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1:什么是UBOOT,为什么要有UBOOT?
UBOOT的主要作用是用来启动linux内核,因为CPU不能直接从块设备中执行代码,需要把块设备中的程序复制到内存中,而复制之前还需要进行很多初始化工作,如时钟、串口、dram等;
如要想让CPU启动linux内核,只能通过另外的程序,进行必要的初始化工作,在把linux内核中代码复制到内存中,并执行这块内存中的代码,即可启动linux内核;一般情况下,我们把linux
镜像储存在块设备中如SD卡、iNand、Nandflash等块设备中,首先执行UBOOT带码,在UBOOT中把块设备中的内核代码复制到内存地址0x30008000地址处,然后在执行bootm 0x30008000
命令来执行内核代码;
整个过程大致如上述所讲,下面我们详细分析一下UBOOT启动内核的代码:
2:在启动UBOOT时候会出现看机倒计时,如果没有按键按下,会自动启动内核,我们来看一下这个是如何实现的:
下面这段代码是在main_loop函数中:作用是执行完倒数计时函数以后启动linux内核,启动方式是 s = getenv ("bootcmd");我们假定不使用HUAH_PARSER的情况下 run_command (s, 0);
实际上就是读取环境变量bootcmd,然后执行这个命令;
s = getenv ("bootcmd"); debug ("### main_loop: bootcmd=\"%s\"\n", s ? s : "<UNDEFINED>"); if (bootdelay >= 0 && s && !abortboot (bootdelay)) { #ifndef CFG_HUSH_PARSER run_command (s, 0); #else parse_string_outer(s, FLAG_PARSE_SEMICOLON | FLAG_EXIT_FROM_LOOP);
看一下bootcmd命令:bootcmd=movi read kernel 30008000; movi read rootfs 30B00000 300000; bootm 30008000 30B00000
movi read kernel 30008000 以及 bootm 30008000
这两个命令来完成linux内核启动的:
movi read kernel 30008000是把sd卡中kernel分区复制到30008000内存地址处,bootm 30008000即到内存地址处执行代码;
下面详细分一下bootm这个命令对应的函数
代码一步步分析:
下面这段代码的作用是判断内核镜像是zImage、uImage、设备树
在这里要解释一下zImage、uImage的区别:
linux内核代码经过编译链接以后生成一个elf文件名叫vmlinuz文件,这个文件在经过arm-linux-objcopy编译以后会生成一个Image镜像文件,vmlinuz elf文件大小为70M以上
而Image镜像文件为7M左右,然后Image文件在进一步经过压缩生成zImage文件,当zImage文件作为启动镜像来启动时,首先要解压这个文件,这个解压过程可以由uboot解压
或者zImage文件本身可以自解压,zImage中除了linux内核的镜像以外,还有一些头文件以及这部分解压代码,所以内核实际上在addr地址中在加一个偏移量的位置;
uImage是uboot自己专用的启动内核镜像,相对于zImage他们之间头文件有一定区别可以详细看代码是如何判断的;uImage现在基本上要属于过时的技术了,新一点的技术为
设备树的启动方式;
我们时这么使用bootm命令的:bootm 0x30008000
走的是addr = simple_strtoul(argv[1], NULL, 16);
addr中的值为0x30008000
接下来判断0x30008000右偏移36字节以后,这个地址中的值如果为 0x016f2818这个魔数的话,说明启动镜像为zImage则 输出boot with zImage,
hdr->ih_os = IH_OS_LINUX; zImage header中 IH_os 赋值为 IH_OS_LINUX;
hdr->ih_ep = ntohl(addr); ih_ep 中存放的是point address 这个值实际上就是真正内核代码的地址;
在看下面这句代码
memmove (&images.legacy_hdr_os_copy, hdr, sizeof(image_header_t));
把hdr中的值复制一份到 image.legacy_hdr_os_copy中,即把内存地址0x30008000处设置好的zImage头复制一份到uboot的data段,
因为static bootm_headers_t images; images为uboot内定义的一个bootm_header_t格式的全局变量;
看一下bootm_header_t类型为一个结构体,包含一个image_header_t类型的指针,这个指针最后指向了0x30008000处的zImage header
还包含一个image_header_t类型的结构体,就是用上面那句代码把0x30008000处的zImage header在酯类复制了一份;
还包含一个标志位 legacy_hdr_valid如果上面两个赋值以后,把legacy_hdr_valid赋值为1;
typedef struct bootm_headers { image_header_t *legacy_hdr_os; /* image header pointer */ image_header_t legacy_hdr_os_copy; /* header copy */ ulong legacy_hdr_valid; }
uint8_t ih_os; /* Operating System */
