深入MTK平台bootloader启动之【 lk -> kernel】分析笔记

接上一篇分析: 《深入MTK平台bootloader启动之【 Pre-loader -> Lk】分析笔记》

Pre-loader 运行在ISRAM，待完成 DRAM 的初始化后，再将lk载入DRAM中，最后通过特殊sys call手段实现跳转到lk的执行入口，正式进入lk初始化阶段.

一、lk执行入口：

位于.text.boot 这个section(段)，具体定义位置为：

./lk/arch/arm/system-onesegment.ld:10:.text.boot : { *(.text.boot) }./lk/arch/arm/system-twosegment.ld:10:.text.boot : { *(.text.boot) }

该段的代码执行入口是crt0.S文件，位置为：

./lk/arch/arm/crt0.S

crt0.S 中会经过一系列的初始化准备操作，最终跳转到C代码入口kmain函数开始执行，这个是 我们需要重点分析关注的，kmain的位置：

./lk/kernel/main.c

From Lk to Kernel 总时序图

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二、源码分析：

1、crt0.S.section ".text.boot"....Lstack_setup:/* ==set up the stack for irq, fi==q, abort, undefined, system/user, and lastly supervisor mode */mrs     r0, cpsrbic     r0, r0, #0x1fldrr2, =abort_stack_toporr     r1, r0, #0x12 // irqmsr     cpsr_c, r1ldrr13, =irq_save_spot/* save a pointer to a temporary dumping spot used during irq delivery */    orr     r1, r0, #0x11 // fiqmsr     cpsr_c, r1movsp, r2            orr     r1, r0, #0x17 // abortmsr     cpsr_c, r1movsp, r2    orr     r1, r0, #0x1b // undefinedmsr     cpsr_c, r1movsp, r2    orr     r1, r0, #0x1f // systemmsr     cpsr_c, r1movsp, r2orrr1, r0, #0x13 // supervisormsrcpsr_c, r1movsp, r2...blkmain

crt0.S 小结：

这里主要干的事情就是建立fiq/irq/abort等各种模式的stack，初始化向量表，然后切换到管理模式（pre-loader运行在EL3, lk运行在EL1），最后跳转到C代码入口 kmain 执行.

2、kmain ：

void kmain(void){boot_time = get_timer(0);/* 早期初始化线程池的上下文，包括运行队列、线程链表的建立等，   lk架构支持多线程，但是此阶段只有一个cpu处于online，所以也只有一条代码执行路径.*/thread_init_early();/* 架构初始化，包括DRAM,MMU初始化使能，使能协处理器，   preloader运行在ISRAM，属于物理地址，而lk运行在DRAM，可以选择开启MMU或者关闭，开启MMU可以加速lk的加载过程.*/arch_early_init();/*  平台硬件早期初始化，包括irq、timer，wdt，uart，led，pmic，i2c，gpio等,   初始化平台硬件，建立lk基本运行环境。*/platform_early_init();boot_time = get_timer(0);// 这个是保留的空函数.target_early_init();dprintf(CRITICAL, "welcome to lk\n\n");/*  执行定义在system-onesegment.ld 描述段中的构造函数，不太清楚具体机制：__ctor_list = .;.ctors : { *(.ctors) }__ctor_end = .;*/call_constructors();//内核堆链表上下文初始化等.heap_init();// 线程池初始化,前提是PLATFORM_HAS_DYNAMIC_TIMER需要支持.thread_init();// dpc系统是什么？据说是一个类似work_queue的东东，dpc的简称是什么就不清楚了.dpc_init();// 初始化内核定时器timer_init();    // 创建系统初始化工作线程,执行app初始化，lk把业务部分当成一个app.thread_resume(thread_create("bootstrap2", &bootstrap2, NULL, DEFAULT_PRIORITY, DEFAULT_STACK_SIZE));// 使能中断.exit_critical_section();// become the idle threadthread_become_idle();}

kmain 小结：

。初始化线程池，建立线程管理链表、运行队列等；

。初始化各种平台硬件，包括irq、timer，wdt，uart，led，pmic，i2c，gpio等，建立lk基本运行环境；

。初始化内核heap、内核timer等；

。创建系统初始化主线程，进入bootstrap2执行，使能中断，当前线程进入idle;

