U-BOOT启动kernel的过程

2024-08-28 11:58
文章标签 启动 过程 boot kernel

本文主要是介绍U-BOOT启动kernel的过程，希望对大家解决编程问题提供一定的参考价值，需要的开发者们随着小编来一起学习吧！

u-boot是一种bootloader，它其实就是一段单机程序，在系统上电时自动执行，初始化硬件设备，准备好软件环境，就是为了达到其终极目的——启动内核。
本文记录了以u-boot启动运行在ARM上的Linux为例，拷贝内核镜像文件到SDRAM后，调用do_bootm的过程。话不多说，先上软件流程图：
这里写图片描述

一、内核镜像文件的检查

内核镜像文件拷贝到SDRAM上之后，需要对镜像文件进行检查，包括Image Magic Number，镜像文件头CRC，内核内容CRC，是否支持当前的CPU，是否需要解压，将内核内容拷贝到内核启动地址。这一些列的操作都是通过common/cmd_bootm.c中的do_bootm()函数来实现的。
@cmd_tbl_t *cmdtp: do_bootm的命令结构体指针
@argc： 参数个数，以”bootm 0x30007FC0”为例，argc = 2
@argv：存放参数，argv[0] = “bootm”, argv[1] = “0x30007FC0”

int do_bootm (cmd_tbl_t *cmdtp, int flag, int argc, char *argv[])
{ulong   iflag;ulong   addr;ulong   data, len, checksum;ulong  *len_ptr;uint    unc_len = CFG_BOOTM_LEN;int i, verify;char    *name, *s;int (*appl)(int, char *[]);image_header_t *hdr = &header;// 检索环境变量"verify"，若检索成功则verify = 0,否则为1s = getenv ("verify");verify = (s && (*s == 'n')) ? 0 : 1;// 若参数个数小于2，表明没有传入内核镜像加载地址，则使用默认的加载地址load_addrif (argc < 2) {addr = load_addr;} else {addr = simple_strtoul(argv[1], NULL, 16);}SHOW_BOOT_PROGRESS (1);printf ("## Booting image at %08lx ...\n", addr);// 拷贝镜像文件的文件头到header。memmove (&header, (char *)addr, sizeof(image_header_t));// check the Image Magic Numberif (ntohl(hdr->ih_magic) != IH_MAGIC) {{puts ("Bad Magic Number\n");SHOW_BOOT_PROGRESS (-1);return 1;}}SHOW_BOOT_PROGRESS (2);// 将header的地址值赋给data，长度赋给lendata = (ulong)&header;len  = sizeof(image_header_t);// 读取镜像文件头hcrc的值checksum = ntohl(hdr->ih_hcrc);hdr->ih_hcrc = 0;// 对镜像文件头做CRC校验。if (crc32 (0, (uchar *)data, len) != checksum) {puts ("Bad Header Checksum\n");SHOW_BOOT_PROGRESS (-2);return 1;}SHOW_BOOT_PROGRESS (3);/* for multi-file images we need the data part, too */// 显示镜像文件头信息。print_image_hdr ((image_header_t *)addr);// 计算内核的入口地址值，赋给data，内核的大小赋给lendata = addr + sizeof(image_header_t);len  = ntohl(hdr->ih_size);// 如果需要，校验内核内容的CRC。if (verify) {puts ("   Verifying Checksum ... ");if (crc32 (0, (uchar *)data, len) != ntohl(hdr->ih_dcrc)) {printf ("Bad Data CRC\n");SHOW_BOOT_PROGRESS (-3);return 1;}puts ("OK\n");}SHOW_BOOT_PROGRESS (4);// len_ptr指向内核的入口地址。len_ptr = (ulong *)data;if (hdr->ih_arch != IH_CPU_ARM){printf ("Unsupported Architecture 0x%x\n", hdr->ih_arch);SHOW_BOOT_PROGRESS (-4);return 1;}SHOW_BOOT_PROGRESS (5);// 获取镜像文件的类型，若是内核则 name = "Kernel Image";switch (hdr->ih_type) {case IH_TYPE_STANDALONE:name = "Standalone Application";/* A second argument overwrites the load address */if (argc > 2) {hdr->ih_load = htonl(simple_strtoul(argv[2], NULL, 16));}break;case IH_TYPE_KERNEL:name = "Kernel Image";break;case IH_TYPE_MULTI:name = "Multi-File Image";len  = ntohl(len_ptr[0]);/* OS kernel is always the first image */data += 8; /* kernel_len + terminator */for (i=1; len_ptr[i]; ++i)data += 4;break;default: printf ("Wrong Image Type for %s command\n", cmdtp->name);SHOW_BOOT_PROGRESS (-5);return 1;}SHOW_BOOT_PROGRESS (6);/** We have reached the point of no return: we are going to* overwrite all exception vector code, so we cannot easily* recover from any failures any more...*/iflag = disable_interrupts();// 判断镜像文件是否为压缩文件，若为压缩文件，解压缩。switch (hdr->ih_comp) {case IH_COMP_NONE:if(ntohl(hdr->ih_load) == data) {printf ("   XIP %s ... ", name);} else {
