u_boot 分析
一、makefile文件分析
由u-boot-2014.07-6818中的README可知，u_boot需要先配置后make
（注意：通常都会有一个README文档）
1、配置命令：make fs6818_config
由顶层Makefile可找到如下命令：
1. 打开u-boot源码顶层目录的Makefile
vi Makefile
2. 搜索fs6818_config目标
通多部分匹配的方式搜索 _config,
得到以下信息：
467 %_config:: outputmakefile
468 @$(MKCONFIG) -A $(@:_config=)
解析：
%：模式通配符
第一个@：后边的命令不回显到ubuntu终端
@:_config=：将fs6818_config中的_config干掉
如何保留fs6818：
去掉第一个@符，重新执行make fs6818_config
/home/hq/bootloader/u-boot-2014.07-6818/mkconfig -A fs6818
2、mkconfig文件分析
下面是Makefile中关于ARM的部分
vi Makefile
将一下内容：
198 ifeq ($(HOSTARCH),$(ARCH))
199 CROSS_COMPILE ?=
200 endif
修改为：
198 ifeq (arm,arm)（里面的两个相等即可，写arm的原因是我们用的是arm）
199 CROSS_COMPILE ?= arm-none-linux-gnueabi- （后面不要写上空格）
200 endif
3、这些文件怎么组织成u_boot？
看链接脚本u-boot.lds （此处参考实际文件注释，u-boot.lds:链接脚本（指导程序如何排布的））
其中". = 0x00000000"表示将当前位置设置为内存地址0x00000000，". = ALIGN(4)"表示将当前位置向后移动到下一个4字节对齐的地址。
由u-boot.lds文件可知
第一个运行的文件是start.o,然后开始分析arch/arm/cpu/slsiap/s5p6818/start.S文件，到此makefile分析完毕。
4、结论
cd arch/arm/cpu/slsiap/s5p6818/
第一个文件是：arch/arm/cpu/slsiap/s5p6818/start.S
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二、start.s分析
功能描述
第一阶段
设置为SVC模式、关看门狗、屏蔽中断、初始化SDRAM、设置栈和时钟、代码从flash到RAM、清BSS段、调用start_armboot(C函数)
补充命令：grep "函数名" -nR * ：递归查询所有
Find ./ -name "文件名"
- 构建异常向量表
ARM 参考手册中描述的异常向量
- 设置为SVC模式、关看门狗
reset函数：
鼠标放到lowlevel_init，进行ctrl+]进行跳转
清BSS段
鼠标放在board_init_r，按ctrl+]进行跳转
跳转到arch/arm/lib/board.c 文件中
void board_init_f(ulong bootflag){}
板子的的结构体gd(global data)的初始化，gb结构体用于存储全局信息的结构体。
回到start.S继续向下执行，直到 ldr pc, =board_init_r
board_init_r函数完成了大部分的硬件初始化（串口、内存、flash、cache等）
最终进入死循环
for(;;)
{
main_loop;
}
第二阶段
调用board.c\start_armboot开始
首先要知道u_boot的目标：从flash读出内核然后启动
分析代码board.c（在~/bootloader/u-boot-2014.07-6818/arch/arm/lib下）：
要想读出内核，必须支持flash
在561行和588行，分别调用了
flash_init()和nand_init()对nor和nand初始化
接下来是617行环境变量函数env_relocate ()
在u_boot里面输入print命令会出现一大堆环境变量，用来设置波特率等
环境变量来源于：1.默认的 2.flash上保存的，启动时先看flash上有没有，如果没有，用默认的。
直到函数中死循环调用main_loop ()函数，转到文件main.c看此函数，
main_loop()函数中。若在bootdelay倒计时为0之前，U-Boot控制台有输入，则进入命令解析-执行的循环；若控制台无输入，U-Boot将启动内核。
main_loop()函数调用
autoboot_command（）函数讲解
判断键盘是否有按下，也就是是否打断了倒计时，如果键盘按下的话就执行相应的分支。
run_command_list，此函数会执行参数 s 指定的一系列命令，也就是环境变量 bootcmd 的命令，
bootcmd 里面保存着默认的启动命令，因此 linux 内核启动！这个就是 uboot 中倒计时结束以后
自动启动 linux 内核的原理。
如果倒计时结束之前按下了键盘上的按键，那么 run_command_list
函数就不会执行，相当于 autoboot_command 是个空函数。
回到 main_loop 函数中，如果倒计时结束之前按下按键，那么就会执行
cli_loop 函数，这个就是命令处理函数，负责接收好处理输入的命令。
run_command_list (s, -1,0)执行bootcmd命令启动内核;
所以读出和启动内核取决于s命令，即bootcmd，
