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编程问答

uboot启动流程详细分析（基于i.m6ull）

發布時間：2024/1/8 编程问答 33 豆豆

生活随笔收集整理的這篇文章主要介紹了 uboot启动流程详细分析（基于i.m6ull）小編覺得挺不錯的,現在分享給大家,幫大家做個參考.

uboot介紹

uboot就是一段引導程序，在加載系統內核之前，完成硬件初始化，內存映射，為后續內核的引導提供一個良好的環境。uboot是bootloader的一種，全稱為universal boot loader。

一、uboot的makefile

1.1 makefile整體解析過程

為了生成u-boot.bin這個文件，首先要生成構成u-boot.bin的各個庫文件、目標文件。為了各個庫文件、目標文件就必須進入各個子目錄執行其中的Makefile。由此，確定了整個編譯的命令和順序。

1.2 makefile整體編譯過程

首先，根據各個庫文件、目標文件出現的先后順序，依次進入各個子目錄編譯從而生成這些目標
然后，回到頂層目錄，繼續執行頂層Makefile的總目標，最后生成u-boot.bin。

uboot的編譯分為兩步：配置、編譯。

（1）第一步：配置，執行make pangu_basic_defconfig進行配置，生成.config文件

（2）第二步：編譯，執行make進行編譯，生成u-boot.bin。

二、uboot啟動流程

uboot分為 uboot-spl 和 uboot 兩個組成部分。

uboot啟動分三個階段

BL0
ROM上的固化程序(Boot Rom)

BL1（u-boot-spl）

初始化部分時鐘（和SDRAM相關）
初始化DDR（外部SDRAM）
從存儲介質上（比如SD\eMMC\nand flash）將BL2鏡像加載到SDRAM上
驗證BL2鏡像的合法性
跳轉到BL2鏡像所在的地址上

BL2 （uboot）

初始化部分硬件，包括時鐘、內存等等
加載內核到內存上
加載文件系統、atags或者dtb到內存上
根據操作系統啟動要求正確配置好一些硬件

啟動操作系統

2.1 uboot的鏈接文件（u-boot.lds）

鏈接文件的作用

指定代碼段和數據段、只讀數據段在內存中的存放地址；（地址具體為i.m6ull ，其他芯片可能不是 0X87800000）

u-boot.map 是 uboot 的映射文件，看到某個文件或者函數鏈接到了哪個地址，
__image_copy_start 為 0X87800000，而.text 的起始地址也是0X87800000。
vectors 段保存中斷向量表，vectors 段的起始地址也是 0X87800000，說明整個 uboot 的起始地址就是 0X87800000，
這也是為什么我們裸機例程的鏈接起始地址選擇 0X87800000 了，目的就是為了和 uboot 一致。

指定代碼的入口地址；

連接文件中找到程序的入口點：_start，其中_start 在文件 arch/arm/lib/vectors.S 。

2.2 uboot啟動流程

第一階段（uboot-spl ，入口是上述lds文件中分析的_start）

SPL是Secondary Program Loader的簡稱，第二階段程序加載器，這里所謂的第二階段是相對于SOC中的Boot ROM來說的

Boot ROM會通過檢測啟動方式來加載第二階段bootloader。uboot已經是一個bootloader了，那么為什么還多一個uboot spl呢？

這個主要原因是對于一些SOC來說，它的內部SRAM可能會比較小，小到無法裝載下一個完整的uboot鏡像，那么就需要spl，它主要負責初始化外部RAM和環境，并加載真正的uboot鏡像到外部RAM（DDR）中來執行。
所以由此來看，SPL應該是一個非常小的loader程序，可以運行于SOC的內部SRAM中，它的主要功能就是加載真正的uboot并運行之。

2.2.1. 進入_start函數:

_start:#ifdef CONFIG_SYS_DV_NOR_BOOT_CFG.word CONFIG_SYS_DV_NOR_BOOT_CFG #endifb resetldr pc, _undefined_instructionldr pc, _software_interruptldr pc, _prefetch_abortldr pc, _data_abortldr pc, _not_usedldr pc, _irqldr pc, _fiq

有一條跳轉指令b reset跳轉到reset函數處去執行
注意，spl的流程在reset中就應該被結束，也就是說在reset中，就應該轉到到BL2，也就是uboot中了。