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;
#ifdef CONFIG_ZIMAGE_BOOT #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); } 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); 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; goto after_header_check; } #endif
直接跳转到after_header_check处,os为IH_OS_LINUX
下面判断操作系统,然后调用do_bootm_linux函数;
do_bootm_linux (cmdtp, flag, argc, argv, &images);
1 #if defined(CONFIG_ZIMAGE_BOOT) 2 after_header_check: 3 os = hdr->ih_os; 4 #endif 5 6 switch (os) { 7 default: /* handled by (original) Linux case */ 8 case IH_OS_LINUX: 9 #ifdef CONFIG_SILENT_CONSOLE 10 fixup_silent_linux(); 11 #endif 12 do_bootm_linux (cmdtp, flag, argc, argv, &images); 13 break; 14 15 case IH_OS_NETBSD: 16 do_bootm_netbsd (cmdtp, flag, argc, argv, &images); 17 break; 18 19 #ifdef CONFIG_LYNXKDI 20 case IH_OS_LYNXOS: 21 do_bootm_lynxkdi (cmdtp, flag, argc, argv, &images); 22 break; 23 #endif 24 25 case IH_OS_RTEMS: 26 do_bootm_rtems (cmdtp, flag, argc, argv, &images); 27 break; 28 29 #if defined(CONFIG_CMD_ELF) 30 case IH_OS_VXWORKS: 31 do_bootm_vxworks (cmdtp, flag, argc, argv, &images); 32 break; 33 34 case IH_OS_QNX: 35 do_bootm_qnxelf (cmdtp, flag, argc, argv, &images); 36 break; 37 #endif 38 39 #ifdef CONFIG_ARTOS 40 case IH_OS_ARTOS: 41 do_bootm_artos (cmdtp, flag, argc, argv, &images); 42 break; 43 #endif 44 } 45 46 show_boot_progress (-9); 47 #ifdef DEBUG 48 puts ("\n## Control returned to monitor - resetting...\n"); 49 do_reset (cmdtp, flag, argc, argv); 50 #endif 51 if (iflag) 52 enable_interrupts(); 53 54 return 1; 55 }
下面看一下do_bootm_linux都做了哪些事情
#ifdef CONFIG_CMDLINE_TAG char *commandline = getenv ("bootargs"); #endif
首先获取环境变量bootargs:
if (images->legacy_hdr_valid) { ep = image_get_ep (&images->legacy_hdr_os_copy)
else {
puts ("Could not find kernel entry point!\n");
goto error;
}
在判断全局变量images中的legacy_hdr_valid是否为1,如果为1 获取ep 值;如果为1读出ep的值,如果不为1则erro
theKernel = (void (*)(int, int, uint))ep; s = getenv ("machid"); if (s) { machid = simple_strtoul (s, NULL, 16); printf ("Using machid 0x%x from environment\n", machid); }
把ep强制类型换换为函数指针类型复制给thekernel;
从环境变量中读取machid的值,赋值给s,如果s不空 则machid = 环境变量中machid的值,并打印machid;
在看一下uboot如何给内核传参:
传参主要是uboot把与硬件有关的信息传给linux内核,如memory信息几bank size 起始地址、命令行信息、lcd 串口、initrd、MTD等信息
#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 /* 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 (); theKernel (0, machid, bd->bi_boot_params); /* does not return */
首先:如要定义了任意一个CONFIG_XXXXX的话
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; };
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); }
