从头理清uboot（4）-boot_cmd 的处理
目录1. 默认的bootcmd 包含了哪些内容？1.1 mmcboot1.2 netboot1.3 小总结1.4 关于bootargs2. boot-linux 函数过程2.1 结构体简单介绍2.2 do_bootz函数分析2.2.1 bootz_start 函数2.2.2 do_bootm_states 函数2.2.3 do_bootm_linux函数2.2.4 boot_jump_linux函数3. 一些指令是如何实现的?
上次我们分析到，uboot在启动linux的过程中，最后是执行bootcmd这个环境变量，那么我们今天来分析，这个环境变量到底执行了哪些功能，这些功能调用了哪些函数，最后是如何实现linux的boot的？
关于环境变量：对于imax6ull来说，都是存储在/include/configs/mx6ullevk.h和include/env_dedault.h
1. 默认的bootcmd 包含了哪些内容？
在default_environment中有定义：于是查找CONFIG_BOOTCOMMAND
#ifdef CONFIG_BOOTCOMMAND
"bootcmd=" CONFIG_BOOTCOMMAND "\0"
#endif
在./include/configs/mx6ullevk.h中有定义：
#define CONFIG_BOOTCOMMAND \
"run findfdt;" \
"mmc dev ${mmcdev};" \
"mmc dev ${mmcdev}; if mmc rescan; then " \
"if run loadbootscript; then " \
"run bootscript; " \
"else " \
"if run loadimage; then " \
"run mmcboot; " \
"else run netboot; " \
"fi; " \
"fi; " \
"else run netboot; fi"
#endif
其中,有以下环境变量：
findfdt：其中会用到fdt_file=undefined，board_name=EVK，board_rev=14X14 这三个变量，用于寻找.dtb 文件
"findfdt="\
"if test $fdt_file = undefined; then " \
"if test $board_name = EVK && test $board_rev = 9X9; then " \
"setenv fdt_file imx6ull-9x9-evk.dtb; fi; " \
"if test $board_name = EVK && test $board_rev = 14X14; then " \
"setenv fdt_file imx6ull-14x14-evk.dtb; fi; " \
"if test $fdt_file = undefined; then " \
"echo WARNING: Could not determine dtb to use; fi; " \
"fi;\0" \
mmc dev ${mmcdev} : 用于切换mmc 设置mmc 设备
mmc rescan ：执行mmc 扫描检查，成功执行run loadbootscript失败就执行run netboot网络boot。
run loadbootscript ：
"loadbootscript=" \
"fatload mmc ${mmcdev}:${mmcpart} ${loadaddr} ${script};\0" \
其中 mmcdev=1，mmcpart=1，loadaddr=0x80800000，script= boot.scr因此展开之后为下面指令，就是从 mmc1 的分区 1 中读取文件 boot.src 到 DRAM 的 0X80800000 处，如果成功的话就执行bootscript不行就会执行run loadimage
loadbootscript=fatload mmc 1:1 0x80800000 boot.scr;
bootscript：只是一个输出语句
"bootscript=echo Running bootscript from mmc ...; " \
run loadimage：见下方注释为从mmc 加载zImage到0x80800000地址处。
"loadimage=fatload mmc ${mmcdev}:${mmcpart} ${loadaddr} ${image}\0" \
/* 其中： mmcdev=1、mmcpart=1 loadaddr=0x80800000、image = zImage 所以展开之后就是：*/
loadimage=fatload mmc 1:1 0x80800000 zImage
1.1 mmcboot
mmcboot 的源码如下：
"mmcboot=echo Booting from mmc ...; " \
"run mmcargs; " \
"if test ${boot_fdt} = yes || test ${boot_fdt} = try; then " \
"if run loadfdt; then " \
"bootz ${loadaddr} - ${fdt_addr}; " \
"else " \
"if test ${boot_fdt} = try; then " \
"bootz; " \
"else " \
"echo WARN: Cannot load the DT; " \
"fi; " \
"fi; " \
"else " \
"bootz; " \