2.2.2. 進入reset函數

reset:/* Allow the board to save important registers */b save_boot_params @進入reset第一步跳轉到save_boot_params save_boot_params_ret: @ save_boot_params 內部通過cpsr 設置cpu為SVC模式，關閉FIQ和IRQ中斷/** disable interrupts (FIQ and IRQ), also set the cpu to SVC32 mode,* except if in HYP mode already*/mrs r0, cpsrand r1, r0, #0x1f @ mask mode bitsteq r1, #0x1a @ test for HYP modebicne r0, r0, #0x1f @ clear all mode bitsorrne r0, r0, #0x13 @ set SVC modeorr r0, r0, #0xc0 @ disable FIQ and IRQmsr cpsr,r0/* the mask ROM code should have PLL and others stable */ #ifndef CONFIG_SKIP_LOWLEVEL_INITbl cpu_init_cp15 @ 跳轉到cpu_init_cp15 ，初始化協處理器CP15,從而禁用MMU和TLB。bl cpu_init_crit @ 跳轉到cpu_init_crit ，進行一些關鍵的初始化動作，也就是平臺級和板級的初始化 #endifbl _main @ 跳轉到_main ，加載BL2以及跳轉到BL2的主體部分

進入reset函數，首先設置cpu為SVC模式，關閉中斷。然后跳轉到cpu_init_cp15 ，初始化協處理器CP15,從而禁用MMU和TLB。跳轉到cpu_init_crit ，進行一些關鍵的初始化動作，也就是平臺級和板級的初始化。最后跳轉到**_main**，加載BL2以及跳轉到BL2的主體部分

關閉中斷。
uboot引導linux起到的過程中本身就是一個完成的過程，不需要中斷機制。

2.2.3 cpu_init_cp15函數

ENTRY(cpu_init_cp15)/** Invalidate L1 I/D*/mov r0, #0 @ set up for MCRmcr p15, 0, r0, c8, c7, 0 @ invalidate TLBsmcr p15, 0, r0, c7, c5, 0 @ invalidate icachemcr p15, 0, r0, c7, c5, 6 @ invalidate BP arraymcr p15, 0, r0, c7, c10, 4 @ DSBmcr p15, 0, r0, c7, c5, 4 @ ISB @@ 這里只需要知道是對CP15處理器的部分寄存器清零即可。 @@ 將協處理器的c7\c8清零等等，各個寄存器的含義請參考《ARM的CP15協處理器的寄存器》/** disable MMU stuff and caches*/mrc p15, 0, r0, c1, c0, 0bic r0, r0, #0x00002000 @ clear bits 13 (--V-)bic r0, r0, #0x00000007 @ clear bits 2:0 (-CAM)orr r0, r0, #0x00000002 @ set bit 1 (--A-) Alignorr r0, r0, #0x00000800 @ set bit 11 (Z---) BTB #ifdef CONFIG_SYS_ICACHE_OFFbic r0, r0, #0x00001000 @ clear bit 12 (I) I-cache #elseorr r0, r0, #0x00001000 @ set bit 12 (I) I-cache #endifmcr p15, 0, r0, c1, c0, 0 @@ 通過上述的文章的介紹，我們可以知道cp15的c1寄存器就是MMU控制器 @@ 上述對MMU的一些位進行清零和置位，達到關閉MMU和cache的目的，具體的話去看一下上述文章吧。ENDPROC(cpu_init_cp15)

cpu_init_cp15 用來設置 CP15 相關的內容，完成啟動ICACHE，關閉DCACHE，關閉MMU和TLB 。

關閉MMU
,MMU是用于虛擬地址向物理地址進行映射的一個結構。在 uboot階段操作的就直接是物理地址，所以不需要轉換。
啟動ICACHE（指令），關閉DCACHE（數據）
啟動指令CACHE課可以加快指令讀取的速度，但是數據CACHE 必須要關閉，因為它本身是一個CPU的二級緩存，在運行程序的時候可能會往里面去取數據，但是此時ram里面的數據可能并沒有存入到里面，這就可能導致讀取到錯誤的數據。

