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BootLoader與Linux内核的參數傳遞(轉)
分類：u-boot 相關筆記(以2410為例)
2008/11/24 12:06
在嵌入式系統中，BootLoader 是用來初始化硬件，加載內核，傳遞參數。因為嵌入式系統的硬件環境各不相同，所以嵌入式系統的BootLoader 也各不相同，其中比較通用的是U-Boot，它支持不同的體系結構，如ARM，PowerPC，X86，MIPS 等。本文著重介BootLoader與內核之間參數傳遞這一基本功能。本文的硬件平台是基於AT91RM9200 處理器系統，軟件平台是Linux-2.6.19.2 內核。內核映像文件為zImage。
1. 系統硬件平台簡介
AT91RM9200 處理器，它是由Atmel 公司基於ARM920T 內核的微處理器，帶有內存管理單元，CPU 時鐘最高可達240MHz,它具有豐富的標準接口，EBI 接口，內部集成了靜態存儲控制器（SMC），SDRAM 控制器，Burst Flash 控制器。有關處理器的說明請參考AT91RM9200 的數據手冊。本系統SDRAM（64MB）地址為：0x20000000, NorFlash（8MB）的地址為：0x10000000[1]。
2. BootLoader 設計和實現
內核源代碼目錄樹下的documentation/arm/booting[2]文檔規定了基於ARM 體系結構BootLoader 的基本功能。本系統BootLoader 除了完成這些基本的功能外，還結合自身硬件的特點加入了代碼搬運等功能。
BootLoader 的流程是：系統上電復位后，首先從NorFlash 開始運行（由處理器BMS 引腳連接決定），因為處理器此時的0 地址就是NorFlash 的首地址(0x10000000)，BootLoader就是被燒寫在這個位置，AT91RM9200 處理器能夠映射的地址範圍只有0x0000
0000—0x001f ffff。 BootLoader 執行的第一步就是將自身代碼從NorFlash 中搬運到處理器內部的RAM 中（0x00200000），然后將0 地址映射到內部RAM,並且跳轉到內部RAM 的相應地址處繼續執行。進入內部RAM 后才進入真正的硬件初始化階段，這個階段初始化的各種控制器都是內核所必須的，包括：PMC, EBI, SMC, SDRAM, USART 等。接著就是創建內核參數鏈表(Tagged list)，創建完鏈表就是搬運事先燒寫在NorFlash 中的內核映像和根文件系統映像到SDRAM，根據內核對BootLoader 的基本要求關閉中斷，MMU 和數據Cache，並且配置r0=0, r1=0x0000 00fb 或者0x00000106(根據內核中linux/arch/arm/tools/mach-types[2]
規定的機器編號)，r2=0x20000100（BootLoader 傳遞給內核參數鏈表的物理地址），在ARM體系結構中，這個地址在同一種處理器的機器描述符（machine_desc）中都是默認的，所以在這里可以不指定。最后BootLoader 直接跳轉到SDRAM 的內核處執行。
3. 內核參數鏈表
BootLoader 可以通過兩種方法傳遞參數給內核，一種是舊的參數結構方式（parameter_struct)，主要是2.6 之前的內核使用的方式。另外一種就是現在的2.6 內核在用的參數鏈表 (tagged list) 方式。這些參數主要包括，系統的根設備標志，頁面大小，內存的起始地址和大小，RAMDISK 的起始地址和大小，壓縮的RAMDISK 根文件系統的起始地址和大小，內核命令參數等[3][4][5]。
內核參數鏈表的格式和說明可以從內核源代碼目錄樹中的 include/asm-arm/setup.h[2]中找到，參數鏈表必須以ATAG_CORE 開始，以ATAG_NONE 結束。這里的ATAG_CORE，ATAG_NONE 是各個參數的標記，本身是一個32 位值，例如：ATAG_CORE=0x54410001。
其它的參數標記還包括： ATAG_MEM32 ， ATAG_INITRD ， ATAG_RAMDISK ，ATAG_COMDLINE 等。每個參數標記就代表一個參數結構體，由各個參數結構體構成了參數鏈表。參數結構體的定義如下：
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;
struct tag_acorn acorn;
struct tag_memclk memclk;
} u;
};
參數結構體包括兩個部分，一個是 tag_header 結構體,一個是u 聯合體。
tag_header 結構體的定義如下：
struct tag_header
{
u32 size;
u32 tag;
};
其中 size：表示整個tag 結構體的大小(用字的個數來表示，而不是字節的個數)，等於tag_header 的大小加上u 聯合體的大小，例如，參數結構體ATAG_CORE 的
size=(sizeof(tag->tag_header)+sizeof(tag->u.core))>>2，一般通過函數tag_size(struct * tag_xxx)來獲得每個參數結構體的size。其中tag：表示整個tag 結構體的標記，如：ATAG_CORE等。
聯合體u 包括了所有可選擇的內核參數類型，包括：tag_core, tag_mem32，tag_ramdisk等。參數結構體之間的遍曆是通過函數tag_next(struct * tag)來實現的。本系統參數鏈表包括的結構體有： ATAG_CORE ， ATAG_MEM， ATAG_RAMDISK， ATAG_INITRD32 ，ATAG_CMDLINE，ATAG_END。在整個參數鏈表中除了參數結構體ATAG_CORE 和ATAG_END 的位置固定以外，其他參數結構體的順序是任意的。本BootLoader 所傳遞的參數鏈表如下：第一個內核參數結構體，標記為ATAG_CORE，參數類型為tag_core。每個參數類型的定義請參考源代碼文件。
tag_array 初始化為指向參數鏈表的第一個結構體的指針。
tag_array->hdr.tag=ATAG_CORE;
tag_array->hdr.size=tag_size(tag_core);
tag_array->u.core.flags=1;
tag_array->u.core.pagesize=4096;
