imx6ull:bootz启动linux内核

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 是 bootm_headers_t 类型的全局变量

  /*
   * 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 */
  
  	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 */
  
  	void		*fit_hdr_setup;	/* x86 setup FIT image header */
  	const char	*fit_uname_setup; /* x86 setup subimage node name */
  	int		fit_noffset_setup;/* x86 setup subimage node offset */
  #endif
  
  #ifndef USE_HOSTCC
  	image_info_t	os;		/* os image info */
  	ulong		ep;		/* entry point of OS */
  
  	ulong		rd_start, rd_end;/* ramdisk start/end */
  
  	char		*ft_addr;	/* flat dev tree address */
  	ulong		ft_len;		/* length of flat device tree */
  
  	ulong		initrd_start;
  	ulong		initrd_end;
  	ulong		cmdline_start;
  	ulong		cmdline_end;
  	bd_t		*kbd;
  #endif
  
  	int		verify;		/* getenv("verify")[0] != 'n' */
  
  #define	BOOTM_STATE_START	(0x00000001)
  #define	BOOTM_STATE_FINDOS	(0x00000002)
  #define	BOOTM_STATE_FINDOTHER	(0x00000004)
  #define	BOOTM_STATE_LOADOS	(0x00000008)
  #define	BOOTM_STATE_RAMDISK	(0x00000010)
  #define	BOOTM_STATE_FDT		(0x00000020)
  #define	BOOTM_STATE_OS_CMDLINE	(0x00000040)
  #define	BOOTM_STATE_OS_BD_T	(0x00000080)
  #define	BOOTM_STATE_OS_PREP	(0x00000100)
  #define	BOOTM_STATE_OS_FAKE_GO	(0x00000200)	/* 'Almost' run the OS */
  #define	BOOTM_STATE_OS_GO	(0x00000400)
  	int		state;
  
  #ifdef CONFIG_LMB
  	struct lmb	lmb;		/* for memory mgmt */
  #endif
  } bootm_headers_t;

   

•  os 成员变量是 image_info_t 类型的，为系统镜像信息

  typedef struct image_info {
  	ulong		start, end;		/* start/end of blob */
  	ulong		image_start, image_len; /* start of image within blob, len of image */
  	ulong		load;			/* load addr for the image */
  	uint8_t		comp, type, os;		/* compression, type of image, os type */
  	uint8_t		arch;			/* CPU architecture */
  } image_info_t;

   

• BOOTM_STATE_开头的宏定义表示 BOOT 的不同阶段

do_bootz函数

• 对应于bootz命令，用于启动zImage镜像文件 
• 调用bootz_start函数
• 关闭中断
• 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。
• 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_start函数

• 调用函数 do_bootm_states 来执行 BOOTM_STATE_START 阶段
• 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
• 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
• 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 

• zimage_header结构体描述了zImage头信息

struct zimage_header {
	uint32_t	code[9];
	uint32_t	zi_magic;        //Linux魔术
	uint32_t	zi_start;        //zImage起始地址
	uint32_t	zi_end;        //zImage结束地址
};

• 宏 LINUX_ARM_ZIMAGE_MAGIC 就是 ARM Linux系统魔数。这个数等于0x016f2818，表示这个镜像是一个zImage。也就是说zImage格式的镜像中在头部的一个固定位置存放了这个数作为格式标记。如果我们拿到了一个image，去他的那个位置去取4字节判断它是否等于LINUX_ZIMAGE_MAGIC，则可以知道这个镜像是不是一个zImage。
• 判断镜像文件中的魔数是否对应于 ARM 的 Linux 系统镜像，如果不是的话就直接返回

bootm_find_images函数

• 查找ramdisk，没有用到不用管
• 查找设备数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就是调用bootz命令时指定的地址，长度根据具体的设备树文件而定。

 do_bootm_states函数

• 函数 do_bootm_states 根据不同的 BOOT 状态执行不同的代码段，程序中通过位与的方式进行状态判断并执行相应的操作
• 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

BOOTM_STATE_START

• BOOTM_STATE_START 阶段调用函数 bootm_start。主要包括清空images、初始化images的verify成员以及设置状态为BOOTM_STATE_START
•  bootm_os_get_boot_func 由参数 images->os.os 就是系统类型来查找系统启动函数，在 do_bootz 中设置 images.os.os= IH_OS_LINUX。函数返回值boot_fn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