2.2.4 cpu_init_crit函數（包含lowlevel_init函數）

ENTRY(cpu_init_crit)/** Jump to board specific initialization...* The Mask ROM will have already initialized* basic memory. Go here to bump up clock rate and handle* wake up conditions.*/b lowlevel_init @ go setup pll,mux,memory ENDPROC(cpu_init_crit)

cpu_init_crit函數的內容是跳轉到lowlevel_init函數。

2.2.5. lowlevel_init 函數（平臺級和板級的初始化）

lowlevel_init主要完成平臺級和板級的初始化
在lowlevel_init中，我們要實現如下：

檢查一些復位狀態
關閉看門狗
系統時鐘的初始化
內存、DDR的初始化
串口初始化（可選）
Nand flash的初始化

在im6ull中

此時初始化SP指向內存空間為IRAM（內部ram ，OCRAM 128K ，0x00900000），（初始化內存空間，為第二階段準備ram）

2.2.6. _main函數

** _main函數的主要工作是 **

設置c語言的運行環境
設置sp和gd的中間環境
重定義代碼
設置最終的環境

ENTRY(_main)/** Set up initial C runtime environment and call board_init_f(0). */ @ 為c語言環境準備 @ uboot-spl和uboot代碼共用，CONFIG_SPL_BUILD來區分是誰調用 #if defined(CONFIG_SPL_BUILD) && defined(CONFIG_SPL_STACK)ldr sp, =(CONFIG_SPL_STACK) @ 在spl中為 c語言環境設置棧 #elseldr sp, =(CONFIG_SYS_INIT_SP_ADDR) #endif #if defined(CONFIG_CPU_V7M) /* v7M forbids using SP as BIC destination */mov r3, spbic r3, r3, #7mov sp, r3 #elsebic sp, sp, #7 /* 8-byte alignment for ABI compliance */ #endifmov r0, spbl board_init_f_alloc_reserve @ 把棧前面的空間分配給GDmov sp, r0 @重新設置指針SP/* set up gd here, outside any C code */mov r9, r0 @ 保存GD地址到r9寄存器bl board_init_f_init_reserve @ 初始化GD空間mov r0, #0bl board_init_f @ 跳轉到板級前期初始化函數,#if ! defined(CONFIG_SPL_BUILD)/** Set up intermediate environment (new sp and gd) and call* relocate_code(addr_moni). Trick here is that we'll return* 'here' but relocated.*/@ 設置sp和gd的中間環境ldr sp, [r9, #GD_START_ADDR_SP] /* sp = gd->start_addr_sp */ #if defined(CONFIG_CPU_V7M) /* v7M forbids using SP as BIC destination */mov r3, spbic r3, r3, #7mov sp, r3 #elsebic sp, sp, #7 /* 8-byte alignment for ABI compliance */ #endifldr r9, [r9, #GD_BD] /* r9 = gd->bd */sub r9, r9, #GD_SIZE /* new GD is below bd */adr lr, hereldr r0, [r9, #GD_RELOC_OFF] /* r0 = gd->reloc_off */add lr, lr, r0 #if defined(CONFIG_CPU_V7M)orr lr, #1 /* As required by Thumb-only */ #endifldr r0, [r9, #GD_RELOCADDR] /* r0 = gd->relocaddr */b relocate_code @ 重定位代碼 here: /** now relocate vectors*/bl relocate_vectors @重定位向量表/* Set up final (full) environment */@設置最終的環境bl c_runtime_cpu_setup /* we still call old routine here */ #endif #if !defined(CONFIG_SPL_BUILD) || defined(CONFIG_SPL_FRAMEWORK) # ifdef CONFIG_SPL_BUILD/* Use a DRAM stack for the rest of SPL, if requested */bl spl_relocate_stack_gdcmp r0, #0movne sp, r0movne r9, r0 # endifldr r0, =__bss_start /* this is auto-relocated! */#ifdef CONFIG_USE_ARCH_MEMSETldr r3, =__bss_end /* this is auto-relocated! */mov r1, #0x00000000 /* prepare zero to clear BSS */subs r2, r3, r0 /* r2 = memset len */bl memset #elseldr r1, =__bss_end /* this is auto-relocated! */mov r2, #0x00000000 /* prepare zero to clear BSS */clbss_l:cmp r0, r1 /* while not at end of BSS */ #if defined(CONFIG_CPU_V7M)itt lo #endifstrlo r2, [r0] /* clear 32-bit BSS word */addlo r0, r0, #4 /* move to next */blo clbss_l #endif#if ! defined(CONFIG_SPL_BUILD)bl coloured_LED_initbl red_led_on #endif/* call board_init_r(gd_t *id, ulong dest_addr) */mov r0, r9 /* gd_t */ldr r1, [r9, #GD_RELOCADDR] /* dest_addr *//* call board_init_r */@ 跳轉board_init_r 設置最終環境 #if defined(CONFIG_SYS_THUMB_BUILD) ldr lr, =board_init_r /* this is auto-relocated! */bx lr #elseldr pc, =board_init_r /* this is auto-relocated! */ #endif/* we should not return here. */ #endifENDPROC(_main)