"fi;\0" \
其中第一行是设置boot 参数
"mmcargs=setenv bootargs console=${console},${baudrate} " \
CONFIG_BOOTARGS_CMA_SIZE \
CONFIG_MFG_NAND_PARTITION \
"root=${mmcroot}\0" \
/*"console=ttymxc" baudrate=115200 mmcroot="/dev/mmcblk1p2"rootwait rw */
所以这句话为：
mmcargs=setenv bootargs console=ttymxc0,115200 "" "" root=/dev/mmcblk1p2 rootwait rw
由于"boot_fdt=try\0" \所以执行loadfdt,由于fdt_file在之前findfdt时候初始化过了，所以额这里就是load dtb 文件到0x83000000。
"loadfdt=fatload mmc ${mmcdev}:${mmcpart} ${fdt_addr} ${fdt_file}\0" \
/* mmcdev=1、mmcpart=1 fdt_addr=0x83000000 、fdt_file= imx6ull-14x14-evk.dtb \0 */
fatload mmc 1:1 0x83000000 imx6ull-14x14-evk.dtb
* 于是` run loadfdt`执行成功，就会执行指令：
```c
bootz ${loadaddr} - ${fdt_addr};
/* loadaddr = 0x80800000 fdt_addr=0x83000000*/
bootz 0x80800000 - 0x83000000
1.2 netboot
"netboot=echo Booting from net ...; " \
"run netargs; " \
"if test ${ip_dyn} = yes; then " \
"setenv get_cmd dhcp; " \
"else " \
"setenv get_cmd tftp; " \
"fi; " \
"${get_cmd} ${image}; " \
"if test ${boot_fdt} = yes || test ${boot_fdt} = try; then " \
"if ${get_cmd} ${fdt_addr} ${fdt_file}; then " \
"bootz ${loadaddr} - ${fdt_addr}; " \
"else " \
"if test ${boot_fdt} = try; then " \
"bootz; " \
"else " \
"echo WARN: Cannot load the DT; " \
"fi; " \
"fi; " \
"else " \
"bootz; " \
"fi;\0" \
1.3 小总结
对于mmc_boot有效的信息如下：
给findfdt赋值，设置dtb文件：setenv fdt_file imx6ull-14x14-evk.dtb
设置mmc 设备: mmc dev 1
加载镜像：fatload mmc 1:1 0x80800000 zImage
设置bootargs：setenv bootargs console=ttymxc0,115200 "" "" root=/dev/mmcblk1p2 rootwait rw
加载dtb：fatload mmc 1:1 0x83000000 imx6ull-14x14-evk.dtb
启动：bootz 0x80800000 - 0x83000000
1.4 关于bootargs
bootargs 是uboot 传递给linux 中的参数，上述解析之后的参数见下方：
mmcargs=setenv bootargs console=ttymxc0,115200 "" "" root=/dev/mmcblk1p2 rootwait rw
其中有三个设置点：
console ：设置Linux的输出窗口，由于mx6ull中，串口0的表示是/dev/ttymxc0所以设置输出窗口为这个。
root ：设置根文件系统的位置，告诉Linux在哪里寻找根文件系统。/dev/mmcblk1p2 表示在ima6ull的分区2中。后续还有“rootwait rw”数据，表示等待根文件系统挂载完毕才加载，rw表示文件系统是可读写的。
2. boot-linux 函数过程
上面分析到，在把image和dtb 搬运到固定地址之后，执行bootz 0x80800000 - 0x83000000指令，进入linux 的boot 阶段。bootz指令的定义如下，于是可以发现是执行do_bootz函数。
U_BOOT_CMD(
bootz, CONFIG_SYS_MAXARGS, 1, do_bootz,
"boot Linux zImage image from memory", bootz_help_text
);
2.1 结构体简单介绍
uboot 中 定义了bootm_headers_t和image_header_t结构体分别用来抽象image 信息和 image 头部信息。
typedef struct bootm_headers {
/*
* Legacy os image header, if it is a multi component image
* then boot_get_ramdisk() and get_fdt() will attempt to get
* data from second and third component accordingly.
