Exynos4412 Uboot 移植（四）—— Uboot引导内核过程分析

bootloader 要想启动内核，可以直接跳到内核的第一个指令处，即内核的起始地址，这样便可以完成内核的启动工作了。但是要想启动内核还需要满足一些条件，如下所示：

1、cpu 寄存器设置

    * R0 = 0
    * R1 = 机器类型 id
    * R2 = 启动参数在内存中的起始地址

2、cpu 模式

    * 禁止所有中断
    * 必须为SVC（超级用户）模式

3、Cache、MMU

    * 关闭 MMU
    * 指令Cache可以开启或者关闭
    * 数据Cache必须关闭

4、设备

    * DMA 设备应当停止工作

5、PC为内核的起始地址

     

      这些需求都由 boot loader 实现，在常用的 uboot 中完成一系列的初始化后最后通过 bootm 命令加载 linux 内核。bootm 向将内核映像从各种媒介中读出，存放在指定的位置；然后设置标记列表给内核传递参数；最后跳到内核的入口点去执行。


Uboot版本：u-boot-2013.01

一、bootm命令用法介绍如下：

       在 common/cmd_bootm.c 中可以看到bootm 的定义：


可以看到 bootm 命令使调用了do_bootm 函数。

do_bootm 函数

在cmd_bootm.c 第586行可以看到do_bootm函数的定义（为方便阅读，对其中一些代码进行了删减，完整代码请阅读uboot源码）：

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  1. /*******************************************************************/  
  2. /* bootm - boot application image from image in memory */  
  3. /*******************************************************************/  
  4.   
  5. int do_bootm(cmd_tbl_t *cmdtp, int flag, int argc, char * const argv[])  
  6. {  
  7.     ulong       iflag;  
  8.     ulong       load_end = 0;  
  9.     int     ret;  
  10.     boot_os_fn  *boot_fn;  
  11.   
  12.     if (bootm_start(cmdtp, flag, argc, argv))// 获取镜像信息  
  13.         return 1;  
  14.   
  15.     iflag = disable_interrupts(); // 关闭中断  
  16.   
  17.     usb_stop();// 关闭usb设备  
  18.   
  19.     ret = bootm_load_os(images.os, &load_end, 1);//加载内核  
  20.   
  21.     lmb_reserve(&images.lmb, images.os.load, (load_end - images.os.load));  
  22.   
  23.     if (images.os.type == IH_TYPE_STANDALONE) {//如有需要，关闭内核的串口  
  24.         if (iflag)  
  25.             enable_interrupts();  
  26.         /* This may return when 'autostart' is 'no' */  
  27.         bootm_start_standalone(iflag, argc, argv);  
  28.         return 0;  
  29.     }  
  30.   
  31.     boot_fn = boot_os[images.os.os];//获取启动参数  
  32.   
  33.     arch_preboot_os();//启动前准备  
  34.   
  35.     boot_fn(0, argc, argv, &images);//启动，不再返回  
  36.   
  37. #ifdef DEBUG  
  38.     puts("\n## Control returned to monitor - resetting...\n");  
  39. #endif  
  40.     do_reset(cmdtp, flag, argc, argv);  
  41.   
  42.     return 1;  
  43. }  
该函数的实现分为 3 个部分：