#if defined(CONFIG_HW_WATCHDOG) || defined(CONFIG_WATCHDOG)size_t l = len;void *to = (void *)ntohl(hdr->ih_load);void *from = (void *)data;printf ("   Loading %s ... ", name);while (l > 0) {size_t tail = (l > CHUNKSZ) ? CHUNKSZ : l;WATCHDOG_RESET();memmove (to, from, tail);to += tail;from += tail;l -= tail;}
#else   /* !(CONFIG_HW_WATCHDOG || CONFIG_WATCHDOG) */memmove ((void *) ntohl(hdr->ih_load), (uchar *)data, len);
#endif  /* CONFIG_HW_WATCHDOG || CONFIG_WATCHDOG */}break;case IH_COMP_GZIP:printf ("   Uncompressing %s ... ", name);if (gunzip ((void *)ntohl(hdr->ih_load), unc_len,(uchar *)data, &len) != 0) {puts ("GUNZIP ERROR - must RESET board to recover\n");SHOW_BOOT_PROGRESS (-6);do_reset (cmdtp, flag, argc, argv);}break;
#ifdef CONFIG_BZIP2case IH_COMP_BZIP2:printf ("   Uncompressing %s ... ", name);/** If we've got less than 4 MB of malloc() space,* use slower decompression algorithm which requires* at most 2300 KB of memory.*/i = BZ2_bzBuffToBuffDecompress ((char*)ntohl(hdr->ih_load),&unc_len, (char *)data, len,CFG_MALLOC_LEN < (4096 * 1024), 0);if (i != BZ_OK) {printf ("BUNZIP2 ERROR %d - must RESET board to recover\n", i);SHOW_BOOT_PROGRESS (-6);udelay(100000);do_reset (cmdtp, flag, argc, argv);}break;
#endif /* CONFIG_BZIP2 */default:if (iflag)enable_interrupts();printf ("Unimplemented compression type %d\n", hdr->ih_comp);SHOW_BOOT_PROGRESS (-7);return 1;}puts ("OK\n");SHOW_BOOT_PROGRESS (7);// 对于内核镜像文件，在这里直接跳到下一步操作。switch (hdr->ih_type) {case IH_TYPE_STANDALONE:if (iflag)enable_interrupts();/* load (and uncompress), but don't start if "autostart"* is set to "no"*/if (((s = getenv("autostart")) != NULL) && (strcmp(s,"no") == 0)) {char buf[32];sprintf(buf, "%lX", len);setenv("filesize", buf);return 0;}appl = (int (*)(int, char *[]))ntohl(hdr->ih_ep);(*appl)(argc-1, &argv[1]);return 0;case IH_TYPE_KERNEL:case IH_TYPE_MULTI:/* handled below */break;default:if (iflag)enable_interrupts();printf ("Can't boot image type %d\n", hdr->ih_type);SHOW_BOOT_PROGRESS (-8);return 1;}SHOW_BOOT_PROGRESS (8);// 到了这里说明镜像文件是内核文件，判断是什么类型的内核，然后调用相应的启动函数，这里是Linux OS,所以调用do_bootm_linuxswitch (hdr->ih_os) {default:            /* handled by (original) Linux case */case IH_OS_LINUX:
#ifdef CONFIG_SILENT_CONSOLEfixup_silent_linux();
#endif// 若bootm传入的命令参数为"bootm 0x30007FC0"，则// cmdtp = store the address where the cmd_bootm struct table.// flag = 0// argc = 2// argv[0] = "bootm"// argv[1] = "0x30007FC0"// addr = 0x30007FC0// len_ptr = 0x30008000// verify = 1do_bootm_linux  (cmdtp, flag, argc, argv,addr, len_ptr, verify);break;case IH_OS_NETBSD:do_bootm_netbsd (cmdtp, flag, argc, argv,addr, len_ptr, verify);break;#ifdef CONFIG_LYNXKDIcase IH_OS_LYNXOS:do_bootm_lynxkdi (cmdtp, flag, argc, argv,addr, len_ptr, verify);break;
#endifcase IH_OS_RTEMS:do_bootm_rtems (cmdtp, flag, argc, argv,addr, len_ptr, verify);break;#if (CONFIG_COMMANDS & CFG_CMD_ELF)case IH_OS_VXWORKS:do_bootm_vxworks (cmdtp, flag, argc, argv,addr, len_ptr, verify);break;case IH_OS_QNX:do_bootm_qnxelf (cmdtp, flag, argc, argv,addr, len_ptr, verify);break;
#endif /* CFG_CMD_ELF */
#ifdef CONFIG_ARTOScase IH_OS_ARTOS:do_bootm_artos  (cmdtp, flag, argc, argv,addr, len_ptr, verify);break;
#endif}SHOW_BOOT_PROGRESS (-9);
#ifdef DEBUGputs ("\n## Control returned to monitor - resetting...\n");do_reset (cmdtp, flag, argc, argv);
#endifreturn 1;
}