tag_array->u.core.rootdev=0x00100000;
tag_array=tag_next(tag_array);
tag_array->hdr.tag=ATAG_MEM;
tag_array->hdr.size=tag_size(tag_mem32);
tag_array->u.mem.size=0x04000000;
tag_array->u.mem.start=0x20000000;
tag_array=tag_next(tag_array);
……
tag_array->hdr.tag=ATAG_NONE;
tag_array->hdr.size=0;
tag_array=tag_next(tag_array);
最后將內核參數鏈表復制到內核默認的物理地址0x20000100 處。這樣參數鏈表就建好了。
4. 內核接收參數
下面從基於ARM體系結構的zImage 映像啟動來分析Linux 內核是怎樣接收BootLoader傳遞過來的內核參數，zImage 啟動過程如下圖所示。
(圖有時間再畫)
在文件 arch/arm/boot/compressed/head.S[2]中 start 為zImage 的起始點，部分代碼如下：
start:
mov r7, r1
mov r8, r2
…...
mov r0, r4
mov r3, r7
bl decompress_kernel
b call_kernel
call_kernel：
……
mov r0, #0
mov r1, r7
mov r2, r8
mov pc, r4
首先將BootLoader 傳遞過來的r1（機器編號）、r2（參數鏈表的物理地址）的值保存到r7、r8 中，再將r7 作為參數傳遞給解壓函數decompress_kernel（）。在解壓函數中，再將r7 傳遞給全局變量__machine_arch_type。在跳到內核（vmlinux）入口之前再將r7，r8 還原到r1，r2 中。
在文件 arch/arm/kernel/head.S[2]中，內核（vmlinux）入口的部分代碼如下：
stext：
mrc p15, 0, r9, c0, c0
bl __lookup_processor_type
………
bl __lookup_machine_type
首先從處理器內部特殊寄存器（CP15）中獲得ARM 內核的類型，從處理器內核描述符（proc_info_list）表（__proc_info_begin—__proc_info_end）中查詢有無此ARM 內核的類型，如果無就出錯退出。處理器內核描述符定義在 include/asm-arm/procinfo.h[2]中，具體的函數實現在 arch/arm/mm/proc-xxx.S[2]中，在編譯連接過程中將各種處理器內核描述符組合成表。接著從機器描述符（machine_desc）表（__mach_info_begin—__mach_info_end）中查詢有無r1 寄存器指定的機器編號，如果沒有就出錯退出。機器編號mach_type_xxx 在arch/arm/tools/mach-types[2]文件中說明，每個機器描述符中包括一個唯一的機器編號，機器描述符的定義在 include/asm-arm/mach/arch.h[2]中，具體實現在 arch/arm/mach-xxxx[2]文件夾中，在編譯連接過程中將基於同一種處理器的不同機器描述符組合成表。例如，基於AT91RM9200 處理器的各種機器描述符可以參考 arch/arm/mach-at91rm9200/board-xxx.c[2]，機器編號為262 的機器描述符如下所示：
MACHINE_START(AT91RM9200DK, "Atmel AT91RM9200-DK")
/* Maintainer: SAN People/Atmel */
.phys_io = AT91_BASE_SYS,
.io_pg_offst = (AT91_VA_BASE_SYS >> 18) & 0xfffc,
.boot_params = AT91_SDRAM_BASE + 0x100,
.timer = &at91rm9200_timer,
.map_io = dk_map_io,
.init_irq = dk_init_irq,
.init_machine = dk_board_init,
MACHINE_END
最后就是打開MMU，並跳轉到 init/main.c[2]的start_kernel（初始化系統。在 init/main.c[2] 中，函數start_kernel（）的部分代碼如下：
{
……
setup_arch（）；
……
}
在 arch/arm/kernel/setup.c[2]中，函數setup_arch（）的部分代碼如下：
{
……
setup_processor();
mdesc=setup_machine(machine_arch_type);
……
parse_tags(tags);
……
}
setup_processor（）函數從處理器內核描述符表中找到匹配的描述符，並初始化一些處理器變量。setup_machine（）用機器編號（在解壓函數decompress_kernel 中被賦值）作為參數返回機器描述符。從機器描述符中獲得內核參數的物理地址，賦值給tags 變量。然后調用parse_tags（）函數分析內核參數鏈表，把各個參數值傳遞給全局變量。這樣內核就收到了BootLoader 傳遞的參數。
5. 參數傳遞的驗證和測試
參數傳遞的結果可以通過內核啟動的打印信息來驗證。
Machine: Atmel AT91RM9200-DK
……
Kernel command line: console=ttyS0,115200 root=/dev/ram rw init=/linuxrc
……
Memory: 64MB = 64MB total
……
checking if image is initramfs...it isn't (no cpio magic); looks like an initrd
Freeing initrd memory: 1024K
……
RAMDISK: Compressed image found at block 0
一個完備的BootLoader 是一個很復雜的工程，本文所介紹的只是嵌入式系統的BootLoaer 基本功能。任何一個BootLoader 都離不開這個基本功能，內核只有接收這些參數才能正確地啟動,同時也為內核的移植和調試奠定了良好的基礎。--

