uoot启动过程

1.从我们的start_armboot开始讲起

　　u-boot整体由汇编段和C语言段外加连接脚本组成。关于汇编段请看我之前的博客《u-boot源码汇编段简要分析》，好，让我们进入start_armboot函数。

　　这里首先涉及到的是一个叫做gd_t的结构体指针。给它分配了一块内存。位于CFG_GBL_DATA_SIZE。我们把它打开来看：

　　从作者的注释我们可以知道，这个结构体的作用是针对某些初始化较早的内存空间。在设置存储控制器之前，系统初始化的时候进行一些全局变量的定义。看里面的内容，涉及到了环境地址变量、环境检测变量、帧缓冲区的基地址、展示模式、CPU时钟、总线时钟、RAM大小、复位状态寄存器等等。回到start_armboot函数，我们接着往下看：

　　在这里涉及到了init_sequence结构体，打开来看：

　　这个结构体里面包含了cpu初始化、单板初始化、中断初始化、环境初始化、波特率初始化、串行通信、CPUINFO、BOARDINFO、RAM块等等一系列初始化函数。回到start_armboot函数接着往下看：

　　在这里红框圈起来的是对Flash的初始化，flash_init()是对Nor Flash初始化，nand_init()是对Nand Flash初始化。中间是对LCD或者VFD进行初始化，并分配内存。接下来是一个 env_relocate ()函数，这个函数是对环境变量进行初始化。所谓的环境变量就是我们在用u-boot的时候从哪里读出内核，从哪里启动内核等一系列信息，如下图：

　　其中bootcmd就表示你把内核读到哪里。这里明显是把内核读到0x30007FC0地址上，然后bootm 0x0007FC0，也就是启动该地址上的内核。这里还有波特率、IP地址、bootargs等u-boot环境变量。

　　最后我们进入了一个循环：main_loop();这是最重要的一个函数。

2.main_loop()函数

　　

char *s;

s = getenv ("bootcmd");

# ifndef CFG_HUSH_PARSER
        {
            printf("Booting Linux ...
");            
            run_command (s, 0);
        }


len = readline (CFG_PROMPT);
rc = run_command (lastcommand, flag);

　　u-boot代码量很大，对于各种硬件初始化函数特别多，所以这里博主把最关键的语句摘出来。方便大家分析。这里的getenv是获取环境变量，u-boot在启动时会首先获取环境变量，所谓的环境变量我们上面通过u-boot打印出的信息就可以知道。这里的环境变量有两种，如果u-boot获取到了FLASH上的环境变量则应用此环境变量启动，否则使用默认的环境变量启动。如果在u-boot启动期间我们没有按下空格键，则在串口打印出“Booting Linux...”，并执行函数run_command启动内核。如果我们按下了空格键，则进入下面的分支语句，进入u-boot界面，readline函数获取我们输入的命令，run_command执行命令。所以run_command这个函数作用很大。

　　

if ((argc = parse_line (finaltoken, argv)) == 0) {
    rc = -1;    /* no command at all */
    continue;
}
/* Look up command in command table */
if ((cmdtp = find_cmd(argv[0])) == NULL) {
    printf ("Unknown command '%s' - try 'help'
", argv[0]);
    rc = -1;    /* give up after bad command */
    continue;
}

/* found - check max args */
if (argc > cmdtp->maxargs) {
    printf ("Usage:
%s
", cmdtp->usage);
    rc = -1;
    continue;
}

　　在run_command函数中，我们能够看到，首先，parse_line函数是对我们输入的命令进行解析。一般我们在u-boot输入的命令大概是这样的：“命令，参数0，参数1，...”，所以由parse_line函数进行解析：argv[0]="命令字符串"，argv[1]="参数1"，argv[2]="参数2"，...等等。而find_cmd则相当于一个switch，它把我们输入的命令与在u-boot中定义的各种命令相比对，若吻合则执行相应的函数操作。若遍历所有的命令名均没有我们输入的命令，则报错。在u-boot中，我们不是通过简单的switch进行命令的选择和函数的执行，而是将每个命令定义成结构体。我们进入find_cmd进行分析：

    /*
     * Some commands allow length modifiers (like "cp.b");
     * compare command name only until first dot.
     */
    len = ((p = strchr(cmd, '.')) == NULL) ? strlen (cmd) : (p - cmd);

    for (cmdtp = &__u_boot_cmd_start;
         cmdtp != &__u_boot_cmd_end;
         cmdtp++) {
        if (strncmp (cmd, cmdtp->name, len) == 0) {
            if (len == strlen (cmdtp->name))
                return cmdtp;    /* full match */

            cmdtp_temp = cmdtp;    /* abbreviated command ? */
            n_found++;
        }
    }
    if (n_found == 1) {            /* exactly one match */
        return cmdtp_temp;
    }

　　这是find_cmd函数的主要代码，这里根据作者的注释我们可以知道，和我们刚刚讲的一样，就是进行命令名的比对。strncmp大家都很熟悉这个字符串比较函数，若比对成功则返回这个命令的结构体指针，否则继续遍历，若最终没有找到则报错。这里的__u_boot_cmd_start和__u_boot_cmd_end是在u-boot.lds连接脚本里定义。 

__u_boot_cmd_start = .;
 .u_boot_cmd : { *(.u_boot_cmd) }
 __u_boot_cmd_end = .;

　　对于这里的u_boot_cmd大家可能不知道它是干什么的，在哪里定义的。通过查找，我们可以发现在Command.h中有一段相关的定义，是一个结构体：

#define Struct_Section  __attribute__ ((unused,section (".u_boot_cmd")))