a -- 首先通过 bootm_start 函数分析镜像的信息；

b -- 如果满足判定条件则进入 bootm_load_os 函数进行加载；

c -- 加载完成后就可以调用 boot_fn 开始启动。

1、bootm_start

在cmd_bootm.c 第193行可以看到bootm_start函数的定义, 主要作用是填充内核相关信息

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  1. static int bootm_start(cmd_tbl_t *cmdtp, int flag, int argc, char * const argv[])  
  2. {  
  3.     void        *os_hdr;  
  4.     int     ret;  
  5.   
  6.     memset((void *)&images, 0, sizeof(images));  
  7.     images.verify = getenv_yesno("verify");//获取环境变量  
  8.   
  9.     boot_start_lmb(&images);  
  10.   
  11.     bootstage_mark_name(BOOTSTAGE_ID_BOOTM_START, "bootm_start");  
  12.   
  13.     /*获取镜像头，加载地址，长度 */  
  14.     os_hdr = boot_get_kernel(cmdtp, flag, argc, argv,  
  15.             &images, &images.os.image_start, &images.os.image_len);  
  16.     if (images.os.image_len == 0) {  
  17.         puts("ERROR: can't get kernel image!\n");  
  18.         return 1;  
  19.     }  
  20.   
  21.     /*获取镜像参数*/  
  22.     switch (genimg_get_format(os_hdr)) {  
  23.     case IMAGE_FORMAT_LEGACY:  
  24.         images.os.type = image_get_type(os_hdr);//镜像类型  
  25.         images.os.comp = image_get_comp(os_hdr);//压缩类型  
  26.         images.os.os = image_get_os(os_hdr);//系统类型  
  27.   
  28.         images.os.end = image_get_image_end(os_hdr);//镜像结束地址  
  29.         images.os.load = image_get_load(os_hdr);/加载地址  
  30.         break;  
  31.   
  32.     /* 查询内核入口地址*/  
  33.     if (images.legacy_hdr_valid) {  
  34.         images.ep = image_get_ep(&images.legacy_hdr_os_copy);  
  35.   
  36.     } else {  
  37.         puts("Could not find kernel entry point!\n");  
  38.         return 1;  
  39.     }  
  40.   
  41.     if (images.os.type == IH_TYPE_KERNEL_NOLOAD) {  
  42.         images.os.load = images.os.image_start;  
  43.         images.ep += images.os.load;  
  44.     }  
  45.   
  46.     if (((images.os.type == IH_TYPE_KERNEL) ||  
  47.          (images.os.type == IH_TYPE_KERNEL_NOLOAD) ||  
  48.          (images.os.type == IH_TYPE_MULTI)) &&  
  49.         (images.os.os == IH_OS_LINUX)) {  
  50.         /* 查询是否存在虚拟磁盘 */  
  51.         ret = boot_get_ramdisk(argc, argv, &images, IH_INITRD_ARCH,  
  52.                 &images.rd_start, &images.rd_end);  
  53.         if (ret) {  
  54.             puts("Ramdisk image is corrupt or invalid\n");  
  55.             return 1;  
  56.         }  
  57.   
  58. #if defined(CONFIG_OF_LIBFDT)  
  59.         /* 找到设备树，设备树是linux 3.XX版本特有的 */  
  60.         ret = boot_get_fdt(flag, argc, argv, &images,  
  61.                    &images.ft_addr, &images.ft_len);  
  62.         if (ret) {  
  63.             puts("Could not find a valid device tree\n");  
  64.             return 1;  
  65.         }  
  66.   
  67.         set_working_fdt_addr(images.ft_addr);  
  68. #endif  
  69.     }  
  70.   
  71.     images.os.start = (ulong)os_hdr;//赋值加载地址  
  72.     images.state = BOOTM_STATE_START;//更新状态  
  73.   
  74.     return 0;  
  75. }  
该函数主要进行 镜像的有效性判定、校验、计算入口地址 等操作，大部分工作通过  boot_get_kernel -> image_get_kernel  完成。


2、bootm_load_os

      在cmd_bootm.c 第317行可以看到bootm_load_os函数的定义, 这个函数主要判断镜像是否需要解压，并且将镜像移动到加载地址：

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  1. static int bootm_load_os(image_info_t os, ulong *load_end, int boot_progress)    
  2. {    
  3.     uint8_t comp = os.comp;         /* 压缩格式 */    
  4.     ulong load = os.load;           /* 加载地址 */    
  5.     ulong blob_start = os.start;    /* 镜像起始地址 */    
  6.     ulong blob_end = os.end;        /* 镜像结束地址 */    
  7.     ulong image_start = os.image_start;    /* 镜像起始地址 */    
  8.     ulong image_len = os.image_len;        /* 镜像长度 */    
  9.     uint unc_len = CONFIG_SYS_BOOTM_LEN;   /* 镜像最大长度 */    
  10.     
  11.     const char *type_name = genimg_get_type_name (os.type);  /* 镜像类型 */    
  12.     
  13.     switch (comp) {  /* 选择解压格式 */    
  14.     case IH_COMP_NONE:  /* 镜像没有压缩过 */    
  15.         if (load == blob_start) {   /* 判断是否需要移动镜像 */    
  16.             printf ("   XIP %s ... ", type_name);    
  17.         } else {    
  18.             printf ("   Loading %s ... ", type_name);    
  19.     
  20.             if (load != image_start) {    
  21.                 memmove_wd ((void *)load, (void *)image_start, image_len, CHUNKSZ);    
  22.             }    
  23.         }    
  24.         *load_end = load + image_len;    
  25.         puts("OK\n");    
  26.         break;    
  27.     case IH_COMP_GZIP:  /* 镜像采用 gzip 解压 */    
  28.         printf ("   Uncompressing %s ... ", type_name);    
  29.         if (gunzip ((void *)load, unc_len, (uchar *)image_start, &image_len) != 0) {  /* 解压 */    
  30.             puts ("GUNZIP: uncompress, out-of-mem or overwrite error "    
  31.                 "- must RESET board to recover\n");    
  32.             return BOOTM_ERR_RESET;    
  33.         }    
  34.     
  35.         *load_end = load + image_len;    
  36.         break;    
  37.     ...    
  38.     default:    
  39.         printf ("Unimplemented compression type %d\n", comp);    
  40.         return BOOTM_ERR_UNIMPLEMENTED;    
  41.     }    
  42.     puts ("OK\n");    
  43.     debug ("   kernel loaded at 0x%08lx, end = 0x%08lx\n", load, *load_end);    
  44.     
  45.     if ((load < blob_end) && (*load_end > blob_start)) {    
  46.         debug ("images.os.start = 0x%lX, images.os.end = 0x%lx\n", blob_start, blob_end);    
  47.         debug ("images.os.load = 0x%lx, load_end = 0x%lx\n", load, *load_end);    
  48.         return BOOTM_ERR_OVERLAP;    
  49.     }    
  50.     
  51.     return 0;    
  52. }    


