S5PV210-uboot解析(五)-do_bootm函数分析

在main_loop函数中倒计时结束后就执行 bootcmd 命令跳转到 do_bootm函数引导内核启动。

/*

 * Legacy format image header,

 * all data in network byte order (aka natural aka bigendian).

 */

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;

 

/*

 * Legacy and FIT format headers used by do_bootm() and do_bootm_<os>()

 * routines.

 */

typedef struct bootm_headers {

    /*

     * Legacy os image header, if it is a multi component image

     * then boot_get_ramdisk() and get_fdt() will attempt to get

     * data from second and third component accordingly.

     */

    image_header_t  *legacy_hdr_os;    /* image header pointer */

    image_header_t  legacy_hdr_os_copy;/* header copy */

    ulong       legacy_hdr_valid;

 

#if defined(CONFIG_FIT)

    const char*fit_uname_cfg; /* configuration node unit name */

 

    void       *fit_hdr_os;    /* os FIT image header */

    const char*fit_uname_os;  /* os subimage node unit name */

    int    fit_noffset_os; /* os subimage node offset */

 

    void       *fit_hdr_rd;    /* init ramdisk FIT image header */

    const char*fit_uname_rd;  /* init ramdisk subimage node unit name */

    int    fit_noffset_rd; /* init ramdisk subimage node offset */

 

#if defined(CONFIG_PPC)

    void       *fit_hdr_fdt;   /* FDT blob FIT image header */

    const char*fit_uname_fdt; /* FDT blob subimage node unit name */

    int    fit_noffset_fdt;/* FDT blob subimage node offset */

#endif

#endif

 

    int    verify;     /* getenv("verify")[0] != 'n' */

    struct lmb *lmb;       /* for memory mgmt */

} bootm_headers_t;

这两个结构体都是用来存储镜像的头信息的，image_header 用于 Legacy 方式启动的镜像，而bootm_headers 用于 Legacy 或 设备树(FDT)方式启动的镜像。这里只分析 Legacy 方式启动的镜像，在image_header 中需要注意这几个成员：

  uint32_t    ih_magic;  /* Image Header Magic Number    */

  uint32_t    ih_ep;     /* Entry Point Address       */

ih_magic内存储的是镜像的魔数，用来给uboot判断是什么格式的镜像(zImage、uImage等)

先看九鼎添加的这一段用zImage启动的代码：

#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);

    }

 

如果 argc<2，也就是没有传参的情况，uboot使用默认的 kernel 加载地址，如果有传参，就会使用传递的地址。load_addr 是在之前用宏定义赋值的一个unsigned long 变量。

 

    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);

从 kernel的起始地址后的36个字节，也就是第37-40字节中存储的是镜像的魔数，如果等于 LINUX_ZIMAGE_MAGIC 就说明这个镜像是 zImage 的镜像。

之后进行了一个虚拟地址到物理地址的转换，然后将addr 类型转换为 image_header_t，之后赋值，hdr->ih_os代表镜像的系统，hdr->ih_ep 代表镜像的入口(entry point)。ntohl函数是用来转换网络字节序到主机字节序的，与大小端有关，追了几层都是__开头的函数，系统调用的函数，一般不用管。

 

        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;

把 image_header_t 的信息复制到 bootm_headers_t 中。

 

        goto after_header_check;

头信息校验完毕，跳转到 after_header_check标号执行引导代码

    }

#endif

之后再看下uboot中自带的检查镜像头信息的一部分，和九鼎添加的这段代码差不多，只是封装更好，基本都调用函数来从头信息中获取镜像的信息来完成检查的操作。

/* get kernel image header, start address and length */

os_hdr = boot_get_kernel (cmdtp, flag, argc, argv,

        &images, &os_data, &os_len);

if (os_len == 0) {

    puts ("ERROR: can't get kernel image!\n");

    return 1;

}

 

/* get image parameters */

switch (genimg_get_format (os_hdr)) {

case IMAGE_FORMAT_LEGACY:

    type = image_get_type (os_hdr);

    comp = image_get_comp (os_hdr);

    os = image_get_os (os_hdr);

 

    image_end = image_get_image_end (os_hdr);

    load_start = image_get_load (os_hdr);

    break;

---

跳转到 after_header_check 标号，Legacy方式就是一个switch语句，根据镜像的系统来进入到对应的引导内核启动的函数中。

after_header_check:

    os = hdr->ih_os;

#endif

 

    switch (os) {

    default:           /* handled by (original) Linux case */

    case IH_OS_LINUX:

#ifdef CONFIG_SILENT_CONSOLE

        fixup_silent_linux();

#endif

        do_bootm_linux (cmdtp, flag, argc, argv, &images);

        break;

这里进入到 do_bootm_linux函数引导内核启动。

void do_bootm_linux (cmd_tbl_t *cmdtp, int flag, int argc, char *argv[],

             bootm_headers_t *images)

{

    ulong   initrd_start, initrd_end;

    ulong   ep = 0;

    bd_t    *bd = gd->bd;

    char   *s;

    intmachid = bd->bi_arch_number;

    void   (*theKernel)(int zero, int arch, uint params);

    intret;

