S5PV210-uboot解析(五)-do_bootm函数分析

在main_loop函数中倒计时结束后就执行 bootcmd 命令跳转到 do_bootm函数引导内核启动。

/*
  * Legacy format image header,
  * all data in network byte order (aka natural aka bigendian).
  */
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;
 
/*
  * Legacy and FIT format headers used by do_bootm() and do_bootm_()
  * routines.
  */
typedef   struct   bootm_headers {
     /*
      * Legacy os image header, if it is a multi component image
      * then boot_get_ramdisk() and get_fdt() will attempt to get
      * data from second and third component accordingly.
      */
     image_header_t  *legacy_hdr_os;     /* image header pointer */
     image_header_t  legacy_hdr_os_copy; /* header copy */
     ulong       legacy_hdr_valid;
 
#if defined(CONFIG_FIT)
     const   char *fit_uname_cfg; /* configuration node unit name */
 
     void         *fit_hdr_os;    /* os FIT image header */
     const   char *fit_uname_os;  /* os subimage node unit name */
     int      fit_noffset_os; /* os subimage node offset */
 
     void         *fit_hdr_rd;    /* init ramdisk FIT image header */
     const   char *fit_uname_rd;  /* init ramdisk subimage node unit name */
     int      fit_noffset_rd; /* init ramdisk subimage node offset */
 
#if defined(CONFIG_PPC)
     void         *fit_hdr_fdt;   /* FDT blob FIT image header */
     const   char *fit_uname_fdt; /* FDT blob subimage node unit name */
     int      fit_noffset_fdt; /* FDT blob subimage node offset */
#endif
#endif
 
     int      verify;     /* getenv("verify")[0] != 'n' */
     struct   lmb *lmb;       /* for memory mgmt */
} bootm_headers_t;

这两个结构体都是用来存储镜像的头信息的, image_header 用于 Legacy 方式启动的镜像,而 bootm_headers 用于 Legacy 或 设备树(FDT)方式启动的镜像。这里只分析 Legacy 方式启动的镜像,在 image_header 中需要注意这几个成员:
   uint32_t    ih_magic;   /* Image Header Magic Number    */
   uint32_t    ih_ep;      /* Entry Point Address       */

ih_magic 内存储的是镜像的魔数,用来给uboot判断是什么格式的镜像(zImage、uImage等)

先看九鼎添加的这一段用zImage启动的代码:

#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);
     }
 
如果 argc<2,也就是没有传参的情况, uboot 使用默认的 kernel 加载地址,如果有传参,就会使用传递的地址。 load_addr 是在之前用宏定义赋值的一个 unsigned long 变量。
 
     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);

kernel 的起始地址后的36个字节,也就是第37-40字节中存储的是镜像的魔数,如果等于 LINUX_ZIMAGE_MAGIC 就说明这个镜像是 zImage 的镜像。
之后进行了一个虚拟地址到物理地址的转换,然后将 addr 类型转换为 image_header_t,之后赋值, hdr->ih_os 代表镜像的系统, hdr->ih_ep 代表镜像的入口(entry point)。 ntohl函数是用来转换网络字节序到主机字节序的,与大小端有关,追了几层都是__开头的函数,系统调用的函数,一般不用管。
 
         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;

image_header_t 的信息复制到 bootm_headers_t 中。
 
         goto   after_header_check;

头信息校验完毕,跳转到 after_header_check 标号执行引导代码
     }
#endif

之后再看下uboot中自带的检查镜像头信息的一部分,和九鼎添加的这段代码差不多,只是封装更好,基本都调用函数来从头信息中获取镜像的信息来完成检查的操作。

/* get kernel image header, start address and length */
os_hdr = boot_get_kernel (cmdtp, flag, argc, argv,
         &images, &os_data, &os_len);
if   (os_len == 0) {
     puts   ( "ERROR: can't get kernel image!\n" );
     return   1;
}
 
/* get image parameters */
switch   (genimg_get_format (os_hdr)) {
case   IMAGE_FORMAT_LEGACY:
     type = image_get_type (os_hdr);
     comp = image_get_comp (os_hdr);
     os = image_get_os (os_hdr);
 
     image_end = image_get_image_end (os_hdr);
     load_start = image_get_load (os_hdr);
     break ;

---

跳转到 after_header_check 标号,Legacy方式就是一个switch语句,根据镜像的系统来进入到对应的引导内核启动的函数中。

after_header_check:
     os = hdr->ih_os;
#endif
 
     switch   (os) {
     default :            /* handled by (original) Linux case */
     case   IH_OS_LINUX :
#ifdef CONFIG_SILENT_CONSOLE
         fixup_silent_linux();
#endif
         do_bootm_linux (cmdtp, flag, argc, argv, &images);
         break ;

这里进入到 do_bootm_linux 函数引导内核启动。

void   do_bootm_linux (cmd_tbl_t *cmdtp,  int   flag,  int   argc,  char   *argv[],
              bootm_headers_t *images)
{
     ulong   initrd_start, initrd_end;
     ulong   ep = 0;
     bd_t    *bd = gd->bd;
     char     *s;
     int machid = bd->bi_arch_number;
     void     (*theKernel)( int   zero,  int   arch, uint params);
     int ret;
 