3、bootstrap2 分析：

static int bootstrap2(void *arg){.../*  平台相关初始化，包括nand/emmc，LCM显示驱动，启动模式选择，加载logo资源，  具体代码流程如下时序图.*/platform_init();.../*  app初始化，跳转到mt_boot_init入口开始执行,对应的 ".apps" 这个section.*/apps_init();return 0;}

platform_init 时序图：

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这里的 apps_init 跳转机制还有点特别：

extern const struct app_descriptor __apps_start;extern const struct app_descriptor __apps_end;void apps_init(void){const struct app_descriptor *app;/* 这里具体干了什么？如何跳转到mt_boot_init入口？有点不知所云    依次遍历 从__apps_start 到__apps_end 又是什么东东？*/for (app = &__apps_start; app != &__apps_end; app++) {if (app->init)app->init(app);}...}

这个__apps_start 跟 __apps_end哪里定义的？ 是怎么回事呢？ 这里就需要了解一点编译链接原理跟memory 布局的东东， 这个实际上是指memory中的一个只读数据段的起始&结束地址区间， 它定义在这个文件中：

./lk/arch/arm/system-onesegment.ld:47:__apps_start = .;.rodata : { .... = ALIGN(4);__apps_start = .;KEEP (*(.apps))__apps_end = .;. = ALIGN(4); __rodata_end = . ;}

该mem地址区间是[__apps_start, __apps_end]，显然区间就是“.apps” 这个section内容了. 那么这个section是在哪里初始化的呢？继续看：

./lk/app/mt_boot/mt_boot.c:1724:APP_START(mt_boot).init = mt_boot_init, APP_END

展开APP_START：

#define APP_START(appname) struct app_descriptor _app_##appname __SECTION(".apps") = { .name = #appname,#define APP_END };

到这里就很明显了，编译链接系统会将mt_boot_init这个地址记录到".apps"这个section中！所以下面代码要干的事情就很清晰了，执行app->init(app)后就等价于调用了void mt_boot_init(const struct app_descriptor *app) 函数.

for (app = &__apps_start; app != &__apps_end; app++) {if (app->init)app->init(app);}

bootstrap2 函数小结：

。平台相关初始化，包括nand/emmc，显现相关驱动，启动模式选择，加载logo资源 检测是否DA模式，检测分区中是否有KE信息，如果就KE信息，就从分区load 到DRAM， 点亮背光，显示logo，禁止I/D-cache和MMU,跳转到DA（??）,配置二级cache的size 获取bat电压，判断是否低电量是否显示充电logo等，总之此函数干的事情比较多.时序图(platform_init)可以比较清晰直观的描述具体细节

。跳转到到mt_boot_init函数,对应的 ".apps" 这个section，相关机制上面已经详细描述，不再复述.

4、mt_boot_init 分析

void mt_boot_init(const struct app_descriptor *app){unsigned usb_init = 0;unsigned sz = 0;int sec_ret = 0;char tmp[SN_BUF_LEN+1] = {0};unsigned ser_len = 0;u64 key;u32 chip_code;char serial_num[SERIALNO_LEN];/* 获取串号字符串 */key = get_devinfo_with_index(13);key = (key << 32) | (unsigned int)get_devinfo_with_index(12);    /* 芯片代码 */chip_code = board_machtype();if (key != 0)get_serial(key, chip_code, serial_num);elsememcpy(serial_num, DEFAULT_SERIAL_NUM, SN_BUF_LEN);/* copy serial from serial_num to sn_buf */memcpy(sn_buf, serial_num, SN_BUF_LEN);dprintf(CRITICAL,"serial number %s\n",serial_num);    /* 从特定分区获取产品sn号，如果获取失败就使用默认值 DEFAULT_SERIAL_NUM */#ifdef SERIAL_NUM_FROM_BARCODEser_len = read_product_info(tmp);if (ser_len == 0) {ser_len = strlen(DEFAULT_SERIAL_NUM);strncpy(tmp, DEFAULT_SERIAL_NUM, ser_len);}memset( sn_buf, 0, sizeof(sn_buf));strncpy( sn_buf, tmp, ser_len);#endifsn_buf[SN_BUF_LEN] = '\0';surf_udc_device.serialno = sn_buf;/* mtk平台默认不支持 fastboot */if (g_boot_mode == FASTBOOT)goto fastboot;/* secure boot相关 */#ifdef MTK_SECURITY_SW_SUPPORT#if MTK_FORCE_VERIFIED_BOOT_SIG_VFYg_boot_state = BOOT_STATE_RED;#elseif (0 != sec_boot_check(0)) {g_boot_state = BOOT_STATE_RED;}#endif#endif/* 这里干的事情就比较多了，跟进g_boot_mode选择各种启动模式，例如：normal、facotry、fastboot、recovery等,然后从ROM中的boot.img分区找到(解压)ramdisk跟zImage的地址loader到DRAM的特定地址中，kernel最终load到DRAM中的地址(DRAM_PHY_ADDR + 0x8000) == 0x00008000.read the data of boot (size = 0x811800)*/boot_linux_from_storage();fastboot:target_fastboot_init();if (!usb_init)/*Hong-Rong: wait for porting*/udc_init(&surf_udc_device);mt_part_dump();sz = target_get_max_flash_size();fastboot_init(target_get_scratch_address(), sz);udc_start();}

mt_boot_init 分析小结：

。获取设备串号字符串、芯片代码、sn号等.

