横漂一姐2024年10月13日发布:uboot启动内核是什么，认识 uboot 和内核之间不可不说的关系

⭐发布日期：2024年10月13日 | 来源:横漂一姐

⭐作者：林海责任编辑:Admin

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uboot启动内核是什么，认识 uboot和内核之间不可不说的关系

uboot镜像为 uboot.bin，Linux镜像为 zImage

嵌入式设备中的分区表是自己定义的，uboot和内核中的分区表应一致

内核运行前必须加载到 ddr中指定的地址处

uboot需要提供内核必要的参数

内核启动的方式

uboot启动内核有两种方式，一种是等待倒计时结束后直接启动内核，一种是在 uboot命令行中使用 boot命令启动内核

其代码分别如下

其中 parse_string_outer的作用是解析 boot参数并执行

/*------------------倒计时----------------------*/

s = getenv ("bootcmd");

if (bootdelay >= 0 && s && !abortboot (bootdelay)) {

...

parse_string_outer(s, FLAG_PARSE_SEMICOLON |

FLAG_EXIT_FROM_LOOP);

...

}

/*------------------命令行----------------------*/

int do_bootd (cmd_tbl_t *cmdtp, int flag, int argc, char *argv[])

{

...

if (parse_string_outer (getenv ("bootcmd"),

FLAG_PARSE_SEMICOLON | FLAG_EXIT_FROM_LOOP) != 0)

rcode = 1;

...

}

U_BOOT_CMD(

boot, 1, 1, do_bootd,

"boot - boot default, i.e., run bootcmd\n",

NULL

);

/*-----------------相关宏定义----------------------*/

#ifdef CONFIG_BOOTARGS

"bootargs=" CONFIG_BOOTARGS "{新闻内容}"

#endif

#ifdef CONFIG_BOOTCOMMAND

"bootcmd=" CONFIG_BOOTCOMMAND "{新闻内容}"

#endif

#define CONFIG_BOOTARGS "console=ttySAC2,115200 root=/dev/mmcblk0p2 rw init=/linuxrc rootfstype=ext3"

#define CONFIG_BOOTCOMMAND "movi read kernel 30008000; movi read rootfs 30B00000 300000; bootm 30008000 30B00000"

加载内核到DDR中

uboot启动内核的步骤

·内核镜像从启动介质中加载到DDR中

·去DDR中启动内核镜像

本文使用的开发板 x210将镜像存放在 SD卡中，要加载到 ddr中需要使用到 movi指令

movi提供了对 iNand/SD卡的操作，movi read用来读取 iNand/SD卡中的内容到DDR中；movi write用来将DDR中的内容写入到 iNand/SD卡中

上面的代码中 bootcmd中的命令就是用来加载 kernel rootfs到 ddr

除了从 SD卡加载，还可以通过 tftp nfs等网络下载方式加载镜像

通过movi read kernel 30008000可以知道，内核加载到了 0x30008000的位置

内核的镜像生成

Linux直接编译得到 elf文件，叫 vmlinux或 vmlinuz。这种文件会比较大，为了烧录方便，会使用 objcopy工具制作成镜像文件，叫 Image(从78M精简成了7.5M)

早期使用的软盘比较小，Image对与软盘来说还是太大了，放不下。Linux对 Image做进一步的压缩，并在压缩文件前端附加了一部分解压缩代码，形成 zImage

uboot可以使用 mkimage工具，在 zImage前面加上64字节的uImage的头信息，形成 uImage

加载启动内核

内核的加载启动是通过 do_bootm完成的

前面介绍过，镜像文件分为两个部分，头部以及真正的内核

所以 do_bootm会先对镜像进行头部信息的校验，然后再进行内核的启动

头部信息的结构体如下

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;

在 do_bootm中就是通过 ih_os判断镜像的类型，然后使用相应的方法启动内核

这里的镜像是 Linux镜像，所以使用的是 do_bootm_linux， do_bootm_linux的参数大部分是通过 do_bootm传递的

启动的参数bootm 30008000，告诉 uboot去 30008000这个地址去找镜像文件

内核启动

镜像的程序入口叫做 entrypoint，在 do_bootm_linux中使用 ep保存，镜像的程序入口在头信息的 ih_ep中，可以通过读取头信息得到

得到 ep后，通过theKernel = (void (*)(int, int, uint))ep;将 ep格式化后传递给 theKernel，这样 theKernel函数就指向了内存中加载的OS镜像的真正入口地址

前面也提到了，每个开发板在 uboot中都有唯一的机器码，这个编码用来验证开发板与 uboot是否匹配，这个机器码还会传到内核中再次验证。这个机器码获取的第一顺序备选是环境变量machid，第二顺序备选是gd->bd->bi_arch_num(x210_sd.h中的 #define MACH_TYPE 2456)

接下来就是传参的过程。先看看 Linux的 Documentation/arm/Booting中对 CPU寄存器设置的描述

- CPU register settings

r0 = 0,

r1 = machine type number discovered in (3) above.

r2 = physical address of tagged list in system RAM, or

physical address of device tree block (dtb) in system RAM

通过读取 r0 r1 r2这三个寄存器的值来设置 CPU，r0固定为0，r1为前面提到的机器码，r2为存放启动参数 tag结构体的首地址

所以在 do_bootm_linux通过theKernel (0, machid, bd->bi_boot_params);完成传参的过程

传参是通过 struct tag这个结构体完成的，获取参数就是获取一个个 tag的过程。这些 tag也有着规定的格式，do_bootm_linux中通过 setup_start_tag和 setup_end_tag函数设置 tag的开始和结束，这个函数的作用就是设置当前 tag的类型为 ATAG_CORE和 ATAG_NONE，用作 tag起始终止位置的判别