I.MX6ULL_Linux_系统篇(17) uboot分析-启动linux

bootz 启动 Linux 内核

images 全局变量

不管是 bootz 还是 bootm 命令，在启动 Linux 内核的时候都会用到一个重要的全局变量：images， images 在文件 cmd/bootm.c 中有如下定义：

images 是 bootm_headers_t 类型的全局变量， bootm_headers_t 是个 boot 头结构体，在文件include/image.h 中的定义如下：

 

第 335 行的 os 成员变量是 image_info_t 类型的，为系统镜像信息。
第 352~362 行这 11 个宏定义表示 BOOT 的不同阶段。
接下来看一下结构体 image_info_t，也就是系统镜像信息结构体，此结构体在文件include/image.h 中的定义如下：

 全局变量 images 会在 bootz 命令的执行中频繁使用到，相当于 Linux 内核启动的“灵魂”。

do_bootz 函数

bootz 命令的执行函数为 do_bootz，在文件 cmd/bootm.c 中有如下定义：

第 629 行，调用 bootz_start 函数， bootz_start 函数执行过程稍后分析。
第 636 行，调用函数 bootm_disable_interrupts 关闭中断。
第 638 行，设置 images.os.os 为 IH_OS_LINUX，也就是设置系统镜像为 Linux，表示我们要启动的是 Linux 系统！后面会用到 images.os.os 来挑选具体的启动函数。
第 639 行，调用函数 do_bootm_states 来执行不同的 BOOT 阶段，这里要执行的 BOOT 阶段有： BOOTM_STATE_OS_PREP 、BOOTM_STATE_OS_FAKE_GO 和BOOTM_STATE_OS_GO。

bootz_start 函数

bootz_srart 函数也定义在文件 cmd/bootm.c 中，函数内容如下：

第 584 行，调用函数 do_bootm_states，执行 BOOTM_STATE_START 阶段。
第 593 行，设置 images 的 ep 成员变量，也就是系统镜像的入口点，使用 bootz 命令启动系统的时候就会设置系统在 DRAM 中的存储位置，这个存储位置就是系统镜像的入口点，因
此 images->ep=0X80800000。
第 598 行，调用 bootz_setup 函数，此函数会判断当前的系统镜像文件是否为 Linux 的镜像文件，并且会打印出镜像相关信息， bootz_setup 函数稍后会讲解。
第 608 行，调用函数 bootm_find_images 查找 ramdisk 和设备树(dtb)文件，但是我们没有用到 ramdisk，因此此函数在这里仅仅用于查找设备树(dtb)文件，此函数稍后也会讲解。
先来看一下 bootz_setup 函数，此函数定义在文件 arch/arm/lib/bootm.c 中，函数内容如下：

第 370 行，宏 LINUX_ARM_ZIMAGE_MAGIC 就是 ARM Linux 系统魔术数。
第 376 行，从传递进来的参数 image(也就是系统镜像首地址)中获取 zimage 头。 zImage 头结构体为 zimage_header。
第 377~380 行，判断 image 是否为 ARM 的 Linux 系统镜像，如果不是的话就直接返回，并且打印出“Bad Linux ARM zImage magic!”。

第 382、 383 行初始化函数 bootz_setup 的参数 start 和 end。
第 385 行，打印启动信息，如果 Linux 系统镜像正常的话就会输出如图所示的信息：

 接下来看一下函数 bootm_find_images，此函数定义在文件 common/bootm.c 中，函数内容如下：

第 230~235 行是跟查找 ramdisk，但是我们没有用到 ramdisk，因此这部分代码不用管。
第 237~244 行是查找设备树(dtb)文件，找到以后就将设备树的起始地址和长度分别写到images 的 ft_addr 和 ft_len 成员变量中。我们使用 bootz 启动 Linux 的时候已经指明了设备树在
DRAM 中的存储地址，因此 images.ft_addr=0X83000000，长度根据具体的设备树文件而定，比如我现在使用的设备树文件长度为 0X8C81，因此 images.ft_len=0X8C81。
bootz_start 函数就讲解到这里， bootz_start 主要用于初始化 images 的相关成员变量。

do_bootm_states 函数

do_bootz 最 后 调 用 的 就 是 函 数 do_bootm_states ， 而 且 在 bootz_start 中 也 调 用 了do_bootm_states 函数 ，看 来 do_bootm_states 函数 还 是 个 香 饽 饽 。此函 数 定 义 在 文件
common/bootm.c 中，函数代码如下：

 

 

 第 604、 605 行，处理 BOOTM_STATE_START 阶段， bootz_start 会执行这一段代码，这里调用函数 bootm_start，此函数定义在文件 common/bootm.c 中，函数内容如下：

