IT技术互动交流平台

[uboot]uboot启动kernel篇(二)bootm跳转到kernel的流程

来源:IT165收集  发布日期:2016-12-09 21:39:30

一、bootm说明

bootm这个命令用于启动一个操作系统映像。它会从映像文件的头部取得一些信息,这些信息包括:映像文件的基于的cpu架构、其操作系统类型、映像的类型、压缩方式、映像文件在内存中的加载地址、映像文件运行的入口地址、映像文件名等。
紧接着bootm将映像加载到指定的地址,如果需要的话,还会解压映像并传递必要有参数给内核,最后跳到入口地址进入内核。
这里的描述参考(http://blog.chinaunix.net/uid-20799298-id-99666.html)

需要打开的宏

CONFIG_BOOTM_LINUX=y
CONFIG_CMD_BOOTM=y

二、bootm使用方式

在《uboot启动kernel篇(一)——Legacy-uImage & FIT-uImage》中我们知道了uImage有两种格式。

Legacy-uImage
对于Legacy-uImage,我们需要另外加载ramdisk和fdt到RAM上面。
执行的命令如下
假设Legacy-uImage的加载地址是0x20008000,ramdisk的加载地址是0x21000000,fdt的加载地址是0x22000000

(1) 只加载kernel的情况下
bootm 0x20008000

(2) 加载kernel和ramdisk
bootm 0x20008000 0x21000000

(3) 加载kernel和fdt
bootm 0x20008000 - 0x22000000

(4) 加载kernel、ramdisk、fdt
bootm 0x20008000 0x21000000 0x22000000
FIT-uImage
对于FIT-uImage,kernel镜像、ramdisk镜像和fdt都已经打包到FIT-uImage的镜像中了。
执行的命令如下
假设FIT-uImage的加载地址是0x30000000,启动kernel的命令如下:
bootm 0x30000000

三、bootm执行流程

建议先参考《[uboot] (第六章)uboot流程——命令行模式以及命令处理介绍》。

对应U_BOOT_CMD
我们找到bootm命令对应的U_BOOT_CMD如下:
cmd/bootm.c
U_BOOT_CMD(
    bootm,  CONFIG_SYS_MAXARGS, 1,  do_bootm,
    'boot application image from memory', bootm_help_text
);
do_bootm参数说明
通过《[uboot] (第六章)uboot流程——命令行模式以及命令处理介绍》,当执行bootm命令时,do_bootm会被调用,参数如下:
当执行‘bootm 0x20008000 0x21000000 0x22000000’
int do_bootm(cmd_tbl_t *cmdtp, int flag, int argc, char * const argv[])
cmdtp:传递的是bootm的命令表项指针,也就是_u_boot_list_2_cmd_2_bootm的指针
argc=4
argv[0]='bootm', argv[1]=0x20008000, arv[2]=0x21000000, argv[3]=0x22000000
do_bootm实现
do_bootm实现如下:
/*******************************************************************/
/* bootm - boot application image from image in memory */
/*******************************************************************/

int do_bootm(cmd_tbl_t *cmdtp, int flag, int argc, char * const argv[])
{
    /* determine if we have a sub command */
    argc--; argv++;
    if (argc > 0) {
        char *endp;

        simple_strtoul(argv[0], &endp, 16);
        /* endp pointing to NULL means that argv[0] was just a
         * valid number, pass it along to the normal bootm processing
         *
         * If endp is ':' or '#' assume a FIT identifier so pass
         * along for normal processing.
         *
         * Right now we assume the first arg should never be '-'
         */
        if ((*endp != 0) && (*endp != ':') && (*endp != '#'))
            return do_bootm_subcommand(cmdtp, flag, argc, argv);
    }
        // 以上会判断是否有子命令,这里我们不管
        // 到这里,参数中的bootm参数会被去掉,
        // 也就是当'bootm 0x20008000 0x21000000 0x22000000'时
        // argc=3, argv[0]=0x20008000 , argv[1]=0x21000000, argv[2]=0x22000000
        // 当‘bootm 0x30000000’时
        // argc=1, argv[0]=0x30000000