因為后面是C語言環境，首先是設置堆棧
初始化gd（下圖中global date，內部ram），進行清零（同上內部ram）
調用 board_init_f 函數（將SP指針從內部IRAM，轉移到外部DDR），主要用來初始化 DDR，定時器，完成代碼拷貝等等
調用函數 relocate_code，也就是代碼重定位函數，此函數負責將 uboot 拷貝到新的地方去
調用函數 relocate_vectors，對中斷向量表做重定位
清除 BSS 段 , 。
bss段不占用空間，都是未初始化的全局變量或者已經初始化為零的變量，本來就是零，直接清零就好。不清零的話未初始化的變量可能會存在未知的數值。
設置函數 board_init_r 的兩個參數 ， 調用 board_init_r 函數 ，
board_init_r 函數打印一些列的信息到串口，然后會進入main_loop() 。main_loop會進行倒計時，如果此時按下回車就會進入uboot的shell交互界面，否則就會自動引導啟動OS系統。

2.2.7. board_init_f 函數

初始化一系列外設，比如串口、定時器，或者打印一些消息等。

重新設置環境(sp 和 gd) , 新的 sp 和 gd 將會存放到 DDR 中（外部），而不是內部的 RAM 了

uboot 會將自己重定位到 DRAM（DDR）最后面的地址區域，也就是將自己拷貝到 DRAM 最后面的內存區域中。這么做的目的是給 Linux 騰出空間，防止 Linuxkernel 覆蓋掉 uboot，將 DRAM 前面的區域完整的空出來。
在拷貝之前肯定要給 uboot 各部分分配好內存位置和大小，比這些信息都保存在 gd 的成員變量中（從板子配置文件里讀取），因此要對 gd 的這些成員變量做初始化。最終形成一個完整的內存“分配圖”，在后面重定位 uboot 的時候就會用到這個內存“分配圖”（外部）。
注：上電后芯片內部Boot ROM把uboot搬移到DRAM頭部（0x87800000），重定位則再搬移到DDR后部

2.2.8. relocate_code 函數

relocate_code 函數是用于代碼拷貝

重定位就是 uboot 將自身拷貝到 DRAM 的另一個地放去繼續運行(DRAM 的高地址處)。我們知道，一個可執行的 bin 文件，其鏈接地址和運行地址要相等，也就是鏈接到哪個地址，在運行之前就要拷貝到哪個地址去。現在我們重定位以后，運行地址就和鏈接地址不同了，這樣尋址的時候不會出問題嗎？

代碼動態重定位原理

分析問題產生原因

r0 = gd->relocaddr = 0x9ff47000 , uboot重定位后的首地址
r1 = 0x87800000 源地址的首地址
r2 = 0x8785dc6c 源地址的結束地址
r4 = 0x9ff46000 - 0x87800000 = 0x18747000 偏移量
拷貝是從r1復制往r0粘貼，一次兩個32位
當r1等于r2，拷貝完成

當簡單粗暴的將uboot從0x87800000拷貝到0x9ff47000 ，程序運行時地址和連接地址不同，發生錯誤。uboot解決方法是使用位置無關碼，借用 .rel.dyn 段

使用位置無關碼解重定位后和連接地址不同問題的原理

舉例： board_init 函數會調用 rel_test，rel_test 會調用全局變量 rel_a
源代碼

static int rel_a = 0;void rel_test(void){rel_a = 100;printf("rel_test\r\n");} int board_init(void) {...rel_test();... }

