uboot源码分析十一 uboot使用bootz启动linux流程一

## images 全局变量
不管是 bootz 还是 bootm 命令，在启动 Linux 内核的时候都会用到一个重要的全局变量：images， images 在文件 cmd/bootm.c 中有如下定义

43 bootm_headers_t images; /* pointers to os/initrd/fdt images */

images 是 bootm_headers_t 类型的全局变量， bootm_headers_t 是个 boot 头结构体，在文件include/image.h 中的定义如下

304 typedef struct bootm_headers {
305 /*
306 * Legacy os image header, if it is a multi component image
307 * then boot_get_ramdisk() and get_fdt() will attempt to get
308 * data from second and third component accordingly.
309 */
310 image_header_t *legacy_hdr_os; /* image header pointer */
311 image_header_t legacy_hdr_os_copy; /* header copy */
312 ulong legacy_hdr_valid;
313
......
333
334 #ifndef USE_HOSTCC
335 image_info_t os; /* OS 镜像信息 */
336 ulong ep; /* OS 入口点 */
337
338 ulong rd_start, rd_end; /* ramdisk 开始和结束位置 */
339
340 char *ft_addr; /* 设备树地址 */
341 ulong ft_len; /* 设备树长度 */
342
343 ulong initrd_start; /* initrd 开始位置 */
344 ulong initrd_end; /* initrd 结束位置 */
345 ulong cmdline_start; /* cmdline 开始位置 */
346 ulong cmdline_end; /* cmdline 结束位置 */
347 bd_t *kbd;
348 #endif
349
350 int verify; /* getenv("verify")[0] != 'n' */
351
352 #define BOOTM_STATE_START (0x00000001)
353 #define BOOTM_STATE_FINDOS (0x00000002)
354 #define BOOTM_STATE_FINDOTHER (0x00000004)
355 #define BOOTM_STATE_LOADOS (0x00000008)
356 #define BOOTM_STATE_RAMDISK (0x00000010)
357 #define BOOTM_STATE_FDT (0x00000020)
358 #define BOOTM_STATE_OS_CMDLINE (0x00000040)
359 #define BOOTM_STATE_OS_BD_T (0x00000080)
360 #define BOOTM_STATE_OS_PREP (0x00000100)
361 #define BOOTM_STATE_OS_FAKE_GO (0x00000200)/*'Almost' run the OS*/
362 #define BOOTM_STATE_OS_GO (0x00000400)
363 int state;
364
365 #ifdef CONFIG_LMB
366 struct lmb lmb; /* 内存管理相关，不深入研究 */
367 #endif
368 } bootm_headers_t;

第 335 行的 os 成员变量是 image_info_t 类型的，为系统镜像信息。
第 352~362 行这 11 个宏定义表示 BOOT 的不同阶段。
接下来看一下结构体 image_info_t，也就是系统镜像信息结构体，此结构体在文件include/image.h 中的定义如下

292 typedef struct image_info {
293 ulong start, end; /* blob 开始和结束位置*/
294 ulong image_start, image_len; /* 镜像起始地址(包括 blob)和长度 */
295 ulong load; /* 系统镜像加载地址*/
296 uint8_t comp, type, os; /* 镜像压缩、类型， OS 类型 */
297 uint8_t arch; /* CPU 架构 */
298 } image_info_t;

全局变量 images 会在 bootz 命令的执行中频繁使用到，相当于 Linux 内核启动的“灵魂”。

do_bootz 函数

bootz 命令的执行函数为 do_bootz，在文件 cmd/bootm.c 中

622 int do_bootz(cmd_tbl_t *cmdtp, int flag, int argc, char * const argv[])
623 {
624 int ret;
625
626 /* Consume 'bootz' */
627 argc--; argv++;
628
629 if (bootz_start(cmdtp, flag, argc, argv, &images))
630 return 1;
631
632 /*
633 * We are doing the BOOTM_STATE_LOADOS state ourselves, so must
634 * disable interrupts ourselves
635 */
636 bootm_disable_interrupts();
637
638 images.os.os = IH_OS_LINUX;
639 ret = do_bootm_states(cmdtp, flag, argc, argv,
640 BOOTM_STATE_OS_PREP | BOOTM_STATE_OS_FAKE_GO |
641 BOOTM_STATE_OS_GO,
642 &images, 1);
643
644 return ret;
645 }