3、do_bootm_linux

在bootm_load_os 执行结束后，回到do_bootm 函数，调用boot_fn 运行linux 内核；


boot_os 为函数指针数组，在cmd_bootm.c 136行有定义


可以看出 boot_fn 函数指针指向的函数是位于 arch/arm/lib/bootm.c的 do_bootm_linux，这是内核启动前最后的一个函数，该函数主要完成启动参数的初始化，并将板子设定为满足内核启动的环境，代码如下：


可以看到 do_bootm_linux 实际调用的是 boot_jump_linux 函数。


4、boot_jump_linux 

在arch/arm/lib/bootm.c 下第326行有定义

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  1. /* Subcommand: GO */  
  2. static void boot_jump_linux(bootm_headers_t *images)  
  3. {  
  4.     unsigned long machid = gd->bd->bi_arch_number;//获取机器码  
  5.     char *s;  
  6.     void (*kernel_entry)(int zero, int arch, uint params);//内核入口函数  
  7.     unsigned long r2;  
  8.   
  9.     kernel_entry = (void (*)(int, int, uint))images->ep;  
  10.   
  11.     s = getenv("machid");//从环境变量中获取机器码  
  12.     if (s) {  
  13.         strict_strtoul(s, 16, &machid);  
  14.         printf("Using machid 0x%lx from environment\n", machid);  
  15.     }  
  16.   
  17.     debug("## Transferring control to Linux (at address %08lx)" \  
  18.         "...\n", (ulong) kernel_entry);  
  19.     bootstage_mark(BOOTSTAGE_ID_RUN_OS);  
  20.     announce_and_cleanup();  
  21.   
  22. #ifdef CONFIG_OF_LIBFDT  
  23.     if (images->ft_len)  
  24.         r2 = (unsigned long)images->ft_addr;  
  25.     else  
  26. #endif  
  27.         r2 = gd->bd->bi_boot_params;//将启动参数地址赋给 r2   
  28.   
  29.     kernel_entry(0, machid, r2);  
  30. }  

kernel_entry(0, machid, r2) 

真正将控制权交给内核， 启动内核；

满足arm架构linux内核启动时的寄存器设置条件:第一个参数为0 ；第二个参数为板子id需与内核中的id匹配，第三个参数为启动参数地址 。


二、为内核设置启动参数

        Uboot 也是通过标记列表向内核传递参数，标记在源代码中定义为tag,是一个结构体，在arch/arm/include/asm/setup.h 中定义。


tag_header 结构体定义如下：



     在一些内存标记、命令行标记的示例代码就是取自Uboot 中的 setup_memory_tags、setup_commandline_tag函数，他们都是在 arch/arm/lib/bootm.c中定义。