反匯編代碼

8785dcf8 <rel_a>: 8785dcf8: 00000000 andeq r0, r0, r0878042b4 <rel_test>: 878042b4: e59f300c ldr r3, [pc, #12] ; 878042c8 <rel_test+0x14> 878042b8: e3a02064 mov r2, #100 ; 0x64 878042bc: e59f0008 ldr r0, [pc, #8] ; 878042cc <rel_test+0x18> 878042c0: e5832000 str r2, [r3] 878042c4: ea00d64c b 87839bfc <printf> 878042c8: 8785dcf8 ; <UNDEFINED> instruction: 0x8785dcf8 878042cc: 87842aaf strhi r2, [r4, pc, lsr #21]

從反匯編代碼中分析：

想要找到 rel_a 的地址，首先 r3 = pc + 12 = 0x878042b4 + 8 + 12 = 0x878042c8 。（由ARM 流水線決定 pc = 當前地址 + 8)
之后 r3 在0x878042c8 中存儲數據為0x8785dcf8，即為rel_a地址
這里沒直接讀取rel_a , 而是借助0x878042c8 。 0x878042c8 就是Label

重定位后，地址變化

9ffa4cf8 <rel_a>: 9ffa4cf8: 00000000 andeq r0, r0, r09ff4b2b4<rel_test>: 9ff4b2b4: e59f300c ldr r3, [pc, #12] ; 878042c8 <rel_test+0x14> 9ff4b2b8: e3a02064 mov r2, #100 ; 0x64 9ff4b2bc: e59f0008 ldr r0, [pc, #8] ; 878042cc <rel_test+0x18> 9ff4b2c0: e5832000 str r2, [r3] 9ff4b2c4: ea00d64c b 87839bfc <printf> 9ff4b2c8: 8785dcf8 ; <UNDEFINED> instruction: 0x8785dcf8 9ff4b2cc: 87842aaf strhi r2, [r4, pc, lsr #21]

這時 Label中的值還是重定位之前的，必須要將8785dcf8換為重定位后的rel_a地址
重定位后的Label中的數據 = 0x878042c8（老的Label） + 0x18747000（uboot整體的偏移量） = 0x9ffa4cf8；
讀取 rel_a 地址為，r3 = 0x9ff4b2b4 + 8 + 12 = 0x9ff4b2c8 ，即為Label地址，然后從Label中讀取到 0x9ffa4cf8，為rel_a重定義后真是地址

uboot 中使用 .rel.dyn 段具體實現位置無關碼的原理

完成這個功能在連接的時候需要加上”-pie”

.rel.dyn 段代碼段

8785dcec: 87800020 strhi r0, [r0, r0, lsr #32] 8785dcf0: 00000017 andeq r0, r0, r7, lsl r0 …… 8785e2fc: 878042c8 strhi r4, [r0, r8, asr #5] 8785e300: 00000017 andeq r0, r0, r7, lsl r0

.rel.dyn 段的格式，也就是兩個 4 字節數據為一組。
高 4 字節是 Label 地址標識 0X17，低 4 字節就是 Label 的地址，
第三行是878042c8，第四行是00000017 。說明878042c8是一個Label。正是上述分析中存放 rel_a 地址的Label
在重定位后，rel_a 真是地址 = Label內數據 + offset(0x18747000)

2.2.9 relocate_vectors函數

中斷向量表重定位后的地址，就是重定位后uboot的首地址

2.2.10. board_init_r 函數（板級初始化，進入第二階段）

board_init_f 并沒有初始化所有的外設，還需要做一些后續工作，這些后續工作就是由函數 board_init_r 來完成的
uboot relocate后的板級初始化，最后執行run_main_loop

第二階段

2.2.11 run_main_loop函數

run_main_loop-> main_loop->
- -> bootdelay_process 獲取bootdelay的值，然后保存到stored_bootdelay
  全局變量里面，獲取bootcmd環境變量值，并且將其
  返回
- -> autoboot_command 參數是bootcmd的值。檢查倒計時內有無打斷
  - -> abortboot 參數為boot delay，此函數會處理倒計時
    - -> abortboot_normal 參數為boot delay，此函數會處理倒計時
  - ->run_command_list函數，參數為s（bootcmd的命令）倒計時結束時hush shell沒輸入執行，啟動內核
- -> cli_loop 是uboot命令模式處理函數。
  - -> parse_file_outer
    - -> parse_stream_outer
      - -> parse_stream 解析輸入的字符，得到命令
      - -> run_list 運行命令
        -> run_list_real
        -> run_pipe_real
        -> cmd_process 處理命令，也就是執行命令

static int run_main_loop(void) {/* main_loop() can return to retry autoboot, if so just run it again */for (;;)main_loop(); // 這里進入了主循環，而autoboot也是在主循環里面實現return 0; }