第 629 行，调用 bootz_start 函数
第 636 行，调用函数 bootm_disable_interrupts 关闭中断。
第 638 行，设置 images.os.os 为 IH_OS_LINUX，也就是设置系统镜像为 Linux，表示我们要启动的是 Linux 系统！后面会用到 images.os.os 来挑选具体的启动函数。第 639 行，调用函数 do_bootm_states 来执行不同的 BOOT 阶段，这里要执行的 BOOT 阶段有： BOOTM_STATE_OS_PREP BOOTM_STATE_OS_FAKE_GO 和BOOTM_STATE_OS_GO。

bootz_srart 函数也定义在文件 cmd/bootm.c 中

578 static int bootz_start(cmd_tbl_t *cmdtp, int flag, int argc,
579 char * const argv[], bootm_headers_t *images)
580 {
581 int ret;
582 ulong zi_start, zi_end;
583
584 ret = do_bootm_states(cmdtp, flag, argc, argv,
585 BOOTM_STATE_START, images, 1);
586
587 /* Setup Linux kernel zImage entry point */
588 if (!argc) {
589 images->ep = load_addr;
590 debug("* kernel: default image load address = 0x%08lx\n",
591 load_addr);
592 } else {
593 images->ep = simple_strtoul(argv[0], NULL, 16);
594 debug("* kernel: cmdline image address = 0x%08lx\n",
595 images->ep);
596 }
597 
598 ret = bootz_setup(images->ep, &zi_start, &zi_end);
599 if (ret != 0)
600 return 1;
601
602 lmb_reserve(&images->lmb, images->ep, zi_end - zi_start);
603
604 /*
605 * Handle the BOOTM_STATE_FINDOTHER state ourselves as we do not
606 * have a header that provide this informaiton.
607 */
608 if (bootm_find_images(flag, argc, argv))
609 return 1;
610
......
619 return 0;
620 }

第 584 行，调用函数 do_bootm_states，执行 BOOTM_STATE_START 阶段。
第 593 行，设置 images 的 ep 成员变量，也就是系统镜像的入口点，使用 bootz 命令启动系统的时候就会设置系统在 DRAM 中的存储位置，这个存储位置就是系统镜像的入口点，因此 images->ep=0X80800000。
第 598 行，调用 bootz_setup 函数，此函数会判断当前的系统镜像文件是否为 Linux 的镜像文件，并且会打印出镜像相关信息
第 608 行，调用函数 bootm_find_images 查找 ramdisk 和设备树(dtb)文件，但是我们没有用到 ramdisk，因此此函数在这里仅仅用于查找设备树(dtb)文件
bootz_setup 函数，此函数定义在文件 arch/arm/lib/bootm.c 中

370 #define LINUX_ARM_ZIMAGE_MAGIC 0x016f2818
371
372 int bootz_setup(ulong image, ulong *start, ulong *end)
373 {
374 struct zimage_header *zi;
375
376 zi = (struct zimage_header *)map_sysmem(image, 0);
377 if (zi->zi_magic != LINUX_ARM_ZIMAGE_MAGIC) {
378 puts("Bad Linux ARM zImage magic!\n");
379 return 1;
380 }
381
382 *start = zi->zi_start;
383 *end = zi->zi_end;
384
385 printf("Kernel image @ %#08lx [ %#08lx - %#08lx ]\n", 
386 *start, *end);
387
388 return 0;
389 }

第 370 行，宏 LINUX_ARM_ZIMAGE_MAGIC 就是 ARM Linux 系统魔术数。
第 376 行，从传递进来的参数 image(也就是系统镜像首地址)中获取 zimage 头。 zImage 头结构体为 zimage_header。
第 377~380 行，判断 image 是否为 ARM 的 Linux 系统镜像，如果不是的话就直接返回，并且打印出“Bad Linux ARM zImage magic!”，比如我们输入一个错误的启动命令：

bootz 80000000 – 900000000

因为我们并没有在 0X80000000 处存放 Linux 镜像文件(zImage)，因此上面的命令肯定会执行出错的
第 382、 383 行初始化函数 bootz_setup 的参数 start 和 end。
第 385 行，打印启动信息，如果 Linux 系统镜像正常的话就会输出图 32.3.3.2 所示的信息：