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  1. #if defined(CONFIG_SETUP_MEMORY_TAGS) || \  
  2.     defined(CONFIG_CMDLINE_TAG) || \  
  3.     defined(CONFIG_INITRD_TAG) || \  
  4.     defined(CONFIG_SERIAL_TAG) || \  
  5.     defined(CONFIG_REVISION_TAG)  
  6. static void setup_start_tag (bd_t *bd)  
  7. {  
  8.     params = (struct tag *)bd->bi_boot_params;  
  9.   
  10.     params->hdr.tag = ATAG_CORE;  
  11.     params->hdr.size = tag_size (tag_core);  
  12.   
  13.     params->u.core.flags = 0;  
  14.     params->u.core.pagesize = 0;  
  15.     params->u.core.rootdev = 0;  
  16.   
  17.     params = tag_next (params);  
  18. }  
  19. #endif  
  20.   
  21. #ifdef CONFIG_SETUP_MEMORY_TAGS  
  22. static void setup_memory_tags(bd_t *bd)  
  23. {  
  24.     int i;  
  25.   
  26.     for (i = 0; i < CONFIG_NR_DRAM_BANKS; i++) {  
  27.         params->hdr.tag = ATAG_MEM;  
  28.         params->hdr.size = tag_size (tag_mem32);  
  29.   
  30.         params->u.mem.start = bd->bi_dram[i].start;//物理内存起始地址  
  31.         params->u.mem.size = bd->bi_dram[i].size;//物理内存结束地址  
  32.   
  33.         params = tag_next (params);  
  34.     }  
  35. }  
  36. #endif  
  37.   
  38. #ifdef CONFIG_CMDLINE_TAG  
  39. static void setup_commandline_tag(bd_t *bd, char *commandline)  
  40. {  
  41.     char *p;  
  42.   
  43.     if (!commandline)  
  44.         return;  
  45.   
  46.     /* eat leading white space */  
  47.     for (p = commandline; *p == ' '; p++);  
  48.   
  49.     /* skip non-existent command lines so the kernel will still 
  50.      * use its default command line. 
  51.      */  
  52.     if (*p == '\0')  
  53.         return;  
  54.   
  55.     params->hdr.tag = ATAG_CMDLINE;  
  56.     params->hdr.size =  
  57.         (sizeof (struct tag_header) + strlen (p) + 1 + 4) >> 2;  
  58.   
  59.     strcpy (params->u.cmdline.cmdline, p);  
  60.   
  61.     params = tag_next (params);  
  62. }  
  63. #endif  


一般有 setup_memory_tags、setup_commandline_tag 这两个标记就可以了，在配置文件Include/configs/fs4412.h中定义：

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2019独角兽企业重金招聘Python工程师标准>>> ./configure --prefix/usr/local/sphinx --with-mysql/usr/local/mysql make && make install cd /usr/local/sphinx/etc cp sphinx.conf.dist sphinx.conf vim sphinx.conf mysql -u test < /usr/local/sphi…
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Exynos4412裸机开发综合练习

Exynos4412裸机开发综合练习

下面是一个案例需求&#xff1a; 1、编写一段程序,该程序的主要功能是监控电路板上的电压值,若电压值超过当前的电压限制则通过蜂鸣器报警,通过按键解除报警; 2、其具体要求如下; a) 程序下载20s后,进入电压采集状态(使用RTC ALARM功能完成), 要求1s采集1次电路板电压值;(采用…
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Exynos4412 裸机开发 —— IIC总线

Exynos4412 裸机开发 —— IIC总线

前言&#xff1a; I2C(Inter-Integrated Circuit)总线(也称 IIC 或 I2C) 是有PHILIPS公司开发的两线式串行总线&#xff0c;用于连接微控制器及外围设备&#xff0c;是微电子通信控制领域广泛采用的一种总线标准。它是同步通信的一种特殊形式&#xff0c;具有接口线少、控制方式…
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Exynos4412裸机开发 —— A/D转换器

Exynos4412裸机开发 —— A/D转换器

一、Exynos4412 A/D转换器概述 1、简述 10位或12位CMOS再循环式模拟数字转换器&#xff0c;它具有10通道输入&#xff0c;并可将模拟量转换至10位或12位二进制数。5Mhz A/D 转换时钟时&#xff0c;最大1Msps的转换速度。A/D转换具备片上采样保持功能&#xff0c;同时也支持待机…
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Exynos4412裸机开发 —— UART

Exynos4412裸机开发 —— UART

一、Exynos4412 UART 的特性 Exynos4412 中UART&#xff0c;有4 个独立的通道&#xff0c;每个通道都可以工作于中断模式或DMA 模式&#xff0c;即 UART 可以发出中断或 DMA 请求以便在UART 、CPU 间传输数据。UART 由波特率发生器、发送器、接收器和控制逻辑组成。 使用系统时…
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Exynos4412裸机开发 —— 看门狗定时器

Exynos4412裸机开发 —— 看门狗定时器

一、看门狗定时器概述 看门狗&#xff08;WatchDog Timer) 定时器和PWM的定时功能目的不一样。它的特点是&#xff0c;需要不同的接收信号&#xff08;一些外置看门狗芯片&#xff09;或重新设置计数器&#xff0c;保持计数值不为0。一旦一些时间接收不到信号&#xff0c;或计数…
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