    return do_bootm_states(cmdtp, flag, argc, argv, BOOTM_STATE_START |
        BOOTM_STATE_FINDOS | BOOTM_STATE_FINDOTHER |
        BOOTM_STATE_LOADOS |
        BOOTM_STATE_OS_PREP | BOOTM_STATE_OS_FAKE_GO |
        BOOTM_STATE_OS_GO, &images, 1);
        // 最终对调用到do_bootm_states,在do_bootm_states中执行的操作如states标识所示:
        // BOOTM_STATE_START
        // BOOTM_STATE_FINDOS 
        // BOOTM_STATE_FINDOTHER 
        // BOOTM_STATE_LOADOS 
        // BOOTM_STATE_OS_PREP 
        // BOOTM_STATE_OS_FAKE_GO 
        // BOOTM_STATE_OS_GO
}

所以bootm的核心是do_bootm_states,以全局变量bootm_headers_t images作为do_bootm_states的参数。
下面详细说明这个函数。

四、do_bootm_states软件流程

1、数据结构说明

bootm_headers_t
bootm_headers_t用来表示bootm启动kernel的一些信息的结构体,其中包括了os/initrd/fdt images的信息。
bootm会根据参数以及参数指向的镜像来填充这个结构题里面的成员。
最终再使用这个结构体里面的信息来填充kernel启动信息并且到跳转到kernel中。
在uboot中使用了一个全局的bootm_headers_t images。
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 */  // Legacy-uImage的镜像头
    image_header_t  legacy_hdr_os_copy; /* header copy */ // Legacy-uImage的镜像头备份
    ulong       legacy_hdr_valid; // Legacy-uImage的镜像头是否存在的标记

#if IMAGE_ENABLE_FIT
    const char  *fit_uname_cfg; /* configuration node unit name */ // 配置节点名

    void        *fit_hdr_os;    /* os FIT image header */ // FIT-uImage中kernel镜像头
    const char  *fit_uname_os;  /* os subimage node unit name */ // FIT-uImage中kernel的节点名
    int     fit_noffset_os; /* os subimage node offset */ // FIT-uImage中kernel的节点偏移

    void        *fit_hdr_rd;    /* init ramdisk FIT image header */ // FIT-uImage中ramdisk的镜像头
    const char  *fit_uname_rd;  /* init ramdisk subimage node unit name */ // FIT-uImage中ramdisk的节点名
    int     fit_noffset_rd; /* init ramdisk subimage node offset */ // FIT-uImage中ramdisk的节点偏移

    void        *fit_hdr_fdt;   /* FDT blob FIT image header */ // FIT-uImage中FDT的镜像头
    const char  *fit_uname_fdt; /* FDT blob subimage node unit name */ // FIT-uImage中FDT的节点名
    int     fit_noffset_fdt;/* FDT blob subimage node offset */ // FIT-uImage中FDT的节点偏移
#endif

    image_info_t    os;     /* os image info */ // 操作系统信息的结构体
    ulong       ep;     /* entry point of OS */ // 操作系统的入口地址

    ulong       rd_start, rd_end;/* ramdisk start/end */ // ramdisk在内存上的起始地址和结束地址

    char        *ft_addr;   /* flat dev tree address */ // fdt在内存上的地址
    ulong       ft_len;     /* length of flat device tree */ // fdt在内存上的长度

    ulong       initrd_start; // 
    ulong       initrd_end; // 
    ulong       cmdline_start; // 
    ulong       cmdline_end; // 
    bd_t        *kbd; // 

    int     verify;     /* getenv('verify')[0] != 'n' */ // 是否需要验证
    int     state; // 状态标识,用于标识对应的bootm需要做什么操作,具体看下面2.