接着回到do_bootm_states函数中，继续分析函数 do_bootm_states。第 658 行非常重要！通过函数 bootm_os_get_boot_func 来查找系统启动函数，参数 images->os.os 就是系统类型，根据这
个系统类型来选择对应的启动函数，在 do_bootz 中设置 images.os.os= IH_OS_LINUX。函数返回值就是找到的系统启动函数，这里找到的 Linux 系统启动函数为 do_bootm_linux，关于此函
数查找系统启动函数的过程稍后分析。因此 boot_fn=do_bootm_linux，后面执行 boot_fn函数的地方实际上是执行的 do_bootm_linux 函数。
第 676 行，处理 BOOTM_STATE_OS_PREP 状态，调用函数 do_bootm_linux， do_bootm_linux也是调用 boot_prep_linux 来完成具体的处理过程。 boot_prep_linux 主要用于处理环境变量
bootargs， bootargs 保存着传递给 Linux kernel 的参数。
第 679~689 行是处理 BOOTM_STATE_OS_FAKE_GO 状态的，但是要我们没用使能 TRACE功能，因此宏 CONFIG_TRACE 也就没有定义，所以这段程序不会编译。
第 699 行，调用函数 boot_selected_os 启动 Linux 内核，此函数第 4 个参数为 Linux 系统镜像头，第 5 个参数就是 Linux 系统启动函数 do_bootm_linux。 boot_selected_os 函数定义在文件
common/bootm_os.c 中，函数内容如下：

 第 480 行调用 boot_fn 函数，也就是 do_bootm_linux 函数来启动 Linux 内核。

bootm_os_get_boot_func 函数

do_bootm_states 会调用 bootm_os_get_boot_func 来查找对应系统的启动函数，此函数定义在文件 common/bootm_os.c 中，函数内容如下：

第 495~508 行是条件编译，在本 uboot 中没有用到，因此这段代码无效，只有 509 行有效。
在 509 行中 boot_os 是个数组，这个数组里面存放着不同的系统对应的启动函数。 boot_os 也定义在文件 common/bootm_os.c 中，如下所示：

 第 438 行就是 Linux 系统对应的启动函数： do_bootm_linux。

do_bootm_linux 函数

经过前面的分析，我们知道了 do_bootm_linux 就是最终启动 Linux 内核的函数，此函数定义在文件 arch/arm/lib/bootm.c，函数内容如下：

第351行，如果参数flag等于BOOTM_STATE_OS_GO或者BOOTM_STATE_OS_FAKE_GO的话就执行 boot_jump_linux 函数。 boot_selected_os 函数在调用 do_bootm_linux 的时候会将 flag
设置为 BOOTM_STATE_OS_GO。
第 352 行，执行函数 boot_jump_linux，此函数定义在文件 arch/arm/lib/bootm.c 中，函数内容如下：

第 274~292 行是 64 位 ARM 芯片对应的代码， Cortex-A7 是 32 位芯片，因此用不到。
第 293 行，变量 machid 保存机器 ID，如果不使用设备树的话这个机器 ID 会被传递给 Linux内核， Linux 内核会在自己的机器 ID 列表里面查找是否存在与 uboot 传递进来的 machid 匹配的
项目，如果存在就说明 Linux 内核支持这个机器，那么 Linux 就会启动！如果使用设备树的话这个 machid 就无效了，设备树存有一个“兼容性”这个属性， Linux 内核会比较“兼容性”属
性的值(字符串)来查看是否支持这个机器。
第 295 行，函数 kernel_entry，看名字“内核_进入”，说明此函数是进入 Linux 内核的，也就是最终的大 boos！！此函数有三个参数： zero， arch， params，第一个参数 zero 同样为 0；第
二个参数为机器 ID； 第三个参数 ATAGS 或者设备树(DTB)首地址， ATAGS 是传统的方法，用于传递一些命令行信息啥的，如果使用设备树的话就要传递设备树(DTB)。
第 299 行，获取 kernel_entry 函数，函数 kernel_entry 并不是 uboot 定义的，而是 Linux 内核定义的， Linux 内核镜像文件的第一行代码就是函数 kernel_entry，而 images->ep 保存着 Linux
内核镜像的起始地址，起始地址保存的正是 Linux 内核第一行代码！
第 313 行，调用函数 announce_and_cleanup 来打印一些信息并做一些清理工作，此函数定义在文件 arch/arm/lib/bootm.c 中，函数内容如下：

 第 74 行，在启动 Linux 之前输出“Starting kernel ...”信息，如图所示：

 第 87 行调用 cleanup_before_linux 函数做一些清理工作。
继续回到函数 boot_jump_linux，第 315~318 行是设置寄存器 r2 的值？为什么要设置 r2 的值呢？ Linux 内核一开始是汇编代码，因此函数 kernel_entry 就是个汇编函
数。向汇编函数传递参数要使用 r0、 r1 和 r2(参数数量不超过 3 个的时候)，所以 r2 寄存器就是函数 kernel_entry 的第三个参数。
第 316 行，如果使用设备树的话， r2 应该是设备树的起始地址，而设备树地址保存在 images的 ftd_addr 成员变量中。
第 317 行，如果不使用设备树的话， r2 应该是 uboot 传递给 Linux 的参数起始地址，也就是环境变量 bootargs 的值。
第 328 行，调用 kernel_entry 函数进入 Linux 内核，此行将一去不复返， uboot 的使命也就完成了！
总结一下 bootz 命令的执行过程，如图所示：