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清风徐徐 的 U-boot给kernel传参数和kernel读取参数—struct tag
U-boot会给Linux Kernel传递很多参数，如：串口，RAM，videofb等。而Linux kernel也会读取和处理这些参数。两者之间通过struct tag来传递参数。U-boot把要传递给kernel的东西保存在struct tag数据结构中，启动kernel时，把这个结构体的物理地址传给kernel；Linux kernel通过这个地址，用parse_tags分析出传递过来的参数。
本文主要以U-boot传递RAM和Linux kernel读取RAM参数为例进行说明。
1、u-boot给kernel传RAM参数
./common/cmd_bootm.c文件中，bootm命令对应的do_bootm函数，当分析uImage中信息发现OS是Linux时，调用./lib_arm/bootm.c文件中的do_bootm_linux函数来启动Linux kernel。
在do_bootm_linux函数中：
void do_bootm_linux (cmd_tbl_t *cmdtp, int flag, int argc, char *argv[],
ulong addr, ulong *len_ptr, int verify)
{
......
#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); //初始化tag结构体开始
#ifdef CONFIG_SERIAL_TAG
setup_serial_tag (¶ms);
#endif
#ifdef CONFIG_REVISION_TAG
setup_revision_tag (¶ms);
#endif
#ifdef CONFIG_SETUP_MEMORY_TAGS
setup_memory_tags (bd); //设置RAM参数
#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); //初始化tag结构体结束
#endif
......
......
theKernel (0, machid, bd->bi_boot_params);
//传给Kernel的参数＝ (struct tag *)型的bd->bi_boot_params
//bd->bi_boot_params在board_init函数中初始化如对于at91rm9200，初始化在at91rm9200dk.c的board_init中进行：bd->bi_boot_params=PHYS_SDRAM + 0x100;
//这个地址也是所有taglist的首地址，见下面的setup_start_tag函数
}
对于setup_start_tag和setup_memory_tags函数说明如下。
函数setup_start_tag也在此文件中定义，如下：
static void setup_start_tag (bd_t *bd)
{
params = (struct tag *) bd->bi_boot_params;
//初始化(struct tag *)型的全局变量params为bd->bi_boot_params的地址，之后的setup tags相关函数如下面的setup_memory_tags就把其它tag的数据放在此地址的偏移地址上。
params->hdr.tag = ATAG_CORE;
params->hdr.size = tag_size (tag_core);
params->u.core.flags = 0;
params->u.core.pagesize = 0;
params->u.core.rootdev = 0;
params = tag_next (params);
}
RAM相关参数在bootm.c中的函数setup_memory_tags中初始化：
static void setup_memory_tags (bd_t *bd)
{
int i;
for (i = 0; i < CONFIG_NR_DRAM_BANKS; i++) {
params->hdr.tag = ATAG_MEM;
params->hdr.size = tag_size (tag_mem32);
params->u.mem.start = bd->bi_dram[i].start;
params->u.mem.size = bd->bi_dram[i].size;
params = tag_next (params);
} //初始化内存相关tag
}
2、Kernel读取U-boot传递的相关参数
对于Linux Kernel，ARM平台启动时，先执行arch/arm/kernel/head.S，此文件会调用arch/arm/kernel/head-common.S中的函数，并最后调用start_kernel：
......
b start_kernel
......
init/main.c中的start_kernel函数中会调用setup_arch函数来处理各种平台相关的动作，包括了u-boot传递过来参数的分析和保存：
start_kernel()
{
......
setup_arch(&command_line);
......