進入了main_loop（）函數。

2.2.11 main_loop()函數

void main_loop(void) {const char *s;bootstage_mark_name(BOOTSTAGE_ID_MAIN_LOOP, "main_loop"); // 這里用于標記uboot的進度，對于tiny210來說起始什么都沒做cli_init(); // cli的初始化，主要是hush模式下的初始化run_preboot_environment_command(); // preboot相關的東西，后續有用到再說明s = bootdelay_process();if (cli_process_fdt(&s))cli_secure_boot_cmd(s);autoboot_command(s); // autoboot的東西，后續使用autoboot的時候再專門說明cli_loop(); // 進入cli的循環模式，也就是命令行模式panic("No CLI available"); }

調用 bootstage_mark_name 函數，打印出啟動進度。
調用 cli_init 函數，跟命令初始化有關，初始化 hush shell 相關的變量。（ hush shell 為uboot倒計時結束的輸入shell）
run_preboot_environment_command 函數，獲取環境變量 perboot 的內容，perboot
是一些預啟動命令
bootdelay_process 函數，此函數會讀取環境變量 bootdelay （延遲時間）和 bootcmd（啟動內核命令）的內容，
然后將 bootdelay 的值賦值給全局變量 stored_bootdelay，返回值為環境變量 bootcmd 的值。
autoboot_command(s)函數，此函數就是檢查倒計時是否結束？倒計時結束之前有
沒有被打斷？輸入參數s為bootcmd的命令
- 倒計時自然結束執行函數run_command_list，此函數會執行參數 s 指定的一系列命令，也就是環境變量 bootcmd 的命令，bootcmd 里面保存著默認的啟動命令，因此 linux 內核啟動
- 倒計時結束之前按下了鍵盤上的按鍵，那么 run_command_list函數就不會執行，執行后面的cli_loop函數
cli_loop函數，是 uboot 的命令行處理函數

2.2.12 cli_loop函數

cli_loop 函數是 uboot 的命令行處理函數，我們在 uboot 中輸入各種命令，進行各種操作就是有 cli_loop 來處理的

void cli_loop(void) {#ifdef CONFIG_SYS_HUSH_PARSERparse_file_outer();/* This point is never reached */for (;;);#elsecli_simple_loop(); //永遠不會執行#endif /*CONFIG_SYS_HUSH_PARSER*/ }

調用 parse_file_outer函數

2.2.13 parse_file_outer函數

int parse_file_outer(void) {int rcode;struct in_str input;setup_file_in_str(&input);rcode = parse_stream_outer(&input, FLAG_PARSE_SEMICOLON);return rcode;}

調用函數 setup_file_in_str 初始化變量 input 的成員變量
調用函數 parse_stream_outer，這個函數就是 hush shell 的命令解釋器，負責接收命令行輸入，然后解析并執行相應的命令

2.3.14 函數 parse_stream_outer

static int parse_stream_outer(struct in_str *inp, int flag){struct p_context ctx;o_string temp=NULL_O_STRING;int rcode;int code = 1;do {......rcode = parse_stream(&temp, &ctx, inp,flag & FLAG_CONT_ON_NEWLINE ? -1 : '\n');......if (rcode != 1 && ctx.old_flag == 0) {......run_list(ctx.list_head);......} else {......}b_free(&temp);/* loop on syntax errors, return on EOF */} while (rcode != -1 && !(flag & FLAG_EXIT_FROM_LOOP) &&(inp->peek != static_peek || b_peek(inp)));return 0; }

do-while 循環就是處理輸入命令的
函數 parse_stream 進行命令解析
調用 run_list 函數來執行解析出來的命令，run_list 調用 run_list_real 函數，run_list_real 函數調用 run_pipe_real 函數，run_pipe_real 函數調用 cmd_process 函數。最終通過函數 cmd_process 來處理命令