#ifdef CONFIG_LMB
    struct lmb  lmb;        /* for memory mgmt */
#endif

} bootm_headers_t;

2、状态说明

BOOTM_STATE_START
#define BOOTM_STATE_START (0x00000001)
开始执行bootm的一些准备动作。 BOOTM_STATE_FINDOS
#define BOOTM_STATE_FINDOS (0x00000002)
查找操作系统镜像 BOOTM_STATE_FINDOTHER
#define BOOTM_STATE_FINDOTHER (0x00000004)
查找操作系统镜像外的其他镜像,比如FDT amdisk等等 BOOTM_STATE_LOADOS
#define BOOTM_STATE_LOADOS (0x00000008)
加载操作系统 BOOTM_STATE_RAMDISK
#define BOOTM_STATE_RAMDISK (0x00000010)
操作ramdisk BOOTM_STATE_FDT
#define BOOTM_STATE_FDT (0x00000020)
操作FDT BOOTM_STATE_OS_CMDLINE
#define BOOTM_STATE_OS_CMDLINE (0x00000040)
操作commandline BOOTM_STATE_OS_BD_T
#define BOOTM_STATE_OS_BD_T (0x00000080) BOOTM_STATE_OS_PREP
#define BOOTM_STATE_OS_PREP (0x00000100)
跳转到操作系统的前的准备动作 BOOTM_STATE_OS_FAKE_GO
#define BOOTM_STATE_OS_FAKE_GO (0x00000200) /* ‘Almost’ run the OS */
伪跳转,一般都能直接跳转到kernel中去 BOOTM_STATE_OS_GO
#define BOOTM_STATE_OS_GO (0x00000400)
跳转到kernel中去

3、软件流程说明

do_bootm_states根据states来判断要执行的操作。

主要流程简单说明如下:
bootm的准备动作
BOOTM_STATE_START 获取kernel信息
BOOTM_STATE_FINDOS 获取ramdisk和fdt的信息
BOOTM_STATE_FINDOTHER 加载kernel到对应的位置上(有可能已经就在这个位置上了)
BOOTM_STATE_LOADOS 重定向ramdisk和fdt(不一定需要)
BOOTM_STATE_RAMDISK、BOOTM_STATE_FDT 执行跳转前的准备动作
BOOTM_STATE_OS_PREP 设置启动参数,跳转到kernel所在的地址上
BOOTM_STATE_OS_GO

在这些流程中,起传递作用的是bootm_headers_t images这个数据结构,有些流程是解析镜像,往这个结构体里写数据。
而跳转的时候,则需要使用到这个结构体里面的数据。

软件代码如下
common/bootm.c
int do_bootm_states(cmd_tbl_t *cmdtp, int flag, int argc, char * const argv[],
            int states, bootm_headers_t *images, int boot_progress)
{
    boot_os_fn *boot_fn;
    ulong iflag = 0;
    int ret = 0, need_boot_fn;

    images->state |= states;
       // 把states放到bootm_headers_t images内部

    /*
     * Work through the states and see how far we get. We stop on
     * any error.
     */
        // 判断states是否需要BOOTM_STATE_START动作,也就是bootm的准备动作,需要的话则调用bootm_start
    if (states & BOOTM_STATE_START)
        ret = bootm_start(cmdtp, flag, argc, argv);

        // 判断states是否需要BOOTM_STATE_FINDOS动作,也就是获取kernel信息,需要的话在调用bootm_find_os
    if (!ret && (states & BOOTM_STATE_FINDOS))
        ret = bootm_find_os(cmdtp, flag, argc, argv);

    ·   // 判断states是否需要BOOTM_STATE_FINDOTHER动作,也就是获取ramdisk和fdt等其他镜像的信息,需要的话则调用bootm_find_other
    if (!ret && (states & BOOTM_STATE_FINDOTHER)) {
        ret = bootm_find_other(cmdtp, flag, argc, argv);
        argc = 0;   /* consume the args */
    }

        /* 这里要重点注意,前面的步骤都是在解析uImage镜像并填充bootm_headers_t images */
        /* 也就是说解析uImage的部分在此之前 */
        /* 而后续则是使用bootm_headers_t images 里面的内容来进行后续动作*/