}
其中，setup_arch函数在arch/arm/kernel/setup.c文件中实现，如下：
void __init setup_arch(char **cmdline_p)
{
struct tag *tags = (struct tag *)&init_tags;
struct machine_desc *mdesc;
char *from = default_command_line;
setup_processor();
mdesc = setup_machine(machine_arch_type);
machine_name = mdesc->name;
if (mdesc->soft_reboot)
reboot_setup("s");
if (__atags_pointer)
//指向各种tag起始位置的指针，定义如下：
//unsigned int __atags_pointer __initdata;
//此指针指向__initdata段，各种tag的信息保存在这个段中。
tags = phys_to_virt(__atags_pointer);
else if (mdesc->boot_params)
tags = phys_to_virt(mdesc->boot_params);
if (tags->hdr.tag != ATAG_CORE)
convert_to_tag_list(tags);
if (tags->hdr.tag != ATAG_CORE)
tags = (struct tag *)&init_tags;
if (mdesc->fixup)
mdesc->fixup(mdesc, tags, &from, &meminfo);
if (tags->hdr.tag == ATAG_CORE) {
if (meminfo.nr_banks != 0)
squash_mem_tags(tags);
save_atags(tags);
parse_tags(tags);
//处理各种tags，其中包括了RAM参数的处理。
//这个函数处理如下tags：
__tagtable(ATAG_MEM, parse_tag_mem32);
__tagtable(ATAG_VIDEOTEXT, parse_tag_videotext);
__tagtable(ATAG_RAMDISK, parse_tag_ramdisk);
__tagtable(ATAG_SERIAL, parse_tag_serialnr);
__tagtable(ATAG_REVISION, parse_tag_revision);
__tagtable(ATAG_CMDLINE, parse_tag_cmdline);
}
init_mm.start_code = (unsigned long) &_text;
init_mm.end_code = (unsigned long) &_etext;
init_mm.end_data = (unsigned long) &_edata;
init_mm.brk = (unsigned long) &_end;
memcpy(boot_command_line, from, COMMAND_LINE_SIZE);
boot_command_line[COMMAND_LINE_SIZE-1] = ' ';
parse_cmdline(cmdline_p, from); //处理编译内核时指定的cmdline或u-boot传递的cmdline
paging_init(&meminfo, mdesc);
request_standard_resources(&meminfo, mdesc);
#ifdef CONFIG_SMP
smp_init_cpus();
#endif
cpu_init();
init_arch_irq = mdesc->init_irq;
system_timer = mdesc->timer;
init_machine = mdesc->init_machine;
#ifdef CONFIG_VT
#if defined(CONFIG_VGA_CONSOLE)
conswitchp = &vga_con;
#elif defined(CONFIG_DUMMY_CONSOLE)
conswitchp = &dummy_con;
#endif
#endif
early_trap_init();
}
对于处理RAM的tag，调用了parse_tag_mem32函数：
static int __init parse_tag_mem32(const struct tag *tag)
{
......
arm_add_memory(tag->u.mem.start, tag->u.mem.size);
......
}
__tagtable(ATAG_MEM, parse_tag_mem32);
上述的arm_add_memory函数定义如下：
static void __init arm_add_memory(unsigned long start, unsigned long size)
{
struct membank *bank;
size -= start & ~PAGE_MASK;
bank = &meminfo.bank[meminfo.nr_banks++];
bank->start = PAGE_ALIGN(start);
bank->size = size & PAGE_MASK;
bank->node = PHYS_TO_NID(start);
}
如上可见，parse_tag_mem32函数调用arm_add_memory函数把RAM的start和size等参数保存到了meminfo结构的meminfo结构体中。最后，在setup_arch中执行下面语句：
paging_init(&meminfo, mdesc);
对有MMU的平台上调用arch/arm/mm/nommu.c中的paging_init，否则调用arch/arm/mm/mmu.c中的paging_init函数。这里暂不分析mmu.c中的paging_init函数。
3、关于U-boot中的bd和gd
U-boot中有一个用来保存很多有用信息的全局结构体－－gd_t（global data缩写），其中包括了bd变量，可以说gd_t结构体包括了u-boot中所有重要全局变量。最后传递给内核的参数，都是从gd和bd中来的，如上述的setup_memory_tags函数作用就是用bd中的值来初始化RAM相应的tag。
对于ARM平台这个结构体的定义大致如下：
include/asm-arm/global_data.h
typedef struct global_data {
bd_t *bd;
unsigned long flags;
unsigned long baudrate;
unsigned long have_console; /* serial_init() was called */
unsigned long reloc_off; /* Relocation Offset */
unsigned long env_addr; /* Address of Environment struct */
unsigned long env_valid; /* Checksum of Environment valid? */
unsigned long fb_base; /* base address of frame buffer */
void **jt; /* jump table */
} gd_t;
在U-boot中使用gd结构之前要用先用宏DECLARE_GLOBAL_DATA_PTR来声明。这个宏的定义如下：
include/asm-arm/global_data.h
#define DECLARE_GLOBAL_DATA_PTR register volatile gd_t *gd asm ("r8")
从这个宏的定义可以看出，gd是一个保存在ARM的r8寄存器中的gd_t结构体的指针。
说明：本文的版本为U-boot-1.3.4、Linux-2.6.28，平台是ARM。