BOOTM_STATE_OS_PREP

• BOOTM_STATE_OS_PREP 状态调用boot_fn即do_bootm_linux函数。

BOOTM_STATE_OS_FAKE_GO

• 由于我们没用使能TRACE功能，因此宏 CONFIG_TRACE 也就没有定义，所以没有执行什么有用的操作

BOOTM_STATE_OS_GO

• 调用函数 boot_selected_os 启动 Linux 内核，此函数第 4 个参数为 Linux 系统镜像头即images全局变量的地址，第 5 个参数就是 Linux 系统启动函数这里是do_bootm_linux
• boot_selected_os 内部调用boot_fn即do_bootm_linux函数

bootm_os_get_boot_func函数

•  该函数由系统类型来查找系统启动函数
• 我们没有定义CONFIG_NEEDS_MANUAL_RELOC宏，忽略掉相关的代码
•  boot_os 是个数组，这个数组里面存放着不同的系统对应的启动函数

  static boot_os_fn *boot_os[] = {
  	[IH_OS_U_BOOT] = do_bootm_standalone,
  #ifdef CONFIG_BOOTM_LINUX
  	[IH_OS_LINUX] = do_bootm_linux,
  #endif
      ...
  }

   

do_bootm_linux函数

• 当参数flag等于BOOTM_STATE_OS_PREP时调用函数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
• 当参数flag等于BOOTM_STATE_OS_GO或者BOOTM_STATE_OS_FAKE_GO的话就执行 boot_jump_linux 函数

boot_jump_linux函数

（1）机器码machid

• 变量machid保存机器码，当环境变量中有machid时就使用环境变量中machid对应的值，否则使用gd->bd->bi_arch_number中的值。
• 如果不使用设备树的话这个机器 ID 会被传递给 Linux内核，Linux 内核会在自己的机器 ID 列表里面查找是否存在与 uboot 传递进来的 machid 匹配的项目，如果存在就说 Linux 内核支持这个机器，那么 Linux 就会启动
• gd中的值是在启动阶段board_init_f函数中调用init_sequence_f中的setup_machine函数中被赋值的。但是由于我们使用fdt的方式，不用此方式所以没有定义CONFIG_MACH_TYPE宏，也就运行不到这里
• 使用设备树的话这个 machid 就无效了，设备树存有一个“兼容性”这个属性，Linux 内核会比较“兼容性”属性
  的值(字符串)来查看是否支持这个机器

（2）内核镜像文件的第一行代码kernel_entry

• 定义一个函数指针kernel_entry。函数有三个参数：zero，arch，params，第一个参数 zero 同样为 0；第二个参数为机器 ID；第三个参数 ATAGS（即传统的tag传参方式，可参考x210:uboot和系统移植扩展--tag方式传参） 或者设备树(DTB)首地址，ATAGS 是传统的方法，用于传递一些命令行信息啥的，如果使用设备树的话就要传递设备树(DTB)
•  images->ep 保存着 Linux内核镜像的起始地址，而起始地址保存的是 Linux 内核第一行代码。所以Linux 内核镜像文件的第一行代码就是函数指针 kernel_entry指向的地方

（3）调用函数 announce_and_cleanup 来打印Starting kernel ...等一些信息并做一些清理工作

（4）调用 kernel_entry并传递参数

• Linux 内核一开始是汇编代码，因此函数 kernel_entry 就是个汇编函数。向汇编函数传递参数要使用 r0、r1 和 r2(参数数量不超过 3 个的时候)
• 如果使用设备树的话，r2 应该是设备树的起始地址，而设备树地址保存在 images
  的 ftd_addr 成员变量中
• 如果不使用设备树的话，r2 应该是 uboot 传递给 Linux 的参数起始地址，也就是内存中那一大片tag的首地址（本人当时参考的整点原子的教程中写的是环境变量 bootargs 的值,应该是不正确的，bootargs 仅仅只是是众多传参tag中的一个）
• 调用 kernel_entry 函数进入 Linux 内核，此行将一去不复返，uboot 的使命也就完成了

 bootz 命令层次调用逻辑关系