第二章--Bootloader启动流程分析.pdf

170170 第第2 2章章 BootloaderBootloader 启动流程分析启动流程分析 2 2.1 .1 BootloaderBootloader 启动的两个阶段启动的两个阶段 从操作系统的角度看，Bootloader 的总目标就是正确地调用内核来执行。另 外，由于 Bootloader 的实现依赖于 CPU 的体系结构，因此大多数 Bootloader 都分为 stage1 和 stage2 两大部分，以便使 Bootloader 的功能更加强大和提供 更加良好的移植性能。 stage1 主要是一些依赖于 CPU 体系结构的代码， 比如硬件设备初始化代码等。 这一阶段的代码主要是通过汇编来实现的，已达到短小精悍和高效的目的。 stage1 为位置无关代码，通常在 Flash 中运行。所以有的指令为相对寻址，可 以在任何位置运行。 s stage1tage1 负责的主要任务有：负责的主要任务有： 硬件设备初始化包括：关闭 Watchdog、关闭中断、设置 CPU 的速度和时钟频 率、配置 SDRAM 存储控制器及 IO、关闭处理器内部指令/数据 Cache 等； 为加载 Bootloader 的 stage2 代码准备 RAM 空间（这个地址由链接脚本指定 为运行域地址，通常为 RAM 的高端地址）测试内存空间是否有效； 复制 Bootloader 的 stage2 代码到 RAM 空间中； 设置好堆栈； 跳转到 stage2 的 C 函数入口点。 stage2 则是通常用 C 语言来实现，这样可以实现更复杂的功能，而且代码会 具有更好的可读性和可移植性。 stage2stage2 负责的主要任务有：负责的主要任务有： 初始化本阶段要使到的硬件设备（如串口、Flash 和网卡等） ； 检测系统内存映射； 没有用户干预时将内核映像从 Flash 读到 RAM 空间中； 为内核设置启动参数； 调用内核。 2.2.2 2 BootloaderBootloader 的内核调用的内核调用 操作系统的内核映像一般是存储在 Flash 上的，当 Bootloader 将内核复制 到 RAM 里之后可能还需要解压。但是对于有自解压能力的内核而言是不需要 Bootloader 来解压的。 而 Bootloader 调用内核的方法就是直接跳转到内核的第一条指令处。在调 171171 用内核之前下列的条件必须要满足： 1.CPU 寄存器的设置 R0 为 0； R1 为机器码； R2 为启动参数，标记列表在 RAM 中的起始基地址。 2.CPU 工作模式 必须禁止中断（IRQ 和 FIQ） ； CPU 必须设置为 SVC 模式。 3.Cache 和 MMU 的设置 MMU 必须关闭； 指令 Cache 可以打开或关闭； 数据 Cache 必须关闭。 2.2.1 2.2.1 BootloaderBootloader 与内核的交互与内核的交互 当内核启动时，启动参数一般是从 Bootloader 中传递而来的。那么 Bootloader 传递参数的存放地址和参数的数据结构就都是需要关心的。 由于 Bootloader 和内核不是同时启动运行的，因此 Bootloader 要向内核传 递参数只有将参数存放在一个指定的地址， 然后内核再从这个地址中读取启动参 数。 在 U-Boot 中，传递参数的数据结构是以标记的形式来体现的。而参数的传 递通过标记列表的形式来实现。标记列表由 ATAG_CORE 开始，以 ATAG_NONE 标记 结束。这里的 ATAG_CORE，ATAG_NONE 是各个参数的标记，本身是一个 32 位值。 标记的数据结构为 tag，它由一个 tag_header 结构体和一个联合体组成。 tag_header 结构体表示标记的长度和类型，比如是表示内存还是命令行参数。 对于不同类型的标记使用不同的联合体。对于 tag 和 tag_header 的定义可以在 网蜂提供的 U-Boot 的源码中 arch/arm/include/asm/setup.h 文件中找到，即： 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; 172172 ; 除了 ATAG_CORE 和 ATAG_NONE 之外，其他的参数标记还包括：ATAG_MEM， ATAG_COMDLINE 和 ATAG_INITRD2 等。每个参数标记就代表一个参数结构体，由 各个参数结构体构成了标记列表。 在网蜂提供的 U-Boot 的源码中 arch/arm/lib/bootm.c 文件中有以下代码， 说明参数是如何传递的。 static void setup_start_tag (bd_t *bd) /* 参数存放地址 */ params = (struct tag *) bd-bi_boot_params; /* 标记 ATAG_CORE 开始 */ 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; /* 使 params 指向下一个标记 */ params = tag_next (params); static void setup_memory_tags (bd_t *bd) int i; for (i = 0; i hdr.tag = ATAG_MEM; params-hdr.size = tag_size (tag_mem32); /* 设置内存起始地址 */ params-u.mem.start = bd-bi_drami.start; /* 设置内存大小 */ params-u.mem.size = bd-bi_drami.size; /* 使 params