*/
image_header_t *legacy_hdr_os; /* image header pointer */
image_header_t legacy_hdr_os_copy; /* header copy */
ulong legacy_hdr_valid;
#ifndef USE_HOSTCC
image_info_t os; /* os image info */
ulong ep; /* entry point of OS */
ulong rd_start, rd_end;/* ramdisk start/end */
char *ft_addr; /* flat dev tree address */
ulong ft_len; /* length of flat device tree */
ulong initrd_start;
ulong initrd_end;
ulong cmdline_start;
ulong cmdline_end;
bd_t *kbd;
#endif
int verify; /* getenv("verify")[0] != 'n' */
#define BOOTM_STATE_START (0x00000001)
#define BOOTM_STATE_FINDOS (0x00000002)
#define BOOTM_STATE_FINDOTHER (0x00000004)
#define BOOTM_STATE_LOADOS (0x00000008)
#define BOOTM_STATE_RAMDISK (0x00000010)
#define BOOTM_STATE_FDT (0x00000020)
#define BOOTM_STATE_OS_CMDLINE (0x00000040)
#define BOOTM_STATE_OS_BD_T (0x00000080)
#define BOOTM_STATE_OS_PREP (0x00000100)
#define BOOTM_STATE_OS_FAKE_GO (0x00000200) /* 'Almost' run the OS */
#define BOOTM_STATE_OS_GO (0x00000400)
int state;
#ifdef CONFIG_LMB
struct lmb lmb; /* for memory mgmt */
#endif
} bootm_headers_t;
extern bootm_headers_t images;
/* 其中，header 再定义为： */
typedef struct image_header {
__be32 ih_magic; /* Image Header Magic Number */
__be32 ih_hcrc; /* Image Header CRC Checksum */
__be32 ih_time; /* Image Creation Timestamp */
__be32 ih_size; /* Image Data Size */
__be32 ih_load; /* Data Load Address */
__be32 ih_ep; /* Entry Point Address */
__be32 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;
2.2 do_bootz函数分析
do_bootz会调用bootz_start准备好环境之后，关闭中断，在设置要启动的系统是IH_OS_LINUX之后，就会利用do_bootm_states函数启动linux。源码如下：
int do_bootz(cmd_tbl_t *cmdtp, int flag, int argc, char * const argv[])
{
int ret;
/* Consume 'bootz' 过滤掉bootz 参数，这样子addr= argv[0] */
argc--; argv++;
if (bootz_start(cmdtp, flag, argc, argv, &images))
return 1;
bootm_disable_interrupts();
images.os.os = IH_OS_LINUX;
ret = do_bootm_states(cmdtp, flag, argc, argv,
BOOTM_STATE_OS_PREP | BOOTM_STATE_OS_FAKE_GO |
BOOTM_STATE_OS_GO,
&images, 1);
return ret;
}
2.2.1 bootz_start 函数
见下方，bootz_start的主要功能为：
调用 do_bootm_states,且把状态设置为 BOOTM_STATE_START 准备环境，释放原来images占用的区域。
设置images->ep这个地址是image 的启动地址（entry-point）。
把images->ep头部指针传递给bootz_setup,在里面会做是否是linux 系统image 的判定，并且获得起始和结束位置，如果不是的话会报错，给image 指针重定位。
调用lmb_reserve将image 占用的内存大小和区域设置为已经使用的区域。