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5月 25 週二 201020:38
u-boot nand flash read/write cmd

u-boot nand flash read/write cmd
支援的命令函數說明
1. nand info/nand device
功能：顯示當前nand flash晶片資訊。
函數調用關係如下(按先後順序)：
static void nand_print(struct nand_chip *nand) ;
2. nand erase
功能：擦除指定塊上的數據。
函數調用關係如下(按先後順序)：
int nand_erase(struct nand_chip* nand, size_t ofs, size_t len, int clean);
3. nand bad
功能：顯示壞塊。
函數調用關係如下(按先後順序)：
static void nand_print_bad(struct nand_chip* nand);
int check_block (struct nand_chip *nand, unsigned long pos);
4. nand read
功能：讀取nand flash信息到SDRAM。
函數調用關係如下(按先後順序)：
int nand_rw (struct nand_chip* nand, int cmd,size_t start, size_t len, size_t * retlen, u_char * buf);
static int nand_read_ecc(struct nand_chip *nand, size_t start, size_t len,
size_t * retlen, u_char *buf, u_char *ecc_code);
static void NanD_ReadBuf (struct nand_chip *nand, u_char * data_buf, int cntr);
READ_NAND(adr);
5. nand write
功能：從SDRAM寫數據到nand flash中。
函數調用關係如下(按先後順序)：
int nand_rw (struct nand_chip* nand, int cmd,size_t start, size_t len, size_t * retlen, u_char * buf);
static int nand_write_ecc (struct nand_chip* nand, size_t to, size_t len,
size_t * retlen, const u_char * buf, u_char * ecc_code);
static int nand_write_page (struct nand_chip *nand, int page, int col, int last, u_char * ecc_code);
WRITE_NAND(d , adr);