    /* Load the OS */
        // 判断states是否需要BOOTM_STATE_LOADOS动作,也就是加载操作系统的动作,需要的话则调用bootm_load_os
    if (!ret && (states & BOOTM_STATE_LOADOS)) {
        ulong load_end;

        iflag = bootm_disable_interrupts();
        ret = bootm_load_os(images, &load_end, 0);
        if (ret == 0)
            lmb_reserve(&images->lmb, images->os.load,
                    (load_end - images->os.load));
        else if (ret && ret != BOOTM_ERR_OVERLAP)
            goto err;
        else if (ret == BOOTM_ERR_OVERLAP)
            ret = 0;
#if defined(CONFIG_SILENT_CONSOLE) && !defined(CONFIG_SILENT_U_BOOT_ONLY)
        if (images->os.os == IH_OS_LINUX)
            fixup_silent_linux();
#endif
    }

        // 是否需要重定向ramdinsk,do_bootm流程的话是不需要的
    /* Relocate the ramdisk */
#ifdef CONFIG_SYS_BOOT_RAMDISK_HIGH
    if (!ret && (states & BOOTM_STATE_RAMDISK)) {
        ulong rd_len = images->rd_end - images->rd_start;

        ret = boot_ramdisk_high(&images->lmb, images->rd_start,
            rd_len, &images->initrd_start, &images->initrd_end);
        if (!ret) {
            setenv_hex('initrd_start', images->initrd_start);
            setenv_hex('initrd_end', images->initrd_end);
        }
    }
#endif

        // 是否需要重定向fdt,do_bootm流程的话是不需要的
#if IMAGE_ENABLE_OF_LIBFDT && defined(CONFIG_LMB)
    if (!ret && (states & BOOTM_STATE_FDT)) {
        boot_fdt_add_mem_rsv_regions(&images->lmb, images->ft_addr);
        ret = boot_relocate_fdt(&images->lmb, &images->ft_addr,
                    &images->ft_len);
    }
#endif

    /* From now on, we need the OS boot function */
    if (ret)
        return ret;

        // 获取对应操作系统的启动函数,存放到boot_fn中
    boot_fn = bootm_os_get_boot_func(images->os.os);
    need_boot_fn = states & (BOOTM_STATE_OS_CMDLINE |
            BOOTM_STATE_OS_BD_T | BOOTM_STATE_OS_PREP |
            BOOTM_STATE_OS_FAKE_GO | BOOTM_STATE_OS_GO);
    if (boot_fn == NULL && need_boot_fn) {
        if (iflag)
            enable_interrupts();
        printf('ERROR: booting os '%s' (%d) is not supported
',
               genimg_get_os_name(images->os.os), images->os.os);
        bootstage_error(BOOTSTAGE_ID_CHECK_BOOT_OS);
        return 1;
    }

    /* Call various other states that are not generally used */
    if (!ret && (states & BOOTM_STATE_OS_CMDLINE))
        ret = boot_fn(BOOTM_STATE_OS_CMDLINE, argc, argv, images);
    if (!ret && (states & BOOTM_STATE_OS_BD_T))
        ret = boot_fn(BOOTM_STATE_OS_BD_T, argc, argv, images);

        // 跳转到操作系统前的准备动作,会直接调用启动函数,但是标识是BOOTM_STATE_OS_PREP
    if (!ret && (states & BOOTM_STATE_OS_PREP))
        ret = boot_fn(BOOTM_STATE_OS_PREP, argc, argv, images);


    /* Check for unsupported subcommand. */
    if (ret) {
        puts('subcommand not supported
');
        return ret;
    }

        // BOOTM_STATE_OS_GO标识,跳转到操作系统中,并且不应该再返回了
    /* Now run the OS! We hope this doesn't return */
    if (!ret && (states & BOOTM_STATE_OS_GO))
        ret = boot_selected_os(argc, argv, BOOTM_STATE_OS_GO,
                images, boot_fn);

    /* Deal with any fallout */
err:
    if (iflag)
        enable_interrupts();

    if (ret == BOOTM_ERR_UNIMPLEMENTED)
        bootstage_error(BOOTSTAGE_ID_DECOMP_UNIMPL);
    else if (ret == BOOTM_ERR_RESET)
        do_reset(cmdtp, flag, argc, argv);

    return ret;
}

主要用到如下依次几个函数来实现:

bootm_start bootm_find_os bootm_find_other bootm_load_os bootm_os_get_boot_func boot_fn(BOOTM_STATE_OS_PREP, argc, argv, images); boot_selected_os boot_selected_os(argc, argv, BOOTM_STATE_OS_GO,images, boot_fn);