从环境变量可以看出bootcmd（/uboot/include/configs/fs6818.h）
#define CONFIG_BOOTCOMMAND "ext4load mmc 2:1 0x48000000 uImage;ext4load mmc 2:1 0x49000000 root.img.gz;bootm 0x48000000"
内核格式有两类：zImage和uImage。
并不是所有U-Boot都支持zImage，是否支持就看其配置文件（fs6818.h没定义CONFIG_ZIMAGE_BOOT）中是否定义CONFIG_ZIMAGE_BOOT这个宏。所以有些uboot是支持zImage启动的，有些则不支持。但是所有的uboot肯定都支持uImage启动
ulmage格式的内核头部信息在/uboot/include/Image.h中定义。
ih_load是加载地址，即内核在DDR中的地址（运行地址）；ih_ep是内核入口地址。
复制代码
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;
总结
1）将内核搬移至DDR中；
2）校验内核格式、CRC；
3）准备传参；
4）跳转执行内核
三、run_command分析
可以想象，命令是一个结构体，{name，fun()},开始分析run_command，在main.c 1280行处为此函数实现。
直接跳到1325行看，1355行是解析命令，比如输入命令是md.w 0，则解析为argv[0]=”md.w”，
argv[1]=”0”。argv[0]放的是命令，argv[1]放的是参数。分析1361行如下代码：
if ((cmdtp = find_cmd(argv[0])) == NULL) {
printf ("Unknown command '%s' - try 'help'\n", argv[0]);
rc = -1; /* give up after bad command */
continue;}
如何查找命令呢？cmdtp是一个结构体，看具体代码（位于include\command.h第39行）。
find_cmd(argv[0])函数在common\command.c中346行，首先看360行__u_boot_cmd_start和__u_boot_cmd_end，这两个东西搜遍代码是搜不到的，它在链接脚本里，C语言中，链接脚本也可以传入值。下面分析*(.u_boot_cmd)段。在include\command.h中93行：
#define Struct_Section __attribute__ ((unused,section (".u_boot_cmd")))
输入bootm 后调用哪个函数不知道，在项目里搜bootm，发现它在common\cmd_bootm.c中
U_BOOT_CMD(
bootm, CFG_MAXARGS, 1, do_bootm,
"bootm - boot application image from memory\n",
"[addr [arg ...]]\n - boot application image stored in memory\n"
"\tpassing arguments 'arg ...'; when booting a Linux kernel,\n"
"\t'arg' can be the address of an initrd image\n"
#ifdef CONFIG_OF_FLAT_TREE
"\tWhen booting a Linux kernel which requires a flat device-tree\n"
"\ta third argument is required which is the address of the of the\n"
"\tdevice-tree blob. To boot that kernel without an initrd image,\n"
"\tuse a '-' for the second argument. If you do not pass a third\n"
"\ta bd_info struct will be passed instead\n"
#endif）;
去搜索宏U_BOOT_CMD发现在include\command.h 97行：
#define U_BOOT_CMD(name,maxargs,rep,cmd,usage,help) \
cmd_tbl_t __u_boot_cmd_##name Struct_Section = {#name, maxargs, rep, cmd, usage, help}
把上面的宏展开得到：
cmd_tbl_t __u_boot_cmd_bootm
__attribute__ ((unused,section (".u_boot_cmd")))= {#name, maxargs, rep, cmd, usage, help}
从这里可以看出定义了__u_boot_cmd_bootm这样一个结构体，类型是cmd_tbl_t，
（代码是typedef struct cmd_tbl_s cmd_tbl_t; include\command.h中93行：）
这个结构体有个属性：__attribute__，强制把段属性section设置为.u_boot_cmd（u-boot.lds中）
里面的内容是：{#name, maxargs, rep, cmd, usage , help}
