主题 : 【分享】分析uboot是如何启动内核的 复制链接 | 浏览器收藏 | 打印
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楼主  发表于: 2011-09-02 09:26

 【分享】分析uboot是如何启动内核的

管理提醒: 本帖被 xoom 执行置顶操作(2011-09-02)
1.uboot启动内核的代码缩减如下:
s = getenv ("bootcmd");
debug ("### main_loop: bootcmd=\"%s\"\n", s ? s : "<UNDEFINED>");
if (bootdelay >= 0 && s && !abortboot (bootdelay))
{
        run_command (s, 0);
}

2.假设bootcmd = nand read.jffs2 0x30007FC0 kernel; bootm 0x30007FC0
<1> nand read.jffs2 0x30007FC0 kernel
nand read.jffs2 0x30007FC0 kernel;
从nand读出内核:从哪里读?   从kernel分区
        放到哪里去?-0x30007FC0

下面讲解什么是分区:
就是将nand划分为几个区域,一般如下:
bootloader-》params-》kernel-》root

这些分区的划分是在/include/configs/mini2440.h中写死的:
#define MTDPARTS_DEFAULT "mtdparts=nandflash0:250k@0(bootloader)," \
           "128k(params)," \
           "5m(kernel)," \
           "-(root)"

注:@0表示从0地址开始,250k的bootloader分区可能对某些uboot不够用,这里只是举例而已。
将上面的信息换算成十六进制:
#    name             大小        在nand上的起始地址    
0    bootloader     0x00040000        0x00000000
1    params        0x00020000              0x00040000        
2    kernel        0x00200000        0x00060000
3    root        0xfda00000        0x00260000

那么上面的nand read.jffs2 0x30007FC0 kernel就等价于:
nand read.jffs2 0x30007FC0 0x00060000 0x00200000
注:这里的read.jffs2并不是指定要什么特定的格式,而是用read.jffs2不需要块/页对齐,所以这个kernel的分区大小可以
随意定。

<2> bootm 0x30007FC0
关键函数do_bootm()

flash上存的内核:uImage
uImage = 头部+真正的内核

头部的定义如下:
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;
我们需要关心的是:
    uint32_t    ih_load;    /* Data     Load  Address        */
    uint32_t    ih_ep;        /* Entry Point Address        */
ih_load是加载地址,即内核运行是应该位于的地方  
ih_ep是入口地址,即内核的入口地址


这与uboot是类似的,uboot的加载地址是TEXT_BASE = 0x33F80000;入口地址是start.S中的_start。

其实我们把内核中nand读出来的时候是可以放在内核的任何地方的,如0x31000000,0x32000000等等,只要它不破坏uboot所占用的内存空间就可以了,如下图:
从0x33F4DF74-0x30000000都是可以用的。

那么为什么既然设定好了加载地址和入口地址内核还能随意放呢?
那是因为uImage有一个头部!头部里有加载地址和入口地址,当我们用bootm xxx的时候,
do_bootm这个函数会先去读uImage的头部以获取该uImage的加载地址和入口地址,当发现该uImage目前所处的内存地址不等于它的加载地址时,该函数会将该uImage移动到它的加载地址上,在代码中体现如下:
case IH_COMP_NONE::
if (load != image_start)
{
        memmove_wd ((void *)load, (void *)image_start, image_len, CHUNKSZ);
}
另外,当我们的内核正好处于头部指定的加载地址的话,那么就不用uboot的do_bootm函数来帮我们搬运内核了,这样可以节省启动时间。这就是为什么我们一般都下载uImage到
0x30007FC0的原因了!

我们所用的内核加载地址是0x30008000,而头部的大小为64个字节,所以将内核拷贝到0x30007FC0时,再加载头部的64个字节,内核正好位于0x30008000处!