225 int bootm_find_images(int flag, int argc, char * const argv[])
226 {
227 int ret;
228
229 /* find ramdisk */
230 ret = boot_get_ramdisk(argc, argv, &images, IH_INITRD_ARCH,
231 &images.rd_start, &images.rd_end);
232 if (ret) {
233 puts("Ramdisk image is corrupt or invalid\n");
234 return 1;
235 }
236
237 #if defined(CONFIG_OF_LIBFDT)
238 /* find flattened device tree */
239 ret = boot_get_fdt(flag, argc, argv, IH_ARCH_DEFAULT, &images,
240 &images.ft_addr, &images.ft_len);
241 if (ret) {
242 puts("Could not find a valid device tree\n");
243 return 1;
244 }
245 set_working_fdt_addr((ulong)images.ft_addr);
246 #endif
......
258 return 0;
259 }

第 230~235 行是跟查找 ramdisk，但是我们没有用到 ramdisk，因此这部分代码不用管。
第 237~244 行是查找设备树(dtb)文件，找到以后就将设备树的起始地址和长度分别写到images 的 ft_addr 和 ft_len 成员变量中。我们使用 bootz 启动 Linux 的时候已经指明了设备树在DRAM 中的存储地址，因此 images.ft_addr=0X83000000，长度根据具体的设备树文件而定，比如我现在使用的设备树文件长度为 0X8C81，因此 images.ft_len=0X8C81。

do_bootm_states 函数

o_bootz 最 后 调 用 的 就 是 函 数 do_bootm_states ， 而 且 在 bootz_start 中 也 调 用 了do_bootm_states 函数