。如果实现了secure boot则进行sec boot的check工作；

。进入 boot_linux_from_storage 函数初始化,该函数很重要，干了很多事情，如下分析.

5、boot_linux_from_storage 分析：

int boot_linux_from_storage(void){int ret=0;...switch (g_boot_mode) {case NORMAL_BOOT:case META_BOOT:case ADVMETA_BOOT:case SW_REBOOT:case ALARM_BOOT:case KERNEL_POWER_OFF_CHARGING_BOOT:case LOW_POWER_OFF_CHARGING_BOOT:                        /* 检查boot分区的头部是否有bootopt标识，如果没有就报错 */ret = mboot_android_load_bootimg_hdr("boot", CFG_BOOTIMG_LOAD_ADDR);if (ret < 0) {msg_header_error("Android Boot Image");}                       /* 64bit & 32bit kimg地址获取不一样*/if (g_is_64bit_kernel) {kimg_load_addr = (unsigned int)target_get_scratch_address();} else {kimg_load_addr = (g_boot_hdr!=NULL) ? g_boot_hdr->kernel_addr : CFG_BOOTIMG_LOAD_ADDR;}                       /*                         从EMMC的boot分区取出bootimage载入到DRAM                          dprintf(CRITICAL, " > from - 0x%016llx (skip boot img hdr)\n",start_addr);                        dprintf(CRITICAL, " > to   - 0x%x (starts with kernel img hdr)\n",addr);                        len = dev->read(dev, start_addr, (uchar*)addr, g_bimg_sz); <<= 系统调用load到DRAM                       开机log：                              [3380]  > from - 0x0000000001d20800 (skip boot img hdr)                              [3380]  > to   - 0x80008000 (starts with kernel img hdr)                       */ret = mboot_android_load_bootimg("boot", kimg_load_addr);if (ret < 0) {msg_img_error("Android Boot Image");}dprintf(CRITICAL,"[PROFILE] ------- load boot.img takes %d ms -------- \n", (int)get_timer(time_load_bootimg));break;case RECOVERY_BOOT:...break;case FACTORY_BOOT:case ATE_FACTORY_BOOT:...break;...}/* 重定位根文件系统（ramdisk）地址 */memcpy((g_boot_hdr!=NULL) ? (char *)g_boot_hdr->ramdisk_addr : (char *)CFG_RAMDISK_LOAD_ADDR, (char *)(g_rmem_off), g_rimg_sz);g_rmem_off = (g_boot_hdr!=NULL) ? g_boot_hdr->ramdisk_addr : CFG_RAMDISK_LOAD_ADDR;.../* 传入cmdline，设置selinux */#if SELINUX_STATUS == 1cmdline_append("androidboot.selinux=disabled");#elif SELINUX_STATUS == 2cmdline_append("androidboot.selinux=permissive");#endif/* 准备启动linux kernel */boot_linux((void *)CFG_BOOTIMG_LOAD_ADDR, (unsigned *)CFG_BOOTARGS_ADDR,           (char *)cmdline_get(), board_machtype(), (void *)CFG_RAMDISK_LOAD_ADDR, g_rimg_sz);while (1) ;return 0;}

boot_linux_from_storage 小结：

。跟据g_boot_mode选择各种启动模式，例如： normal、facotry、fastboot、recovery等,然后从EMMC中的boot分区找到(解压) ramdisk跟zImage的地址通过read系统调用load到DRAM址中， kernel最终load到DRAM的地址：(DRAM_PHY_ADDR + 0x8000)；

。重定位根文件系统地址；

。跳转到 boot_linux，正式拉起kernel；

6、boot_linux 分析： 

boot_linux 实际上跑的是boot_linux_fdt,这个函数有对dtb的加载做出来，期间操作相当复杂，这里只简单关注主流程.

