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Linux驱动学习日记(8) Uboot学习(三)

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Bootz总体启动流程

  当bootz命令输入后，U-Boot会执行以下操作：

图 1 bootz流程

启动流程详解

images全局变量

  这个全局变量是一个结构体，主要容纳了OS（Linux内核）信息、设备树、启动状态机等信息，它是 Linux 启动全过程中，所有镜像、地址、长度、入口点、状态的唯一权威记录。

do_bootz函数

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int do_bootz(cmd_tbl_t *cmdtp, int flag, int argc, char * const argv[])
{
    int ret;

 /* Consume 'bootz' */
    argc--; argv++;

    if (bootz_start(cmdtp, flag, argc, argv, &images))
    return 1;

 /*
  * We are doing the BOOTM_STATE_LOADOS state ourselves, so must
  * disable interrupts ourselves
  */
    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;
}

  这个函数首先调用 bootz_start() 完成启动前的准备工作，如果准备失败则直接返回。然后关闭所有中断。设置 images.os.os 为 IH_OS_LINUX，也就是设置系统镜像为 Linux，表示我们要启动的是 Linux 系统！后面会用到 images.os.os 来挑选具体的启动函数。最后调用函数 do_bootm_states 来执行不同的 BOOT 阶段，这里要执行的 BOOT 阶段有： BOOTM_STATE_OS_PREP 、 BOOTM_STATE_OS_FAKE_GO 和 BOOTM_STATE_OS_GO。

bootz_start 函数

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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);

    /*
     * Handle the BOOTM_STATE_FINDOTHER state ourselves as we do not
     * have a header that provide this informaiton.
     */
    if (bootm_find_images(flag, argc, argv))
        return 1;
    return 0;
}

  bootz_setup() 会算出 zImage 相关的“占用区间”（用于 LMB 预留），也就是 U-Boot 接下来绝对不能踩的内存范围。第一段，进入BOOTM_STATE_START，初始化启动状态机+LMB。第二段，确定zimage在内存中的地址并写入images->ep。第三段，调用 bootz_setup 函数，此函数会判断当前的系统镜像文件是否为 Linux 的镜像文件，并且会打印出镜像相关信息。第五段会调用bootm_find_images函数，这个函数主要是查找设备树(dtb)文件，找到以后就将设备树的起始地址和长度分别写到 images 的 ft_addr 和 ft_len 成员变量中。我们使用 bootz 启动 Linux 的时候已经指明了设备树在 DRAM 中的存储地址，因此 images.ft_addr=0X83000000，长度根据具体的设备树文件而定，比如我现在使用的设备树文件长度为 0X8C81，因此 images.ft_len=0X8C81。

do_bootm_states 函数

  函数 do_bootm_states 根据不同的 BOOT 状态执行不同的代码段，通过如下代码来判断 BOOT 状态：

states & BOOTM_STATE_XXX

  在 do_bootz 函数中会用到 BOOTM_STATE_OS_PREP 、 BOOTM_STATE_OS_FAKE_GO和 BOOTM_STATE_OS_GO 这三个 BOOT 状态， bootz_start 函数中会用到 BOOTM_STATE_START 这个 BOOT 状态。本质上这个函数只是个状态机。

  在BOOTM_STATE_START状态下，会初始化启动状态机、初始化bootstage并作通用合法性检查。BOOTM_STATE_OS_PREP状态下，会关闭中断、清理cache、关闭MMU、确保CPU模式正常、最终确认 FDT / initrd / bootargs 已就位。BOOTM_STATE_OS_FAKE_GO可以理解为彩排，调试 / 追踪启动流程，而不真的把控制权交给 OS。BOOTM_STATE_OS_GO才是真正的跳转，一般会准备寄存器，确认CPU状态并且函数指针跳转。

结语

  通过对 bootz 启动 Linux 内核流程的分析，可以看出 U-Boot 并不是简单地“跳转到内核”，而是通过一套完整而严谨的启动状态机，将内核镜像、设备树、内存布局以及 CPU 状态逐步整理到 Linux 所期望的初始运行环境中。