2.3.15 補充：uboot的命令

uboot把所有命令的數據結構都放在一個表格中，我們后續稱之為命令表。表中的每一項代表著一個命令，其項的類型是cmd_tbl_t。

struct cmd_tbl_s {char *name; /* Command Name */int maxargs; /* maximum number of arguments */int repeatable; /* autorepeat allowed? *//* Implementation function */int (*cmd)(struct cmd_tbl_s *, int, int, char * const []);char *usage; /* Usage message (short) */ #ifdef CONFIG_SYS_LONGHELPchar *help; /* Help message (long) */ #endif }; typedef struct cmd_tbl_s cmd_tbl_t;

參數說明如下：

name：定義一個命令的名字。其實就是執行的命令的字符串。這個要注意。
maxargs：這個命令支持的最大參數
repeatable：是否需要重復
cmd：命令處理函數的地址
usage：字符串，使用說明
help：字符串，幫助

Uboot使用U_BOOT_CMD來定義一個命令。CONFIG_CMD_XXX來使能uboot中的某個命令。

//uboot命令定義代碼 #define U_BOOT_CMD(_name, _maxargs, _rep, _cmd, _usage, _help)

U_BOOT_CMD最終是定義了一個cmd_tbl_t類型的結構體變量，所有的命令最終都是存放在.u_boot_list段里面。cmd_tbl_t結構體中的cmd成員變量就是具體的命令執行函數，命令執行函數都是do_xxx。

// bootm就是我們的命令字符串 // 在tiny210.h中定義了最大參數數量是64 // #define CONFIG_SYS_MAXARGS 64 /* max number of command args */ // 1表示重復一次 // 對應命令處理函數是do_bootm // usage字符串是"boot application image from memory" // help字符串是bootm_help_text定義的字符串。 U_BOOT_CMD(bootm, CONFIG_SYS_MAXARGS, 1, do_bootm,"boot application image from memory", bootm_help_text );//并且命令處理函數的格式如下： //當命令處理函數執行成功時，需要返回0.返回非0值 int do_bootm(cmd_tbl_t *cmdtp, int flag, int argc, char * const argv[])

2.3.16 函數 cmd_process

函數 cmd_process 來處理命令并執行

cmd_process
- ->find_cmd 從.u_boot_list段里面查找命令，當找到對應的命令以后以返回值的
  形式給出，為cmd_tbl_t類型
- ->cmd_call
  ->cmdtp->cmd 直接引用cmd成員變量，執行do_xxx函數

函數 cmd_process代碼

enum command_ret_t cmd_process(int flag, int argc, char * const argv[],int *repeatable, ulong *ticks) {enum command_ret_t rc = CMD_RET_SUCCESS;cmd_tbl_t *cmdtp;/* Look up command in command table */cmdtp = find_cmd(argv[0]);// 第一個參數argv[0]表示命令，調用find_cmd獲取命令對應的表項cmd_tbl_t。if (cmdtp == NULL) {printf("Unknown command '%s' - try 'help'\n", argv[0]);return 1;}/* found - check max args */if (argc > cmdtp->maxargs)rc = CMD_RET_USAGE;// 檢測參數是否正常/* If OK so far, then do the command */if (!rc) {if (ticks)*ticks = get_timer(0);rc = cmd_call(cmdtp, flag, argc, argv);// 調用cmd_call執行命令表項中的命令，成功的話需要返回0值if (ticks)*ticks = get_timer(*ticks);// 判斷命令執行的時間*repeatable &= cmdtp->repeatable;// 這個命令執行的重復次數存放在repeatable中的}if (rc == CMD_RET_USAGE)rc = cmd_usage(cmdtp);// 命令格式有問題，打印幫助信息return rc; }

find_cmd函數，從.u_boot_list段獲取命令對應的命令表項cmd_tbl_t 。
cmd_call函數，執行命令表項cmd_tbl_t 中的命令，執行do_xxx函數