 

这里定义的几个变量，ep是镜像入口，最后会赋值给theKernel ，theKernel所在的地址就是内核启动的第一句代码，还会接受 uboot 给他传递的几个参数。

#ifdef CONFIG_CMDLINE_TAG

    char *commandline = getenv ("bootargs");

#endif

 

    /* find kernel entry point */

    if (images->legacy_hdr_valid) {

        ep = image_get_ep (&images->legacy_hdr_os_copy);

#if defined(CONFIG_FIT)

    } else if (images->fit_uname_os) {

        ret = fit_image_get_entry (images->fit_hdr_os,

                    images->fit_noffset_os, &ep);

        if (ret) {

            puts ("Can't get entry point property!\n");

            goto error;

        }

#endif

    } else {

        puts ("Could not find kernel entry point!\n");

        goto error;

    }

这里用来找到 kernel 的入口，Legacy 方式就直接用image_get_ep 函数获取之前在 do_bootm函数中得到的ep，但是这里有点问题，我用SI找不到image_get_ep 这个函数的定义，只找得到这个函数被调用，很奇怪。后来在uboot/include/image.h 文件中找到了这个函数的定义，这个函数是用宏定义的，和U_BOOT_CMD宏类似。

#define image_get_hdr_l(f) \

    static inline uint32_t image_get_##f(image_header_t *hdr) \

    { \

        return uimage_to_cpu (hdr->ih_##f); \

    }

image_get_hdr_l (ep);

追进 uimage_to_cpu函数后发现就是 ntohl 函数，效果就是将 hdr->ih_ep 进行关于大小端的转换后返回这个值。

    theKernel = (void (*)(int, int, uint))ep;

这里就是将 ep赋值给 theKernel，theKernel 将是内核启动的第一句代码的地址。

 

    s = getenv ("machid");

    if (s) {

        machid = simple_strtoul (s, NULL, 16);

        printf ("Using machid 0x%x from environment\n", machid);

    }

获取 machid，之后会作为参数传递给内核进行比对。如果不同就不能启动。

 

    ret = boot_get_ramdisk (argc, argv, images, IH_ARCH_ARM,

            &initrd_start, &initrd_end);

    if (ret)

        goto error;

 

这里和 ramdisk(虚拟内存盘？)有关，在函数定义处发现大部分代码和FIT有关，与Legacy方式关系有限。

    show_boot_progress (15);

 

    debug ("## Transferring control to Linux (at address %08lx) ...\n",

           (ulong) theKernel);

 

#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 (&params);

#endif

#ifdef CONFIG_REVISION_TAG

    setup_revision_tag (&params);

#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

 

这一段代码和 uboot 向内核传参有关，uboot 向内核的传参方式是 tag 传参，tag 是 linux中定义的一种数据结构，uboot也定义了相同的数据结构以便于向 kernel 传参。

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;

};

struct tag_header {

    u32 size;

    u32 tag;

};

这个 tag 数据结构中定义了两个成员，一个是 tag_header 结构体，其中的 tag 成员用来表示有效信

息(比如 tag为 ATAG_CORE 就是起始，ATAG_NONE 就是结束，其他的 ATAG_XX 就是表示下面的

联合体中具体是哪一个结构体)。还有就是这个 tag 结构体没有定义一个具体的变量，在操作时是事

先定义的 tag* 类型的指针 params 来操作的。

这一段代码中的 setup_xxx_tag函数实现方式、作用都非常类似，都是首先给 hdr 赋值 tag参数的名称和大小，随后给联合体中写入之前存放板子参数信息的bd变量中的值。

    /* 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 ();

这个是在启动内核之前清 cache。

 

    theKernel (0, machid, bd->bi_boot_params);

    /* does not return */

    return;

 

跳转到 theKernel，附带三个参数，第一个是0，第二个是机器码，第三个是一系列 tag 结构体的首地址(即params = (struct tag *) bd->bi_boot_params;params->hdr.tag = ATAG_CORE 的结构体的地址)。在这里跳转到 theKernel后就正式进入到内核了，所以这里的注释写的 does not return，不会返回了。

error:

    do_reset (cmdtp, flag, argc, argv);

    return;

}

到这里，uboot 已经基本解析完毕，还剩下关于设备树启动方式的分析，这个以后再说吧。

回顾总结整个 uboot 启动过程，从 Makefile 开始配置编译uboot，随后从 start.S 开始启动 跳转到start_armboot 又到main_loop 最后到达 do_bootm 最终引导启动内核。这次对 uboot 代码的分析，一方面是锻炼我阅读代码的能力，另一方面是加强对整个 uboot 启动的理解，还有就是在这个过程中理解 uboot 代码的实现思路，uboot 整个代码的可移植性非常强，几乎考虑到了所有方面，大量的使用条件编译来增强其可移植性。uboot 中命令集的巧妙实现方式、对字符数组的解析、使用函数指针来跳转等技巧也使我受益匪浅。

接下来就准备开始移植 uboot 了。