4、bootm_start & bootm_find_os & bootm_find_other

主要负责解析环境变量、参数、uImage,来填充bootm_headers_t images这个数据结构。
最终目的是实现bootm_headers_t images中的这几个成员

typedef struct bootm_headers {
    image_info_t    os;     /* os image info */
    ulong       ep;     /* entry point of OS */

    ulong       rd_start, rd_end;/* ramdisk start/end */

    char        *ft_addr;   /* flat dev tree address */
    ulong       ft_len;     /* length of flat device tree */

    ulong       initrd_start;
    ulong       initrd_end;
    ulong       cmdline_start;
    ulong       cmdline_end;
    bd_t        *kbd;
    int     verify;     /* getenv('verify')[0] != 'n' */
#ifdef CONFIG_LMB
    struct lmb  lmb;        /* for memory mgmt */
#endif
}
bootm_start
实现verify和lmb bootm_find_os
实现os和ep。
也就是说,不管是Legacy-uImage还是FIT-uImage,最终解析出来要得到的都是这两个成员。
放在《uboot启动kernel篇(三)——解析uImage的kernel镜像》中具体说明。 bootm_find_other
实现rd_start, rd_end,ft_addr和initrd_end。
也就是说,不管是Legacy-uImage还是FIT-uImage,最终解析出来要得到的都是这两个成员。
放在《uboot启动kernel篇(四)——解析uImage的fdt》和《uboot启动kernel篇(五)——解析uImage的ramdisk》中具体说明。

5、bootm_load_os

简单说明一下,在bootm_load_os中,会对kernel镜像进行load到对应的位置上,并且如果kernel镜像是被mkimage压缩过的,那么会先经过解压之后再进行load。(这里要注意,这里的压缩和Image压缩成zImage并不是同一个,而是uboot在Image或者zImage的基础上进行的压缩!!!)

static int bootm_load_os(bootm_headers_t *images, unsigned long *load_end,
             int boot_progress)
{
    image_info_t os = images->os;
    ulong load = os.load; // kernel要加载的地址
    ulong blob_start = os.start;
    ulong blob_end = os.end;
    ulong image_start = os.image_start; // kernel实际存在的位置
    ulong image_len = os.image_len; // kernel的长度
    bool no_overlap;
    void *load_buf, *image_buf;
    int err;

    load_buf = map_sysmem(load, 0);
    image_buf = map_sysmem(os.image_start, image_len);

// 调用bootm_decomp_image,对image_buf的镜像进行解压缩,并load到load_buf上
    err = bootm_decomp_image(os.comp, load, os.image_start, os.type,
                 load_buf, image_buf, image_len,
                 CONFIG_SYS_BOOTM_LEN, load_end);

结果上述步骤之后,kernel镜像就被load到对应位置上了。

6、bootm_os_get_boot_func

bootm_os_get_boot_func用于获取到对应操作系统的启动函数,被存储到boot_fn 中。
如下:

int do_bootm_states(cmd_tbl_t *cmdtp, int flag, int argc, char * const argv[],
            int states, bootm_headers_t *images, int boot_progress)
{
...
    boot_fn = bootm_os_get_boot_func(images->os.os);
...
}

boot_os_fn *bootm_os_get_boot_func(int os)
{
    return boot_os[os];
// 根据操作系统类型获得到对应的操作函数
}

static boot_os_fn *boot_os[] = {
...
#ifdef CONFIG_BOOTM_LINUX
    [IH_OS_LINUX] = do_bootm_linux,
#endif
}

可以看出最终启动linux的核心函数是do_bootm_linux。
另外几个函数最终也是调用到boot_fn,对应linux也就是do_bootm_linux,所以这里不在说明了。
下面继续说明一下do_bootm_linux的流程

五、do_bootm_linux

arch/arm/lib/bootm.c

int do_bootm_linux(int flag, int argc, char * const argv[],
           bootm_headers_t *images)
{
    /* No need for those on ARM */
    if (flag & BOOTM_STATE_OS_BD_T || flag & BOOTM_STATE_OS_CMDLINE)
        return -1;