调用bootm_find_images去找到dtb 文件，并且将地址和长度信息，存储到全局变量images中。
做完以上之后，就会调用do_bootm_states,并且设置对应状态 启动inux。
static int bootz_start(cmd_tbl_t *cmdtp, int flag, int argc,
char * const argv[], bootm_headers_t *images)
{
int ret;
ulong zi_start, zi_end;
ret = do_bootm_states(cmdtp, flag, argc, argv, BOOTM_STATE_START,
images, 1); /* */
/* Setup Linux kernel zImage entry point */
if (!argc) {
images->ep = load_addr;
debug("* kernel: default image load address = 0x%08lx\n",
load_addr);
} else {
images->ep = simple_strtoul(argv[0], NULL, 16);
debug("* kernel: cmdline image address = 0x%08lx\n",
images->ep);
}
ret = bootz_setup(images->ep, &zi_start, &zi_end);
if (ret != 0)
return 1;
lmb_reserve(&images->lmb, images->ep, zi_end - zi_start);
if (bootm_find_images(flag, argc, argv))
return 1;
return 0;
}
2.2.2 do_bootm_states 函数
do_bootm_states 能够根据不同的状态执行不同的函数，在imax6ull 中，起到了下面这些作用：
调用bootm_start函数，释放原来images指向的区域并清0。
调用bootm_load_os函数，设置对应的地址。
调用bootm_os_get_boot_func函数:找到boot 中真正使用的函数。本次boot 的os 在之前已经设置过了为IH_OS_LINUX于是会调用do_bootm_linux。后面执行的boot_fn(BOOTM_STATE_OS_CMDLINE, argc, argv, images);函数实际上都是由do_bootm_linux函数执行。
int do_bootm_states(cmd_tbl_t *cmdtp, int flag, int argc, char * const argv[],
int states, bootm_headers_t *images, int boot_progress)
{
boot_os_fn *boot_fn;
ulong iflag = 0;
int ret = 0, need_boot_fn;
images->state |= states;
/*
* Work through the states and see how far we get. We stop on
* any error.
*/
if (states & BOOTM_STATE_START)
ret = bootm_start(cmdtp, flag, argc, argv);
if (!ret && (states & BOOTM_STATE_FINDOS))
ret = bootm_find_os(cmdtp, flag, argc, argv);
if (!ret && (states & BOOTM_STATE_FINDOTHER)) {
ret = bootm_find_other(cmdtp, flag, argc, argv);
argc = 0; /* consume the args */
}
......
boot_fn = bootm_os_get_boot_func(images->os.os);
need_boot_fn = states & (BOOTM_STATE_OS_CMDLINE |
BOOTM_STATE_OS_BD_T | BOOTM_STATE_OS_PREP |
BOOTM_STATE_OS_FAKE_GO | BOOTM_STATE_OS_GO);
......
/* 这里实际执行的都是do_bootm_linux 函数了！ */
/* Call various other states that are not generally used */
if (!ret && (states & BOOTM_STATE_OS_CMDLINE))
ret = boot_fn(BOOTM_STATE_OS_CMDLINE, argc, argv, images);
if (!ret && (states & BOOTM_STATE_OS_BD_T))
ret = boot_fn(BOOTM_STATE_OS_BD_T, argc, argv, images);
if (!ret && (states & BOOTM_STATE_OS_PREP))
ret = boot_fn(BOOTM_STATE_OS_PREP, argc, argv, images);
......