替换得：{bootm, CFG_MAXARGS, 1, do_bootm, "bootm - boot application image from memory\n", "bootm - boot application image from memory\n","[addr [arg ...]]\n - boot application image stored in memory\n" "\tpassing arguments 'arg ...'; when booting a Linux kernel,\n" "\t'arg' can be the address of an initrd image\n"}
实验内容：增加一个hello命令。
在common目录下新建一个名为cmd_hello.c的文件，里面代码根据cmd_bootm.c来修改，代码如下：
#include
#include
#include
int do_hello(cmd_tbl_t *cmdtp, int flag, int argc, char *argv[])
{
int i;
printf(“hello world!\n,参数的个数是%d”,argc);
for(i=0;i<=argc;i++)
printf(“参数是：%s ”,argv[i]);
return 0;
}
另外里面还需要定义一个宏:
U_BOOT_CMD(
hello, CFG_MAXARGS, 1, do_hello,
"hello short help.....",
"hello long help.............................................."\n
);
最后把此文件放到common目录下，修改此目录下的makefile第54行：
加上文件cmd_hello.c，然后重新make一下即可。
四、内核启动分析
根据bootm 命令执行do_bootm_states函数，658行非常重要，通过bootm_os_get_boot_func查找系统启动函数，参数images->os.os为系统类型，函数返回值是查找到的系统启动函数do_bootm_linux。处理615行BOOTM_STATE_OS_PREP状态，调用do_bootm_linux->boot_prep_linux处理环境变量bootargs，bootargs保存着传递给linux kernel的参数。
638行调用boot_selected_os，启动linux内核，第4个参数为linux镜像头，boot_os数组如下：
static boot_os_fn *boot_os[] = {
[IH_OS_U_BOOT] = do_bootm_standalone,
#ifdef CONFIG_BOOTM_LINUX
[IH_OS_LINUX] = do_bootm_linux,
#endif
#ifdef CONFIG_BOOTM_NETBSD
[IH_OS_NETBSD] = do_bootm_netbsd,
#endif
#ifdef CONFIG_LYNXKDI
[IH_OS_LYNXOS] = do_bootm_lynxkdi,
#endif
#ifdef CONFIG_BOOTM_RTEMS
[IH_OS_RTEMS] = do_bootm_rtems,
#endif
#if defined(CONFIG_BOOTM_OSE)
[IH_OS_OSE] = do_bootm_ose,
#endif
#if defined(CONFIG_BOOTM_PLAN9)
[IH_OS_PLAN9] = do_bootm_plan9,
#endif
#if defined(CONFIG_BOOTM_VXWORKS) && \
(defined(CONFIG_PPC) || defined(CONFIG_ARM))
[IH_OS_VXWORKS] = do_bootm_vxworks,
#endif
#if defined(CONFIG_CMD_ELF)
[IH_OS_QNX] = do_bootm_qnxelf,
#endif
#ifdef CONFIG_INTEGRITY
[IH_OS_INTEGRITY] = do_bootm_integrity,
#endif
};
红色函数do_bootm_linux为对应的系统启动函数。
第 295 行，函数 kernel_entry，看名字“内核_进入”，说明此函数是进入 Linux 内核的，也
就是最终的大 boos！！此函数有三个参数：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 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)。
第 299 行，获取 kernel_entry 函数，函数 kernel_entry 并不是 uboot 定义的，而是 Linux 内
核定义的，Linux 内核镜像文件的第一行代码就是函数 kernel_entry，而 images->ep 保存着 Linux
内核镜像的起始地址，起始地址保存的正是 Linux 内核第一行代码！
boot_jump_linux，第 315~318 行是设置寄存器 r2 的值？
为什么要设置 r2 的值呢？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)，所以 r2 寄存器就是
函数 kernel_entry 的第三个参数。
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
是环境变量 bootargs 的值，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。