        // 当flag为BOOTM_STATE_OS_PREP,则说明只需要做准备动作boot_prep_linux
    if (flag & BOOTM_STATE_OS_PREP) {
        boot_prep_linux(images);
        return 0;
    }

        // 当flag为BOOTM_STATE_OS_GO ,则说明只需要做跳转动作 
        if (flag & (BOOTM_STATE_OS_GO | BOOTM_STATE_OS_FAKE_GO)) {
        boot_jump_linux(images, flag);
        return 0;
    }

    boot_prep_linux(images); // 以全局变量bootm_headers_t images为参数传递给boot_prep_linux
    boot_jump_linux(images, flag);// 以全局变量bootm_headers_t images为参数传递给boot_jump_linux
    return 0;
}

boot_prep_linux用于实现跳转到linux前的准备动作。
而boot_jump_linux用于跳转到linux中。
都是以全局变量bootm_headers_t images为参数,这样就可以直接获取到前面步骤中得到的kernel镜像、ramdisk以及fdt的信息了。

boot_prep_linux
首先要说明一下LMB的概念。LMB是指logical memory blocks,主要是用于表示内存的保留区域,主要有fdt的区域,ramdisk的区域等等。
boot_prep_linux主要的目的是修正LMB,并把LMB填入到fdt中。
实现如下:
static void boot_prep_linux(bootm_headers_t *images)
{
    char *commandline = getenv('bootargs');

    if (IMAGE_ENABLE_OF_LIBFDT && images->ft_len) {
#ifdef CONFIG_OF_LIBFDT
        debug('using: FDT
');
        if (image_setup_linux(images)) {
            printf('FDT creation failed! hanging...');
            hang();
        }
#endif
    }

这里没有深入学习image_setup_linux,等后续有需要的话再进行深入。

boot_jump_linux
以arm为例:
arch/arm/lib/bootm.c
static void boot_jump_linux(bootm_headers_t *images, int flag)
{
    unsigned long machid = gd->bd->bi_arch_number; // 从bd中获取machine-id,machine-id在uboot启动流程的文章中有说明过了
    char *s;
    void (*kernel_entry)(int zero, int arch, uint params); // kernel入口函数,也就是kernel的入口地址,对应kernel的_start地址。
    unsigned long r2;
    int fake = (flag & BOOTM_STATE_OS_FAKE_GO); // 伪跳转,并不真正地跳转到kernel中

    kernel_entry = (void (*)(int, int, uint))images->ep; 
         // 将kernel_entry设置为images中的ep(kernel的入口地址),后面直接执行kernel_entry也就跳转到了kernel中了
        // 这里要注意这种跳转的方法

    debug('## Transferring control to Linux (at address %08lx)' 
        '...
', (ulong) kernel_entry);
    bootstage_mark(BOOTSTAGE_ID_RUN_OS);
    announce_and_cleanup(fake);

        // 把images->ft_addr(fdt的地址)放在r2寄存器中
    if (IMAGE_ENABLE_OF_LIBFDT && images->ft_len)
        r2 = (unsigned long)images->ft_addr;
    else
        r2 = gd->bd->bi_boot_params;

    if (!fake) {
            kernel_entry(0, machid, r2);
        // 这里通过调用kernel_entry,就跳转到了images->ep中了,也就是跳转到kernel中了,具体则是kernel的_start符号的地址。
        // 参数0则传入到r0寄存器中,参数machid传入到r1寄存器中,把images->ft_addr(fdt的地址)放在r2寄存器中
        // 满足了kernel启动的硬件要求
    }
}

到这里,经过kernel_entry之后就跳转到kernel环境中了。有兴趣可以看一下kernel的启动流程。

Tag标签: 流程  
  • 专题推荐

About IT165 - 广告服务 - 隐私声明 - 版权申明 - 免责条款 - 网站地图 - 网友投稿 - 联系方式
本站内容来自于互联网,仅供用于网络技术学习,学习中请遵循相关法律法规