系统移植之uboot源代码简要分析(2)

经过上一篇系统移植之uboot源代码简要分析(1)对uboo进行分析后,我们知道BootLoader的第二阶段启动(BL2)从start_armboot处开始执行,start_armboot函数定义在“lib_arm/board.c”中
U-Boot第二阶段流程图

void start_armboot (void)
{
    init_fnc_t **init_fnc_ptr;
    char *s;
    int mmc_exist = 0;
    ...
    for (init_fnc_ptr = init_sequence; *init_fnc_ptr; ++init_fnc_ptr) {
        if ((*init_fnc_ptr)() != 0) /*返回值必须为0,否则初始化失败,系统初始化终止*/
         {
            hang ();
        }
    }

init_fnc_t **init_fnc_ptr是一个二级指针,指向的内容为以下的数组init_sequence,该数组存储的是各类初始化函数的地址,start_armboot通过
for (init_fnc_ptr = init_sequence; *init_fnc_ptr; ++init_fnc_ptr)
循环逐个调用init_sequence数组中的初始化函数,完成对系统的初始化。

init_fnc_t *init_sequence[] = {
    cpu_init,       /* basic cpu dependent setup */
#if defined(CONFIG_SKIP_RELOCATE_UBOOT)
    reloc_init,     /* Set the relocation done flag, must
                   do this AFTER cpu_init(), but as soon
                   as possible */
#endif
    board_init,     /* basic board dependent setup */
    interrupt_init,     /* set up exceptions */
    env_init,       /* initialize environment */
    init_baudrate,      /* initialze baudrate settings */
    serial_init,        /* serial communications setup */
    console_init_f,     /* stage 1 init of console */
    display_banner,     /* say that we are here */
#if defined(CONFIG_DISPLAY_CPUINFO)
    print_cpuinfo,      /* display cpu info (and speed) */
#endif
#if defined(CONFIG_DISPLAY_BOARDINFO)
    checkboard,     /* display board info */
#endif
#if defined(CONFIG_HARD_I2C) || defined(CONFIG_SOFT_I2C)
    init_func_i2c,
#endif
    dram_init,      /* configure available RAM banks */
    display_dram_config,
    NULL,
};

另外,我们在start_armboot函数中可以见到很多个“gd_t”类型,该类型是定义于“include/asm-arm/globle_data.h”,是uboot的全局变量类型,

typedef struct  global_data {
    bd_t        *bd;
    unsigned long   flags;
    unsigned long   baudrate;

    ...

    void        **jt;       /* jump table */
} gd_t;

在include/asm-arm/globle_data.h的最后,我们发现一段比较难懂的C语句

#define DECLARE_GLOBAL_DATA_PTR     register volatile gd_t *gd asm ("r8")

这句话的意思是指定R8保存变量gd的地址,并声明该值是volatile(易变的),然后用“DECLARE_GLOBAL_DATA_PTR”表示它。
在gd_t类型结构体中,我们需要重点关注“bd_t”这个类型结构体(开发板信息结构体),它与我们的移植的关联很大。这个结构体定义在“include/asm-arm/uboot.h”中↓

typedef struct bd_info {
    int         bi_baudrate;    /* serial console baudrate (串口控制台波特率)*/
    unsigned long   bi_ip_addr; /* IP Address */
    unsigned char   bi_enetaddr[6]; /* Ethernet adress */
    struct environment_s           *bi_env;
    ulong           bi_arch_number; /* unique id for this board (机器码,即开发板ID,当且仅当ID在内核中存在且正确时候,才可进行启动)*/
    ulong           bi_boot_params; /* where this board expects params  uboot传递给内核的参数的地址*/
    struct              /* RAM configuration DRAM的起始地址和大小*/
    {
    ulong start;
    ulong size;
    }bi_dram[CONFIG_NR_DRAM_BANKS];
            /*CONFIG_NR_DRAM_BANKS是允许的DRAM的数量*/
#ifdef CONFIG_HAS_ETH1
    /* second onboard ethernet port */
    unsigned char   bi_enet1addr[6];
#endif
} bd_t;/*开发板信息结构体*/

回到start_armboot函数

经过for循环调用各个初始化函数完成基础硬件的初始化,以及SOC的其他初始化(此处不累赘,对我们理解uboot启动流程没有太大影响)之后,程序进入”main_loop()”
main_loop函数定义于:common/main.c

/* main_loop() can return to retry autoboot, if so just run it again. */
    for (;;) {
        main_loop ();
    }

main_loop的执行流程:

main_loop函数执行流程
我们知道BootLoader有两种启动流程
1. 启动加载(boot loading)模式:
常用于已发布的产品上,整个过程不需要用户介入。
2. 下载(downloading)模式:
开发人员可以使用各种命令,通过串口连接或者网络连接等通信手段从主机(host)下载文件。常用协议:x/y/z modem协议、TFTP、nfs协议、USB。