这里定义的几个变量, ep 是镜像入口,最后会赋值给 theKernel ,theKernel 所在的地址就是内核启动的第一句代码,还会接受 uboot 给他传递的几个参数。

#ifdef  CONFIG_CMDLINE_TAG
     char   *commandline =  getenv   ( "bootargs" );
#endif
 
     /* find kernel entry point */
     if   (images->legacy_hdr_valid) {
         ep = image_get_ep (&images->legacy_hdr_os_copy);
#if defined(CONFIG_FIT)
     else   if   (images->fit_uname_os) {
         ret = fit_image_get_entry (images->fit_hdr_os,
                     images->fit_noffset_os, &ep);
         if   (ret) {
             puts   ( "Can't get entry point property!\n" );
             goto   error;
         }
#endif
     else   {
         puts   ( "Could not find kernel entry point!\n" );
         goto   error;
     }

这里用来找到 kernel 的入口,Legacy 方式就直接用 image_get_ep 函数获取之前在 do_bootm 函数中得到的 ep,但是这里有点问题,我用SI找不到 image_get_ep 这个函数的定义,只找得到这个函数被调用,很奇怪。后来在uboot/include/image.h 文件中找到了这个函数的定义,这个函数是用宏定义的,和U_BOOT_CMD宏类似。
#define image_get_hdr_l(f) \
     static   inline   uint32_t image_get_##f(image_header_t *hdr) \
     { \
         return   uimage_to_cpu (hdr->ih_##f); \
     }
image_get_hdr_l (ep);
追进 uimage_to_cpu 函数后发现就是 ntohl 函数,效果就是将 hdr->ih_ep 进行关于大小端的转换后返回这个值。

     theKernel = ( void   (*)( int int , uint))ep;

这里就是将 ep 赋值给 theKernel,theKernel 将是内核启动的第一句代码的地址。
 
     s =  getenv   ( "machid" );
     if   (s) {
         machid = simple_strtoul (s, NULL, 16);
         printf   ( "Using machid 0x%x from environment\n" , machid);
     }

获取 machid,之后会作为参数传递给内核进行比对。如果不同就不能启动。
 
     ret = boot_get_ramdisk (argc, argv, images,  IH_ARCH_ARM ,
             &initrd_start, &initrd_end);
     if   (ret)
         goto   error;
 
这里和 ramdisk (虚拟内存盘?)有关,在函数定义处发现大部分代码和FIT有关,与Legacy方式关系有限。

     show_boot_progress (15);
 
     debug ( "## Transferring control to Linux (at address %08lx) ...\n" ,
            (ulong) theKernel);
 
#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
 
这一段代码和 uboot 向内核传参有关,uboot 向内核的传参方式是 tag 传参,tag 是 linux中定义的一种数据结构,uboot也定义了相同的数据结构以便于向 kernel 传参。
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;
};

struct   tag_header {
     u32 size;
     u32 tag;
};
这个 tag 数据结构中定义了两个成员,一个是 tag_header 结构体,其中的 tag 成员用来表示有效信
息(比如 tag为 ATAG_CORE 就是起始,ATAG_NONE 就是结束,其他的 ATAG_XX 就是表示下面的
联合体中具体是哪一个结构体)。还有就是这个 tag 结构体没有定义一个具体的变量,在操作时是事
先定义的 tag* 类型的指针 params 来操作的。
这一段代码中的 setup_xxx_tag 函数实现方式、作用都非常类似,都是首先给 hdr 赋值 tag参数的名称和大小,随后给联合体中写入之前存放板子参数信息的bd变量中的值。

     /* 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 ();

这个是在启动内核之前清 cache。
 
     theKernel (0, machid, bd->bi_boot_params);
     /* does not return */
     return ;
 
跳转到 theKernel,附带三个参数,第一个是0,第二个是机器码,第三个是一系列 tag 结构体的首地址(即 params = ( struct   tag *) bd->bi_boot_params;params->hdr.tag = ATAG_CORE 的结构体的地址)。在这里跳转到 theKernel 后就正式进入到内核了,所以这里的注释写的 does not return ,不会返回了。

error:
     do_reset (cmdtp, flag, argc, argv);
     return ;
}

到这里,uboot 已经基本解析完毕,还剩下关于设备树启动方式的分析,这个以后再说吧。
回顾总结整个 uboot 启动过程,从 Makefile 开始配置编译uboot,随后从 start.S 开始启动 跳转到start_armboot 又到main_loop 最后到达 do_bootm 最终引导启动内核。这次对 uboot 代码的分析,一方面是锻炼我阅读代码的能力,另一方面是加强对整个 uboot 启动的理解,还有就是在这个过程中理解 uboot 代码的实现思路,uboot 整个代码的可移植性非常强,几乎考虑到了所有方面,大量的使用条件编译来增强其可移植性。uboot 中命令集的巧妙实现方式、对字符数组的解析、使用函数指针来跳转等技巧也使我受益匪浅。
接下来就准备开始移植 uboot 了。

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