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UBOOT——启动内核
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；