　　现在我们还是不知道它是干嘛的，在此搜索bootm，在Cmd_bootm.c中，我们看到了这样的一个定义：

U_BOOT_CMD(
     bootm,    CFG_MAXARGS,    1,    do_bootm,
     "bootm   - boot application image from memory
",
     "[addr [arg ...]]
    - boot application image stored in memory
"
     "	passing arguments 'arg ...'; when booting a Linux kernel,
"
     "	'arg' can be the address of an initrd image
"
#ifdef CONFIG_OF_FLAT_TREE
    "	When booting a Linux kernel which requires a flat device-tree
"
    "	a third argument is required which is the address of the of the
"
    "	device-tree blob. To boot that kernel without an initrd image,
"
    "	use a '-' for the second argument. If you do not pass a third
"
    "	a bd_info struct will be passed instead
"
#endif
);

　　这里其实就定义了u_boot_cmd的这条指令的具体参数。不过此刻我们还是不明白这些参数的具体含义，再次查找u_boot_cmd，在Command.h中我们终于找到了对于bootm这条指令的宏定义：

　　#define U_BOOT_CMD(name,maxargs,rep,cmd,usage,help)
　　cmd_tbl_t __u_boot_cmd_##name Struct_Section = {#name, maxargs, rep, cmd, usage, help}

　　现在开始，我们解析bootm这条命令：

　　name:命令名，这里将##name替换成bootm。

　　Struct_Section:结构体段，根据上面我们找到的宏定义，替换成__attribute__ ((unused,section (".u_boot_cmd")))。

　　#name:命令名，替换成"bootm"。

　　maxargs:最大参数，替换成CFG_MAXARGS。

　　rep:是否可重复，替换成1（可重复）。

　　cmd:命令，替换成do_bootm。

　　这里的usage表示短命令，help表长命令。对应U_BOOT_CMD中的字符串。经过一系列替换，这条语句最后变成了：

　　#define U_BOOT_CMD(name,maxargs,rep,cmd,usage,help)

　　cmd_tbl_t __u_boot_cmd_bootm __attribute__ ((unused,section (".u_boot_cmd"))) = {"bootm", CFG_MAXARGS, 1, do_bootm, usage, help}

　　其实，经过刚才的分析，现在我们可以自己写u-boot命令了。这里是博主自己写的u-boot命令：

　　命令名是"CCJ",执行这条命令显示的信息为："Hi! I am CrazyCatJack!"并对输入的命令及参数进行输出。还有长信息和短信息如图所示。

　　

#include <common.h>
#include <watchdog.h>
#include <command.h>
#include <image.h>
#include <malloc.h>
#include <zlib.h>
#include <bzlib.h>
#include <environment.h>
#include <asm/byteorder.h>

int do_CCJ (cmd_tbl_t *cmdtp, int flag, int argc, char *argv[])
{
        int i;
        printf (" Hi!I am CrazyCatJack!  %d
",argc);
        for(i=0;i<argc;i++)
            {
                printf("%s
",argv[i]);
            }
        return 0;
}

U_BOOT_CMD(
     CCJ,    CFG_MAXARGS,    1,    do_CCJ,
     "CCJ   -CCJ short information.
",
     "CCJ,long information...........................................................
"
);

　　这里是博主写的源代码，大家感兴趣的可以自己分析，自己写一个u-boot命令试试。

3.读出内核启动内核

　　经过上述一系列准备，现在终于可以读出内核，并启动它了。真是相当的不容易。真的感觉佩服u-boot的作者。还记得我们读出内核和启动内核的命令吗？

bootcmd=nand read.jffs2 0x30007FC0 kernel; 

bootm 0x30007FC0

　　类比于PC上的硬盘，我们硬盘上都有各种各样的分区，而我们的FLASH则是将这种分区写到了代码里，换言之，FLASH里的分区是不能动态更改的。通过u-boot打印的信息，我们了解到kernel的分区，我的kernel位于0x00060000，而且有2M的大小。

　　

#define MTDPARTS_DEFAULT "mtdparts=nandflash0:256k@0(bootloader)," 
                            "128k(params)," 
                            "2m(kernel)," 
                            "-(root)"

　　这是在具体我们板子型号的头文件中对FLASH的分区。256K装bootloader,128K装各种环境变量参数，2M的kernel，最后是root。在Cmd_nand.c中的do_nand函数将会对nand进行一系列细致的初始化。现在我们已经分析完第一条指令，读出内核，下一步是启动内核。我们的内核实际上是由一个头部+内核组成。这里的头部主要包含了内核的加载地址和入口地址：

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;

　　这就是我们内核的头部，其中最重要的就是加载地址ih_load：Image文件存放地址。还有入口地址ih_ep：内核真正开始执行的地址。

　　在我们启动内核的时候，如果内核被放到了入口地址上，则无需移动内核文件，否则需执行搬运函数memmove (&header, (char *)addr, sizeof(image_header_t));将内核转移到入口地址上。

　　接下来是执行do_bootm_linux函数，它主要的作用就是初始化TAG并启动内核。所谓的TAG就是u-boot需要将一些参数传递给内核，但由于二者文件格式不同，所以不能够直接进行通信。最直接的方法就是创建一个二者都能够读取的文件格式，约定好读取规则。在TAG中u-boot向即将启动的内核传递了初始化相关的信息。

#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)
    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
    setup_end_tag (bd);
#endif

    /* we assume that the kernel is in place */
    printf ("
Starting kernel ...

");

#ifdef CONFIG_USB_DEVICE
    {
        extern void udc_disconnect (void);
                //udc_disconnect (); // cancled by www.100ask.net
    }
#endif

    cleanup_before_linux ();

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

　　其中的TAG就是u-boot传递的各项参数，最后执行theKernel (0, bd->bi_arch_number, bd->bi_boot_params);内核启动完成！u-boot到此结束！接下来就是内核相关的操作了。