591 int do_bootm_states(cmd_tbl_t *cmdtp, int flag, int argc, char *
const argv[],
592 int states, bootm_headers_t *images, int boot_progress)
593 {
594 boot_os_fn *boot_fn;
595 ulong iflag = 0;
596 int ret = 0, need_boot_fn;
597
598 images->state |= states;
599
600 /*
601 * Work through the states and see how far we get. We stop on
602 * any error.
603 */
604 if (states & BOOTM_STATE_START)
605 ret = bootm_start(cmdtp, flag, argc, argv);
606
607 if (!ret && (states & BOOTM_STATE_FINDOS))
608 ret = bootm_find_os(cmdtp, flag, argc, argv);
609
610 if (!ret && (states & BOOTM_STATE_FINDOTHER)) {
611 ret = bootm_find_other(cmdtp, flag, argc, argv);
612 argc = 0; /* consume the args */
613 }
614
615 /* Load the OS */
616 if (!ret && (states & BOOTM_STATE_LOADOS)) {
617 ulong load_end;
618
619 iflag = bootm_disable_interrupts();
620 ret = bootm_load_os(images, &load_end, 0);
621 if (ret == 0)
622 lmb_reserve(&images->lmb, images->os.load,
623 (load_end - images->os.load));
624 else if (ret && ret != BOOTM_ERR_OVERLAP)
625 goto err;
626 else if (ret == BOOTM_ERR_OVERLAP)
627 ret = 0;
628 #if defined(CONFIG_SILENT_CONSOLE)
&& !defined(CONFIG_SILENT_U_BOOT_ONLY)
629 if (images->os.os == IH_OS_LINUX)
630 fixup_silent_linux();
631 #endif
632 }
633
634 /* Relocate the ramdisk */
635 #ifdef CONFIG_SYS_BOOT_RAMDISK_HIGH
636 if (!ret && (states & BOOTM_STATE_RAMDISK)) {
637 ulong rd_len = images->rd_end - images->rd_start;
638
639 ret = boot_ramdisk_high(&images->lmb, images->rd_start,
640 rd_len, &images->initrd_start, &images->initrd_end);
641 if (!ret) {
642 setenv_hex("initrd_start", images->initrd_start);
643 setenv_hex("initrd_end", images->initrd_end);
644 }
645 }
646 #endif
647 #if defined(CONFIG_OF_LIBFDT) && defined(CONFIG_LMB)
648 if (!ret && (states & BOOTM_STATE_FDT)) {
649 boot_fdt_add_mem_rsv_regions(&images->lmb, images->ft_addr);
650 ret = boot_relocate_fdt(&images->lmb, &images->ft_addr,
651 &images->ft_len);
652 }
653 #endif
654
655 /* From now on, we need the OS boot function */
656 if (ret)
657 return ret;
658 boot_fn = bootm_os_get_boot_func(images->os.os);
659 need_boot_fn = states & (BOOTM_STATE_OS_CMDLINE |
660 BOOTM_STATE_OS_BD_T | BOOTM_STATE_OS_PREP |
661 BOOTM_STATE_OS_FAKE_GO | BOOTM_STATE_OS_GO);
662 if (boot_fn == NULL && need_boot_fn) {
663 if (iflag)
664 enable_interrupts();
665 printf("ERROR: booting os '%s' (%d) is not supported\n",
666 genimg_get_os_name(images->os.os), images->os.os);
667 bootstage_error(BOOTSTAGE_ID_CHECK_BOOT_OS);
668 return 1;
669 }
670
671 /* Call various other states that are not generally used */
672 if (!ret && (states & BOOTM_STATE_OS_CMDLINE))
673 ret = boot_fn(BOOTM_STATE_OS_CMDLINE, argc, argv, images);
674 if (!ret && (states & BOOTM_STATE_OS_BD_T))
675 ret = boot_fn(BOOTM_STATE_OS_BD_T, argc, argv, images);
676 if (!ret && (states & BOOTM_STATE_OS_PREP))
677 ret = boot_fn(BOOTM_STATE_OS_PREP, argc, argv, images);
678
679 #ifdef CONFIG_TRACE
680 /* Pretend to run the OS, then run a user command */
681 if (!ret && (states & BOOTM_STATE_OS_FAKE_GO)) {
682 char *cmd_list = getenv("fakegocmd");
683
684 ret = boot_selected_os(argc, argv, BOOTM_STATE_OS_FAKE_GO,
685 images, boot_fn);
686 if (!ret && cmd_list)
687 ret = run_command_list(cmd_list, -1, flag);
688 }
689 #endif
690
691 /* Check for unsupported subcommand. */
692 if (ret) {
693 puts("subcommand not supported\n");
694 return ret;
695 }
696
697 /* Now run the OS! We hope this doesn't return */
698 if (!ret && (states & BOOTM_STATE_OS_GO))
699 ret = boot_selected_os(argc, argv, BOOTM_STATE_OS_GO,
700 images, boot_fn);
......
712 return ret;
713 }

函数 do_bootm_states 根据不同的 BOOT 状态执行不同的代码段，通过如下代码来判断BOOT 状态：

states & BOOTM_STATE_XXX

在 do_bootz 函数中会用到 BOOTM_STATE_OS_PREP 、BOOTM_STATE_OS_FAKE_GO 和BOOTM_STATE_OS_GO 这三个 BOOT 状态， bootz_start 函数中会用到 BOOTM_STATE_START这个 BOOT 状态。为了精简代码，方便分析，因此我们将函数do_bootm_states 进行精简，只留下下面这 4 个 BOOT 状态对应的处理代码：