现在总结bootm做了什么:
1.    读取头部
2.    将内核移动到加载地址
3.    启动内核

具体如何启动内核?
使用do_bootm_linux(),在/lib_arm/bootm.c定义,因为我们已经知道入口地址了,所以只需跳到入口地址就可以启动linux内核了,但是在这之前需要做一件事————uboot传递参数给内核!!
现在来分析do_bootm_linux()这个函数:
    theKernel = (void (*)(int, int, uint))images->ep;//先是将入口地址赋值给theKernel
    theKernel (0, machid, bd->bi_boot_params);//然后是调用thekernel
函数,以0,machid,bd->bi_boot_params作为参数
下面分析这三个参数:
1.machid就是uboot里设置好的板子的机器码,mini2440的是MACH_TYPE_MINI2440 (1999),内核所设置的机器码和uboot所设置的机器码必须一致才能启动内核
2.bd->bi_boot_parmas就是uboot需传递给内核的启动参数所位于的地址
3.0暂时还不知道什么作用/**********************************************/

那么uboot传给内核的启动参数是在哪里设置的呢?
其实就是在调用    theKernel (0, machid, bd->bi_boot_params);前面的一小段代码里设置的,下面我截取了部分片段:
setup_start_tag (bd);
setup_revision_tag (&params);
setup_memory_tags (bd);
setup_commandline_tag (bd, commandline);
setup_initrd_tag (bd, images->rd_start, images->rd_end);
setup_videolfb_tag ((gd_t *) gd);
setup_end_tag (bd);
每一个启动参数对应一个tag结构体,所谓的设置传递参数其实就是初始化这些tag的值,想了解这个结构体以及这些tag的值是如何设置的请看韦东山的书关于uboot移植章节!
下面我们看一下setup_start_tag(bd)这个函数先:
static void setup_start_tag (bd_t *bd)
{
    params = (struct tag *) bd->bi_boot_params;  
//在board.c中有一句gd->bd->bi_boot_params = 0x30000100,这里设置了参数存放的位置

    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);
}
我们再来看下setup_commandline_tag (bd, commandline);这个函数:
static void setup_commandline_tag (bd_t *bd, char *commandline)
{
// commandline就是我们的bootargs
    char *p;
    if (!commandline)
        return;
    for (p = commandline; *p == ' '; p++);
    if (*p == '\0')
        return;
    params->hdr.tag = ATAG_CMDLINE;
    params->hdr.size =
        (sizeof (struct tag_header) + strlen (p) + 1 + 4) >> 2;
    strcpy (params->u.cmdline.cmdline, p);
    params = tag_next (params);
}
Linux内核启动时就会去读取这些tag参数
小弟的分析就这么点。。。大家不要嘲笑小弟。。。
[ 此帖被wuweidong在2012-03-26 13:04重新编辑 ]
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1楼  发表于: 2011-09-02 10:40
分析得好啊,可惜我看不懂
不想当厨子的裁缝,不是好司机。
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2楼  发表于: 2011-09-02 19:01
好贴呀,学习
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3楼  发表于: 2011-09-02 19:52
好贴
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4楼  发表于: 2011-09-04 15:29
又看了一遍,还是不怎么看得懂,我现在手上有一块tiny6410的板,我想自己移植一个uboot 然后在移植内核、文件系统。把linux系统的学习一遍,然后专心做linux的驱动开发。楼主能先帮帮我吗,先指导我移植uboot,可以吗,感激不尽
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5楼  发表于: 2011-09-04 21:12
不一定要先移植uboot,如果学习过驱动再来移植uboot可能会比较快上手
好好学习,天天鲁管
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6楼  发表于: 2011-09-05 12:02
U-BOOT还没用过的飘过,只是写过驱动,我也有和一楼一样的想法。想系统的自己搭建环境,然后专心做驱动。
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7楼  发表于: 2011-09-05 21:16
这个要支持,呵呵。。
赶紧学好linux!
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8楼  发表于: 2011-09-08 13:15
学习学习,挺好的
喜欢linux
不懂就问,懂就答,都不懂,问神!
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9楼  发表于: 2011-09-16 09:04
好贴!学习中。。。