二、达成终极目标——启动内核

在确认镜像文件无误，拷贝内核到调用入口地址处（如果需要的话）后，调用do_bootm_linux()，设置u-boot传给内核的参数并为启动内核做一些初始化，包括关闭中断，关闭MMU，关闭数据cache，设置CPU为SVC模式，设置R0~R2寄存器的值，最终跳到内核入口地址调用内核。
由于u-boot和内核的交互是单向的，传递参数的办法只有一个：u-boot将参数放在某个约定的地方之后，再启动内核，内核启动后从这个地方获得参数。


// 若bootm传入的命令参数为"bootm 0x30007FC0"，则
// cmdtp = store the address where the cmd_bootm struct table.
// flag = 0
// argc = 2
// argv[0] = "bootm"
// argv[1] = "0x30007FC0"
// addr = 0x30007FC0
// len_ptr = 0x30008000
// verify = 1
void do_bootm_linux (cmd_tbl_t *cmdtp, int flag, int argc, char *argv[],ulong addr, ulong *len_ptr, int verify)
{ulong len = 0, checksum;ulong initrd_start, initrd_end;ulong data;void (*theKernel)(int zero, int arch, uint params);image_header_t *hdr = &header;bd_t *bd = gd->bd;#ifdef CONFIG_CMDLINE_TAG// 获取OS的启动参数： 若 bootargs=noinitrd root=/dev/mtdblock3 init=/linuxrc console=ttySAC0// 则commandline = "noinitrd root=/dev/mtdblock3 init=/linuxrc console=ttySAC0"char *commandline = getenv ("bootargs");
#endif// theKernel指向内核的入口地址theKernel = (void (*)(int, int, uint))ntohl(hdr->ih_ep);/** no initrd image*/ SHOW_BOOT_PROGRESS (14);len = data = 0;#ifdef  DEBUGif (!data) {printf ("No initrd\n");}
#endifif (data) {initrd_start = data;initrd_end = initrd_start + len;} else {initrd_start = 0;initrd_end = 0;} SHOW_BOOT_PROGRESS (15);debug ("## Transferring control to Linux (at address %08lx) ...\n",(ulong) theKernel);// 设置传递给内核的参数 TLV格式
#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)setup_start_tag (bd);
#ifdef CONFIG_SERIAL_TAGsetup_serial_tag (&params);
#endif
#ifdef CONFIG_REVISION_TAGsetup_revision_tag (&params);
#endif
#ifdef CONFIG_SETUP_MEMORY_TAGSsetup_memory_tags (bd);
#endif
#ifdef CONFIG_CMDLINE_TAGsetup_commandline_tag (bd, commandline);
#endif
#ifdef CONFIG_INITRD_TAGif (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);
#endifsetup_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 (); // cancled by www.100ask.net}
#endif// 在调用内核之前，做一些必要的初始化。cleanup_before_linux ();// 通过入参，设置CPU寄存器// R0 = 0// R1 = 机器类型ID// R2 = 启动参数标记列表在RAM中起始基地址theKernel (0, bd->bi_arch_number, bd->bi_boot_params);
}

// 设置起始TAG参数，参数列表的其实地址为 bd->bi_boot_params
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);
}


// 关中断，关流水线，清cache
int cleanup_before_linux (void)
{/** this function is called just before we call linux* it prepares the processor for linux** we turn off caches etc ...*/unsigned long i;disable_interrupts ();/* turn off I/D-cache */asm ("mrc p15, 0, %0, c1, c0, 0":"=r" (i));i &= ~(C1_DC | C1_IC);asm ("mcr p15, 0, %0, c1, c0, 0": :"r" (i));/* flush I/D-cache */i = 0;asm ("mcr p15, 0, %0, c7, c7, 0": :"r" (i));return (0);
}

这篇关于U-BOOT启动kernel的过程的文章就介绍到这儿，希望我们推荐的文章对编程师们有所帮助！


http://www.chinasem.cn/article/1114702。

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