2.3.17 uboot啟動linux內核（bootz命令）

在run_main_loop函數倒計時結束時沒有輸入，uboot執行bootcmd命令，啟動內核

bootcmd 保存著 uboot 默認命令，這些命令一般都是用來啟動 Linux 內核的，讀取Linux鏡像文件和設備樹文件（從MMC、SD卡、網絡讀取等）到DARM（DDR）中，然后啟動內核（bootz、bootm）。
bootm和bootz的不同地方
- bootm用于加載uImage和ramdisk
  bootm ${kernel_load_address} ${ramdisk_load_address} ${devicetree_load_address}
- bootz用于加載zImage和ext4文件系統
  bootz ${kernel_load_address} ${ramdisk_load_address} ${devicetree_load_address}
bootz的使用（tftp從網絡讀取）
tftp 80800000 zImage tftp 83000000 imx6ull-14x14-emmc-7-1024x600-c.dtb bootz 80800000 - 83000000

bootz流程

2.3.18 do_bootz函數

do_bootz是bootz的執行函數
do_bootz

-> bootz_start
- -> do_bootm_states 階段為BOOTM_STATE_START
  - -> bootm_start 對images全局變量清零
- -> images->ep = 0X80800000
- ->bootz_setup 判斷zImage是否正確
- -> bootm_find_images 查找鏡像文件
  - -> boot_get_fdt 找到設備樹，然后將設備樹起始地址和長度，寫入到images的ft_addr和ft_len成員變量中。
- -> bootm_disable_interrupts 關閉中斷相關
- -> images.os.os = IH_OS_LINUX; 表示要啟動Linux系統
- -> do_bootm_states 狀態BOOTM_STATE_OS_PREP 、BOOTM_STATE_OS_FAKE_GO 、
  BOOTM_STATE_OS_GO,
  - -> bootm_os_get_boot_func 查找Linux內核啟動函數。找到Linux內核啟動函數
    do_bootm_linux，賦值給boot_fn。
  - -> boot_fn(BOOTM_STATE_OS_PREP, argc, argv, images); 就是do_bootm_linux。
    - -> boot_prep_linux 啟動之前的一些工作，對于使用設備樹來說，他會將Bootargs傳遞給Linux內核，通過設備樹完成。也就是向Linux內核傳參。
    - -> boot_jump_linux
      - -> machid= gd->bd->bi_arch_number;
      - -> kernel_entry = (void (*)(int, int, uint))images->ep; 0X80800000。
      - -> announce_and_cleanup 輸出Starting kernel……
      - -> kernel_entry(0, machid, r2); 啟動Linux內核。Uboot的最終使命，啟動Linux內核。

2.3.19 kernel_entry函數

kernel_entry函數是內核的入口函數。內核鏡像第一行代碼

kernel_entry(0, machid, r2);

此函數有三個參數：zero，arch，params，

第一個參數 zero 同樣為 0；
第二個參數為機器 ID；
第三個參數啟動參數標記列表（ATAGS)或者設備樹(DTB)首地址，ATAGS 是傳統的方法，用于傳遞一些命令行信息啥的，如果使用設備樹的話就要傳遞設備樹(DTB)。
是匯編函數，因為內核開始是匯編代碼。
images->ep 保存著 Linux內核鏡像的起始地址，也就是kernel_entry的地址

kernel_entry函數的傳參

向匯編函數傳遞參數要使用 r0、r1 和 r2寄存器
- r0 = 0
- r1 = 機器類型ID（machid）
  - Linux 內核會在自己的機器 ID 列表里面查找是否存在與 uboot 傳遞進來的 machid 匹配的項目，如果存在就說明 Linux 內核支持這個機器，那么 Linux 就會啟動！
  - 如果使用設備樹的話這個 machid 就無效了，設備樹存有一個“兼容性”這個屬性，Linux 內核會比較“兼容性”屬性的值(字符串)來查看是否支持這個機器。
- r2 =
  - 如果使用設備樹的話，r2 應該是設備樹的起始地址
  - 如果不使用設備樹的話，r2 應該是 uboot 傳遞給 Linux 的參數起始地址，也就是環境變量 bootargs 的值

如何從uboot跳轉到內核
直接修改PC寄存器的值為Linux內核所在的地址，CPU從內核所在的地址去取指令，從而執行內核代碼
為什么要傳參數給內核
在此之前, uboot已經完成了硬件的初始化,可以說已經噎適應了“這塊開發板。然而,內核并不是對于所有的開發板都能完美適配的(如果適配了,可想而知這個內核有多龐大,又或者有新技術發明了,可以完美的適配各種開發板),此時,對于開發板的環境一無所知。所以,要想啟動 Linux內核, uboot必須要給內核傳遞一些必要的信息來告訴內核當前所處的環境。

總結

以上是生活随笔為你收集整理的uboot启动流程详细分析（基于i.m6ull）的全部內容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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