BOOTM_STATE_OS_PREP
BOOTM_STATE_OS_FAKE_GO
BOOTM_STATE_OS_GO
BOOTM_STATE_START

591 int do_bootm_states(cmd_tbl_t *cmdtp, int flag, int argc, char *
const argv[],
592 int states, bootm_headers_t *images, int boot_progress)
593 {
594 boot_os_fn *boot_fn;
595 ulong iflag = 0;
596 int ret = 0, need_boot_fn;
597
598 images->state |= states;
599
600 /*
601 * Work through the states and see how far we get. We stop on
602 * any error.
603 */
604 if (states & BOOTM_STATE_START)
605 ret = bootm_start(cmdtp, flag, argc, argv);
......
654
655 /* From now on, we need the OS boot function */
656 if (ret)
657 return ret;
658 boot_fn = bootm_os_get_boot_func(images->os.os);
659 need_boot_fn = states & (BOOTM_STATE_OS_CMDLINE |
660 BOOTM_STATE_OS_BD_T | BOOTM_STATE_OS_PREP |
661 BOOTM_STATE_OS_FAKE_GO | BOOTM_STATE_OS_GO);
662 if (boot_fn == NULL && need_boot_fn) {
663 if (iflag)
664 enable_interrupts();
665 printf("ERROR: booting os '%s' (%d) is not supported\n",
666 genimg_get_os_name(images->os.os), images->os.os);
667 bootstage_error(BOOTSTAGE_ID_CHECK_BOOT_OS);
668 return 1;
669 }
670
......
676 if (!ret && (states & BOOTM_STATE_OS_PREP))
677 ret = boot_fn(BOOTM_STATE_OS_PREP, argc, argv, images);
678
679 #ifdef CONFIG_TRACE
680 /* Pretend to run the OS, then run a user command */
681 if (!ret && (states & BOOTM_STATE_OS_FAKE_GO)) {
682 char *cmd_list = getenv("fakegocmd");
683
684 ret = boot_selected_os(argc, argv, BOOTM_STATE_OS_FAKE_GO,
685 images, boot_fn);
686 if (!ret && cmd_list)
687 ret = run_command_list(cmd_list, -1, flag);
688 }
689 #endif
690
691 /* Check for unsupported subcommand. */
692 if (ret) {
693 puts("subcommand not supported\n");
694 return ret;
695 }
696
697 /* Now run the OS! We hope this doesn't return */
698 if (!ret && (states & BOOTM_STATE_OS_GO))
699 ret = boot_selected_os(argc, argv, BOOTM_STATE_OS_GO,
700 images, boot_fn);
......
712 return ret;
713 }

第 604、 605 行，处理 BOOTM_STATE_START 阶段， bootz_start 会执行这一段代码，这里调用函数 bootm_start，此函数定义在文件 common/bootm.c 中

69 static int bootm_start(cmd_tbl_t *cmdtp, int flag, int argc,
70 char * const argv[])
71 {
72 memset((void *)&images, 0, sizeof(images)); /* 清空 images */
73 images.verify = getenv_yesno("verify");/* 初始化 verfify 成员 */
74
75 boot_start_lmb(&images);
76
77 bootstage_mark_name(BOOTSTAGE_ID_BOOTM_START, "bootm_start");
78 images.state = BOOTM_STATE_START;/* 设置状态为 BOOTM_STATE_START */
79
80 return 0;
81 }

继续分析函数 do_bootm_states。第 658 行非常重要！通过函数 bootm_os_get_boot_func 来查找系统启动函数，参数 images->os.os 就是系统类型，根据这个系统类型来选择对应的启动函数，在 do_bootz 中设置 images.os.os= IH_OS_LINUX。函数返回值就是找到的系统启动函数，这里找到的 Linux 系统启动函数为 do_bootm_linux，关于此函数查找系统启动函数。因此 boot_fn=do_bootm_linux，后面执行 boot_fn函数的地方实际上是执行的 do_bootm_linux 函数。
第 676 行，处理 BOOTM_STATE_OS_PREP 状态，调用函数 do_bootm_linux， do_bootm_linux也是调用 boot_prep_linux 来完成具体的处理过程。 boot_prep_linux 主要用于处理环境变量bootargs， bootargs 保存着传递给 Linux kernel 的参数。
第 679~689 行是处理 BOOTM_STATE_OS_FAKE_GO 状态的，但是要我们没用使能 TRACE功能，因此宏 CONFIG_TRACE 也就没有定义，所以这段程序不会编译。
第 699 行，调用函数 boot_selected_os 启动 Linux 内核，此函数第 4 个参数为 Linux 系统镜像头，第 5 个参数就是 Linux 系统启动函数 do_bootm_linux。 boot_selected_os 函数定义在文件common/bootm_os.c 中，函数内容如下

476 int boot_selected_os(int argc, char * const argv[], int state,
477 bootm_headers_t *images, boot_os_fn *boot_fn)
478 {
479 arch_preboot_os();
480 boot_fn(state, argc, argv, images);
......
490 return BOOTM_ERR_RESET;
491 }

第 480 行调用 boot_fn 函数，也就是 do_bootm_linux 函数来启动 Linux 内核。