void boot_linux(void *kernel, unsigned *tags,                char *cmdline, unsigned machtype,                void *ramdisk, unsigned ramdisk_size){...// 新架构都是走fdt分支.#ifdef DEVICE_TREE_SUPPORTboot_linux_fdt((void *)kernel, (unsigned *)tags,               (char *)cmdline, machtype,               (void *)ramdisk, ramdisk_size);while (1) ;#endif...int boot_linux_fdt(void *kernel, unsigned *tags,                   char *cmdline, unsigned machtype,                   void *ramdisk, unsigned ramdisk_size){...void (*entry)(unsigned,unsigned,unsigned*) = kernel;...// find dt from kernel imgif (fdt32_to_cpu(*(unsigned int *)dtb_addr) == FDT_MAGIC) {dtb_size = fdt32_to_cpu(*(unsigned int *)(dtb_addr+0x4));} else {dprintf(CRITICAL,"Can't find device tree. Please check your kernel image\n");while (1) ;}...if (!has_set_p2u) {/* 控制进入kernel后uart的输出，非eng版本默认是关闭的，如果调试需要就可以改这里为   "printk.disable_uart=0" */ #ifdef USER_BUILDsprintf(cmdline,"%s%s",cmdline," printk.disable_uart=1");#elsesprintf(cmdline,"%s%s",cmdline," printk.disable_uart=0 ddebug_query=\"file *mediatek* +p ; file *gpu* =_\"");#endif...}...// led,irq关闭platform_uninit();// 关闭I/D-cache，关闭MMU，今天kernel的条件.arch_disable_cache(UCACHE);arch_disable_mmu();// sec initextern void platform_sec_post_init(void)__attribute__((weak));if (platform_sec_post_init) {platform_sec_post_init();}// 如果是正在充电，检测到power key后执行reset.if (kernel_charging_boot() == 1) {if (pmic_detect_powerkey()) {dprintf(CRITICAL,"[%s] PowerKey Pressed in Kernel Charging Mode Before Jumping to Kernel, Reboot Os\n", __func__);mtk_arch_reset(1);}}#endif...// 输出关键信息。dprintf(CRITICAL,"cmdline: %s\n", cmdline);dprintf(CRITICAL,"lk boot time = %d ms\n", lk_t);dprintf(CRITICAL,"lk boot mode = %d\n", g_boot_mode);dprintf(CRITICAL,"lk boot reason = %s\n", g_boot_reason[boot_reason]);dprintf(CRITICAL,"lk finished --> jump to linux kernel %s\n\n", g_is_64bit_kernel ? "64Bit" : "32Bit");// 执行系统调用，跳转到kernel，这里的entry实际上就是前面的kernel在DRAM的入口地址.if (g_is_64bit_kernel) {lk_jump64((u32)entry, (u32)tags, 0, KERNEL_64BITS);} else {                dprintf(CRITICAL,"[mt_boot] boot_linux_fdt entry:0x%08x, machtype：%d\n",entry,machtype);entry(0, machtype, tags);}while (1);return 0;}

开机log打印信息：

[4260] cmdline: console=tty0 console=ttyMT0,921600n1 root=/dev/ram vmalloc=496M androidboot.hardware=mt6580 androidboot.verifiedbootstate=green bootopt=64S3,32S1,32S1 printk.disable_uart=1 bootprof.pl_t=1718 bootprof.lk_t=2178 boot_reason=0 androidboot.serialno=0123456789ABCDEF androidboot.bootreason=power_key gpt=1[4260] lk boot time = 2178 ms[4260] lk boot mode = 0[4260] lk boot reason = power_key[4260] lk finished --> jump to linux kernel 32Bit[4260] [mt_boot] boot_linux_fdt entry:0x80008000, machtype：6580

boot_linux 小结：

。初始化DTB(device tree block)；

。准备各种cmdline参数传入kernel；

。关闭I/D-cache、MMU；

。打印关键信息，正式拉起kernel.

到这里，bootloader两个阶段就分析完了!

Bootloader 启动简单总结：

Pre-loader -》lk主要干的事情：

1、初始化 DRAM等必须硬件;

2、与flashtool USB握手，download 相关检测 & sec boot检测；

3、将lk载入DRAM，若实现了EL3则把atf载入内存;

4、跳转到lk，若实现了EL3，则先跳转到atf，初始化atf后再跳转回lk初始化；

lk -》 kernel 主要干的事情：

1、打开MMU,使能I/D-cache，加速lk执行，显示logo、充电相关；

2、从emmc中boot分区取出boot.img解压，将根文件系统（ramdisk）、zImage load到DRAM；

3、解析dtb，写入到DRAM指定区域；

4、关闭MMU、irq / fiq，关闭I/D-cache, 拉起 kernel;