字节 (hdr->ih_load == addr+64字节/data) 
    此时：  
        实际存放地址+64字节 == uimage加载地址 == uimage连接地址 
        bootm == 实际存放的地址 
    例子：  
        实际存放在  0x30007fc0 
        bootm       0x30007fc0 
        加载地址    0x30008000 
        连接地址    0x30008000 
        1、uboot根据Bootm指定的0x30007fc0去找image，实际地址为0x30007fc0，找到头部 
        2、读出头部里的加载地址，判断是否和Bootm + 字节相等，相等则不移动，启动 

    首先bootm的地址要和我们 实际存放(不管它的加载地址是多少) 整个uimage的首地址吻合，这样就可以找到头部。 
    这里存在两种情况，我们可以看到 Uboot源码里 
    1、 hdr->ih_load == addr  
    也就是说判断的是bootm_addr 与uimage里的ih_load加载地址是否相等，这样的话，我们在制作uimage的时候就应该让ih_load=bootmaddr 
    那么uimage里的另一个参数，连接地址就应该等于bootm+64字节 
    2、hdr->ih_load == addr+64字节  友善以及韦东山老师的uboot里判断条件都被改成了这样 
    那么，uimage里的Load地址和连接地址应该相等，等于bootm+64字节 
*/  
            printf ("   XIP %s ... ", name);  
        } else {  
    ......do_bootm_linux  (cmdtp, flag, argc, argv,addr, len_ptr, verify);  
}  

总结：do_bootm有两个作用：

作用1：读取内核头部将内核移动到合适地方，还有一些校验

作用2：启动内核，用的是do_bootm_linux函数。在跳到ih_ep入口之前还要uboot设置内核启动参数，然后才是跳到ih_ep启动内核。

② do_bootm_linux函数有用的代码如下：

//uboot参数设置
#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)
 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
 setup_end_tag (bd);
#endif


 printf ("\nStarting kernel ...\n\n");


//启动内核
 theKernel (0, bd->bi_arch_number, bd->bi_boot_params);

theKernel定义：theKernel = (void (*)(int, int, uint))ntohl(hdr->ih_ep);

总结：do_bootm_linux有两个作用：

作用1：设置内核启动参数，参数的格式是tag（标记列表），对于韦东山的开发板标记列表开始地址是0x30000100，一般来说有四个标记传参函数。setup_start_tag (bd);setup_memory_tags (bd);setup_commandline_tag (bd, commandline);setup_end_tag (bd);

作用2：跳到入口地址去是

theKernel = (void (*)(int, int, uint))ntohl(hdr->ih_ep); 
theKernel (0, bd->bi_arch_number, bd->bi_boot_params); 

这样就启动内核了！！！

我们再来分析一下theKernel的三个参数 (0, bd->bi_arch_number, bd->bi_boot_params);

第一个参数是固定的

通过看来自于linux-2.6.30.4\Documentation\arm\Booting：

第二个参数是机器类型ID

看board\100ask24x0\100ask24x0.c

第三个参数是标记列表的开始地址

看board\100ask24x0\100ask24x0.c

1.启动标记：
setup_start_tag：

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);
}

由代码可以得到tag是一个结构体，bi_boot_params为0x300000100,ATAG_CORE为54410001

2.内存标记：
setup_memory_tag：

#ifdef CONFIG_SETUP_MEMORY_TAGS
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);
 }
}
#endif

bi_dram[i].start;内存的初始地址,bi_dram[i].start;内存的大小
这两个参数的初始值在start_armboot()函数中dram_init可以设置。

3.命令行标记：

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

 if (!commandline)
  return;

 把命令前面的空格给干掉
 for (p = commandline; *p == ' '; p++);


 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);
}

*commandlinechar的来源为*commandline = getenv ("bootargs");
　　那么在终端所获得的信息是bootargs=noinitrd root=/dev/mtdblock3 init=/linuxrc console=ttySAC0
　　root=/dev/mtdblock3 　　根文件系统在Flash中的第三分区
　　init=/linuxrc 　　　　　　 第一个进程为linuxrc
　　console=ttySAC0　　　　 内核打印信息从串口输出

4.结束标记：
setup_end_tag：

static void setup_end_tag (bd_t *bd)
{
 params->hdr.tag = ATAG_NONE;
 params->hdr.size = 0;
}

参数设置结束的时候将tag设置为空，size设置为0.

三、总结：