struct tag_header { u32 size; u32 tag; };
首先要setup_start_tag(bd); 这个函数的作用
params = (struct tag *) bd->bi_boot_params; 给params赋值,gd->bd->bi_boot_params = (PHYS_SDRAM_1+0x100);
这句代码的作用就是把uboot全局变量中设定好的bi_boot_params内存地址处强制转换为stuct tag* 类型赋值给params
分析一下struct tag结构体:它是由一个stuct tag_header类型的结构体加上一个由一系列结构体组成的union联合体组成;
这一系列结构体中存放的就是与board有关的参数;
把PHYS_SDRAM_1+0x100这个地址设置为传参的起始地址;
params->hdr.tag = ATAG_CORE;
params->hdr.size = tag_size (tag_core);
hdr.tag 与hdr.size赋值;
params->u.core.flags = 0;
params->u.core.pagesize = 0;
params->u.core.rootdev = 0;
然后对联合体中的结构体参数赋值;
#define tag_next(t) ((struct tag *)((u32 *)(t) + (t)->hdr.size))
params = tag_next (params);
在把params向右移动sizeof(tag_core)大小
继续赋值:
#ifdef CONFIG_SETUP_MEMORY_TAGS
setup_memory_tags (bd);
#endif
这段代码是传递内存参数:
把内存每个bank的信息放到这里:第一个扇区的起始地址和大小,第二个扇区的起始地址和大小
1 #ifdef CONFIG_SETUP_MEMORY_TAGS 2 static void setup_memory_tags (bd_t *bd) 3 { 4 int i; 5 6 for (i = 0; i < CONFIG_NR_DRAM_BANKS; i++) { 7 params->hdr.tag = ATAG_MEM; 8 params->hdr.size = tag_size (tag_mem32); 9 10 params->u.mem.start = bd->bi_dram[i].start; 11 params->u.mem.size = bd->bi_dram[i].size; 12 13 params = tag_next (params); 14 } 15 } 16 #endif /* CONFIG_SETUP_MEMORY_TAGS */
接着是传递命令行参数
1 static void setup_commandline_tag (bd_t *bd, char *commandline) 2 { 3 char *p; 4 5 if (!commandline) 6 return; 7 8 /* eat leading white space */ 9 for (p = commandline; *p == ' '; p++); 10 11 /* skip non-existent command lines so the kernel will still 12 * use its default command line. 13 */ 14 if (*p == '\0') 15 return; 16 17 params->hdr.tag = ATAG_CMDLINE; 18 params->hdr.size = 19 (sizeof (struct tag_header) + strlen (p) + 1 + 4) >> 2; 20 21 strcpy (params->u.cmdline.cmdline, p); 22 23 params = tag_next (params); }
前面我们分析了commandline是一个char *类型,指向环境变量中的bootargs的值;
#define CONFIG_BOOTARGS "root=/dev/mtdblock4 rootfstype=yaffs2 init=/init console=ttySAC0,115200"
最后setup_end_tag (bd);结束传参
再看最后uboot中最后一句代码
theKernel (0, machid, bd->bi_boot_params); /* does not return */ return;
通过执行thekernel函数直接启动linux内核,传递三个参数0、machid、传参的首地址;
这三个参数是通过r0、r1、r2三个寄存器来传递了,r0传递0、r1传递machid、r2传递传参的首地址;
这样就启动起来linux内核了;
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下面我们再来总结一下uboot启动linux内核的整个流程:
开机时会出现倒计时,当没有按键按下的时候,uboot会读取出bootcmd这个环境变量,并使用rum_command函数来执行这个命令;
实质是执行了movi read kernel 30008000;以后在执行bootm 30008000
moviread kernel的作用是把sd卡中的kernel分区赋值到30008000内存处
bootm 30008000就是真正的传参以及跳转到linux内核中执行;
bootm 首先要做的事情是判断这个内核镜像为zImage、uImage、设备树
通过对镜像文件的头文件的验证,确定是哪种内核镜像,然后再把必须的信息储存起来如是linux操作系统,ep的值等;
确定好以后调用do_bootm_linux函数来对内核传参并且启动内核;