进入main_loop后,执行流程如上图main_loop的执行流程所示。
函数首先读取环境参数bootdelay和bootcmd,然后判断bootdelay秒内串口是否有输入,
1>有输入,进入downloading模式
2>无输入,进入boot loading模式,启动加载内核;
~(启动内核–>是通过环变量bootcmd中存放的内核相关启动命令来启动内核的,这些命令有以下一些:
print(printenv):打印环境变量;
set(setenv):设置环境变量
saveenv:保存环境变量;
tftp:通过TFTP服务下载TFTP服务器目录下的文件到内存中
go:执行内存中的二进制代码
bootm:启动内存中的内核镜像文件zImage


那么这些内核启动命令是如何定义的呢?↓


内核启动命令定义于“include/command.h”中,类型定义方式如下

/* uboot命令结构体 */
struct cmd_tbl_s {
    char        *name;      /* Command Name 命令名     */
    int     maxargs;    /* maximum number of arguments命令最大参数个数  */
    int     repeatable; /* autorepeat allowed?  重复次数    */
                    /* Implementation function 命令处理函数   */
    int     (*cmd)(struct cmd_tbl_s *, int, int, char *[]);
    char        *usage;     /* Usage message    (short)简单使用信息   */
#ifdef  CFG_LONGHELP
    char        *help;      /* Help  message    (long)详细帮助信息    */
#endif
#ifdef CONFIG_AUTO_COMPLETE
    /* do auto completion on the arguments */
    int     (*complete)(int argc, char *argv[], char last_char, int maxv, char *cmdv[]);
#endif
};
/*将uboot命令结构体声明为cmd_tbl_t*/
typedef struct cmd_tbl_s    cmd_tbl_t; 

好,接下来我们分析启动命令具体是如何定义的

/*
 * Command Flags:
 */
#define CMD_FLAG_REPEAT 0x0001  /*repeat last command       */
#define CMD_FLAG_BOOTD  0x0002  /* command is from bootd    */

/* 
 *1.这段宏定义具体意思:如果Struct_Section没被使用(unused),则
 *将Struct_Section连接到启动命令段(".u_boot_cmd")中
 **.u_boot_cmd定义于链接脚本uboot.lds中*
 */
#define Struct_Section  __attribute__ ((unused,section (".u_boot_cmd")))


#ifdef  CFG_LONGHELP    /*如果定义了详细帮助信息*/

/*
 *2.定义一个带参宏U_BOOT_CMD,表示后面的定义
 *2.1)"##"连接符号,表示将__u_boot_cmd和name连接成为__u_boot_cmd_name
 *2.2)Struct_Section 将“__u_boot_cmd_name”到“.u_boot_cmd”启动代码段
 */

#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}
/**/

#else   /* no long help info 没有详细帮助信息 */

#define U_BOOT_CMD(name,maxargs,rep,cmd,usage,help) \
cmd_tbl_t __u_boot_cmd_##name Struct_Section = {#name, maxargs, rep, cmd, usage}

#endif  /* CFG_LONGHELP */

到”common/command.c”中可以查看具体定义了哪些命令。


我们再来看看“bootm”命令具体是如何启动内存中的内核镜像文件zImage的。

bootm命令定义在“common/cmd_bootm.c”
因为uboot是通用型BootLoader,可知uboot可以支持多种操作系统的启动,因此bootm命令需要根据具体操作系统分支执行,

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;

...

#ifdef CONFIG_ARTOS
    case IH_OS_ARTOS:
        do_bootm_artos (cmdtp, flag, argc, argv, &images);
        break;
#endif
    }

我们使用是操作系统为Linux,选择分支为“IH_OS_LINUX”,接下来调用“do_bootm_linux (cmdtp, flag, argc, argv, &images);”进行启动。
do_bootm_linux函数定义于lib_arm/bootm.c 中

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;      /*获取机器ID*/
    void    (*theKernel)(int zero, int arch, uint params);
    int ret;

    ...

    cleanup_before_linux ();

    /*
     *将参数:0,机器ID,uboot传递给内核的参数的地址
     *传递thekernel函数,进而启动内核。
     */
    theKernel (0, machid, bd->bi_boot_params);
    /*
     *至此,uboot的全部工作完成,接下来由内核接管系统。
     */
    /* does not return */
    return;

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

系统移植之uboot源代码简要分析如上,与各位道嵌友交流,若有谬误还望指教,谢谢!

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