4.2.32 nand info
列印nand flash資訊
CRANE2410 # nand info
Device 0: Samsung K9F1208U0B at 0x4e000000 (64 MB, 16 kB sector)
4.2.33 nand device <n>
顯示某個nand設備
CRANE2410 # nand device 0
Device 0: Samsung K9F1208U0B at 0x4e000000 (64 MB, 16 kB sector)
... is now current device
4.2.34 nand bad
CRANE2410 # nand bad
Device 0 bad blocks:
4.2.35 nand read
nand read InAddr FlAddr size
InAddr: 從nand flash中讀到記憶體的起始位址。
FlAddr: nand flash 的起始位址。
size: 從nand flash中讀取的數據的大小。
CRANE2410 # nand read 0x30008000 0 0x100000
NAND read: device 0 offset 0, size 1048576 ...
1048576 bytes read: OK
4.2.36 nand erease
nand erase FlAddr size
FlAddr: nand flash 的起始位址
size: 從nand flash中擦除資料塊的大小
CRANE2410 # nand erase 0x100000 0x20000
NAND erase: device 0 offset 1048576, size 131072 ... OK
4.2.37 nand write
nand write InAddr FlAddr size
InAddr: 寫到Nand Flash中的資料在記憶體的起始位址
FlAddr: Nand Flash的起始位址
size: 數據的大小
CRANE2410 # nand write 0x30f00000 0x100000 0x20000
NAND write: device 0 offset 1048576, size 131072 ...
131072 bytes written: OK

4.2.37 nboot
u-boot-1.1.4代碼對於nboot命令的幫助不正確，修改如下:
正確的順序為：
nboot InAddr dev FlAddr
InAddr: 需要裝載到的記憶體的位址。
FlAddr: 在nand flash上uImage存放的地址
dev: 設備號
需要提前設置環境變數，否則nboot不會調用bootm
CRANE2410 #setenv autostart yes
CRANE2410 # nboot 30008000 0 100000
Loading from device 0: <NULL> at 0x4e000000 (offset 0x100000)
Image Name: Linux-2.6.14.3
Created: 2006-07-06 7:31:52 UTC
Image Type: ARM Linux Kernel Image (uncompressed)
Data Size: 897428 Bytes = 876.4 kB
Load Address: 30008000
Entry Point: 30008040
Automatic boot of image at addr 0x30008000 ...
## Booting image at 30008000 ...
Starting kernel ...
4.3 命令簡寫說明
所以命令都可以簡寫，只要命令前面的一部分不會跟其他命令相同,就可以不用寫全整個命令.
save命令
CRANE2410 # sa
Saving Environment to Flash...
Un-Protected 1 sectors
Erasing Flash...Erasing sector 10 ... Erased 1 sectors
4.4 把文件寫入NandFlash
如果把一個傳到記憶體中的檔寫入到Nand Flash中, 如：新的uboot.bin, zImage(內核),
rootfs等, 如果做呢？我們可以用Nand Flash命令來完成. 但是Nand Flash寫時,必須先要把Nand
Flash的寫入區全部擦除後,才能寫. 下面以把記憶體0x30008000起長度為0x20000的內容寫到Nand
Flash中的0x100000為例.
CRANE2410 # nand erase 0x100000 20000
NAND erase: device 0 offset 1048576, size 131072 ... OK
CRANE2410 # nand write 0x30008000 0x100000 0x20000
NAND write: device 0 offset 1048576, size 131072 ...
131072 bytes written: OK