/* Now run the OS! We hope this doesn't return */
if (!ret && (states & BOOTM_STATE_OS_GO))
ret = boot_selected_os(argc, argv, BOOTM_STATE_OS_GO,
images, boot_fn);
}
2.2.3 do_bootm_linux函数
上面说到，在本次启动过程中，最后实际调用的是do_bootm_linux于是再继续分析这个函数。
我们在do_bootz的时候，实际调用的是这调用整个宏BOOTM_STATE_OS_PREP ，会调用boot_prep_linux(images); 这个函数进行启动前的准备。
int do_bootm_linux(int flag, int argc, char * const argv[],
bootm_headers_t *images)
{
/* No need for those on ARM */
if (flag & BOOTM_STATE_OS_BD_T || flag & BOOTM_STATE_OS_CMDLINE)
return -1;
if (flag & BOOTM_STATE_OS_PREP) {
boot_prep_linux(images);
return 0;
}
if (flag & (BOOTM_STATE_OS_GO | BOOTM_STATE_OS_FAKE_GO)) {
boot_jump_linux(images, flag);
return 0;
}
boot_prep_linux(images);
boot_jump_linux(images, flag);
return 0;
}
后面do_bootz会调用boot_selected_os函数，之后继续调用do_bootm_linux并且将flag 设置为BOOTM_STATE_OS_GO，执行boot_jump_linux(images, flag);
boot_selected_os(argc, argv, BOOTM_STATE_OS_GO,
images, boot_fn);
/* 实际还是调用了 boot_fn(state, argc, argv, images); */
/* 在bootlinux 的情况下，实际执行的是：do_bootm_linux*/
do_bootm_linux (BOOTM_STATE_OS_GO,argc,argv，images)
2.2.4 boot_jump_linux函数
可见boot_jump_linux的作用如下：
定义函数指针并且赋值为images->ep,作为程序跳转到linux 的入口。
获取id值和环境变量machid比较，判断是否相等。
清除CPU的cache 环境。
设置函数指针kernel_entry的参数，分别是0、machid、fdt地址/或者bi_boot_params。如果不使用设备数的话，就是bootargs
/* Subcommand: GO */
static void boot_jump_linux(bootm_headers_t *images, int flag)
{
unsigned long machid = gd->bd->bi_arch_number;
char *s;
void (*kernel_entry)(int zero, int arch, uint params);/* 定义函数指针 */
unsigned long r2;
int fake = (flag & BOOTM_STATE_OS_FAKE_GO);
kernel_entry = (void (*)(int, int, uint))images->ep; /*给函数指针赋值为*/
s = getenv("machid"); /* 比较id 是不是和环境变量是相同的 */
if (s) {
if (strict_strtoul(s, 16, &machid) < 0) {
debug("strict_strtoul failed!\n");
return;
}
printf("Using machid 0x%lx from environment\n", machid);
}
debug("## Transferring control to Linux (at address %08lx)" \
"...\n", (ulong) kernel_entry);
bootstage_mark(BOOTSTAGE_ID_RUN_OS);
announce_and_cleanup(fake); /* CPU clean up,把cache 都刷掉了。 */
if (IMAGE_ENABLE_OF_LIBFDT && images->ft_len)/* 把 r2 寄存器设置为ft_addr 或者 bi_boot_params*/
r2 = (unsigned long)images->ft_addr;
else
r2 = gd->bd->bi_boot_params;
if (!fake) {
#ifdef CONFIG_ARMV7_NONSEC
if (armv7_boot_nonsec()) {
armv7_init_nonsec();
secure_ram_addr(_do_nonsec_entry)(kernel_entry,
0, machid, r2);
} else
#endif
kernel_entry(0, machid, r2);
}
#endif
}
小问题，之前提到的bootargs 是在哪里设定的呢，怎么传递过去的？
如果不适用fdt的话，参数r2 就是bootargs的值。
3. 一些指令是如何实现的?
由前面分析我们可以知道，uboot 的命令都是由U_BOOT_CMD实现的，所以我们可以在boot 的文件夹下搜索我们关心的命令，例如上面频繁的用到了fatload命令，我们可以搜索如下：
:~/for_study/imax6ull/uboot$: grep -nr "U_BOOT_CMD" | grep -n "fat"
/* 得到下面结果 */
1244:cmd/fat.c:27:U_BOOT_CMD(
1245:cmd/fat.c:41:U_BOOT_CMD(
1246:cmd/fat.c:61:U_BOOT_CMD(
1247:cmd/fat.c:93:U_BOOT_CMD(
1248:cmd/fat.c:145:U_BOOT_CMD(
可以发现，是在这些命令都在cmd/fat.c里面，由此可以找到命令的定义和回调函数，具体的实现就需要深入研究源码了。
U_BOOT_CMD(
fatload, 7, 0, do_fat_fsload,
......
}