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4月 12 週一 201018:53
u-boot啟動給內核傳參數和內核讀取參數，結構標記

U-boot 會給 Linux Kernel 傳遞很多參數，如：序列埠， RAM ， videofb 等。而 Linux kernel 也會讀取和處理這些參數。兩者之間通過 struct tag 來傳遞參數。 U-boot 把要傳遞給 kernel 的東西儲存在 struct tag 資料架構中，啟動 kernel 時，把這個架構體的實體位址傳給 kernel ； Linux kernel 通過這個位址，用 parse_tags 解析出傳遞過來的參數。

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11月 01 週日 200916:02
u-boot源码分析 --- 启动第二阶段

u-boot源码分析 --- 启动第二阶段，基于2410 启动代码分析收藏
我们先来看初始化函数表： init_sequence
lib_arm/board.c:
typedef int (init_fnc_t) (void);
init_fnc_t *init_sequence[] = {

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11月 01 週日 200915:42
UBOOT GCC的語法

1. .ltorg
2. DECLARE_GLOBAL_DATA_PTR

1. .ltorg
LTORGLTORG 指令指示彙編器立即彙編當前文字池。
(in gcc is .ltorg the literal pools origin)

語法LTORG
用法彙編器在每個代碼節末尾彙編當前文字池。代碼節的結束位置由後續節開始處的 AREA 指令確定，或由彙編代碼的結束位置確定。
這些缺省文字池有時會超出某些 LDR、VLDR 和 WLDR 偽指令的範圍。使用 LTORG 可確保在指定範圍內彙編文字池。有關偽指令的詳細信息，請參閱：
LDR偽指令
VLDR偽指令
無線MMX加載和存儲指令
大型程序可能需要多個文字池。將 LTORG 指令放在無條件跳轉或子例程返回指令之後，以使處理器不會試圖將常數作為指令來執行。
彙編器對文字池中的數據進行字對齊。
示例        AREA Example, CODE, READONLY
start BL func1
func1 ; function body
         ; code
         LDR r1,=0x55555555 ; => LDR R1, [pc, #offset to Literal Pool 1]
         ; code
         MOV pc,lr ; end function
         LTORG ; Literal Pool 1 contains literal &55555555.
data SPACE 4200 ; Clears 4200 bytes of memory,
                                 ; starting at current location.
         END ; Default literal pool is empty.

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11月 01 週日 200915:20
U-BOOT 第一階段

都知道U-BOOT分為兩個階段。
第一階段是(~/cpu/arm920t/start.S中)在FLASH上運行(一般情況下)，完成對硬件的初始化，包括看門狗，中斷緩存等，並且負責把代碼搬移到SDRAM中(在搬移的時候檢查自身代碼是否在SDRAM中)，然後完成C程序運行所需要環境的建立，包括堆棧的初始化等,最後執行一句跳轉指令:
ldr pc, _start_armboot
_start_armboot: .word start_armboot,
進入到/lib_arm/board.c中的函數void start_armboot (void)。從此就進入了第二階段。這是在很多資料上都有講述的，所以勿需多言了。

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7月 27 週一 200917:49
u-boot-Makefile解析

u-boot-Makefile解析
要了解一個LINUX工程的架構必須看懂Makefile，尤其是頂層的，沒辦法，UNIX世界就是這么無奈，什么東西都用文件去管理、配置。首先在這方面我是個新手，時間所限只粗淺地看了一些Makefile規則。

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