coreboot学习5：启动流程跟踪之ramstage阶段主干分析

ramstage阶段涉及比较多的操作，比如枚举板子上的外围设备，分配资源(PCI)，使能设备。本文根据该阶段的主干函数流程做分析，细节方面不涉及。理顺这个主干，从全局上把控大致流程。

romstage阶段执行完毕，在arch_prog_run函数中，使用jmp指令跳转到ramstge的入口地址。代码如下：

__asm__ volatile (
#ifdef __x86_64__
"jmp *%%rdi\n"
#else
"jmp *%%edi\n"
#endif

:: "D"(prog_entry(prog))
);

之后就是ramstage阶段的运行了。主体代码在src\lib\hardwaremain.c中，主函数为main。该文件使用启动状态结构体(struct boot_state)定义了所有要执行的函数。定义如下：

struct boot_state {const char *name;boot_state_t id;u8 post_code;struct boot_phase phases[2];boot_state_t (*run_state)(void *arg);void *arg;int complete : 1;
#if CONFIG_HAVE_MONOTONIC_TIMERstruct boot_state_times times;
#endif
};#define BS_INIT(state_, run_func_)                \{                          \.name = #state_,              \.id = state_,                 \.post_code = POST_ ## state_,         \.phases = { { NULL, 0 }, { NULL, 0 } },       \.run_state = run_func_,               \.arg = NULL,                  \.complete = 0,                    \}
#define BS_INIT_ENTRY(state_, run_func_)    \[state_] = BS_INIT(state_, run_func_)// 此结构体定义ramstage依次执行的函数
// 前一函数结束后会返回下一阶段要执行的函数id
static struct boot_state boot_states[] = {BS_INIT_ENTRY(BS_PRE_DEVICE, bs_pre_device),BS_INIT_ENTRY(BS_DEV_INIT_CHIPS, bs_dev_init_chips),BS_INIT_ENTRY(BS_DEV_ENUMERATE, bs_dev_enumerate),BS_INIT_ENTRY(BS_DEV_RESOURCES, bs_dev_resources),BS_INIT_ENTRY(BS_DEV_ENABLE, bs_dev_enable),BS_INIT_ENTRY(BS_DEV_INIT, bs_dev_init),BS_INIT_ENTRY(BS_POST_DEVICE, bs_post_device),BS_INIT_ENTRY(BS_OS_RESUME_CHECK, bs_os_resume_check),BS_INIT_ENTRY(BS_OS_RESUME, bs_os_resume),BS_INIT_ENTRY(BS_WRITE_TABLES, bs_write_tables),BS_INIT_ENTRY(BS_PAYLOAD_LOAD, bs_payload_load),BS_INIT_ENTRY(BS_PAYLOAD_BOOT, bs_payload_boot),
};

每个函数运行结束后，都会返回下一次要执行的函数ID，这样就可以顺序地执行每个小阶段的函数。其实现是在最关键的函数：bs_walk_state_machine()：

static void bs_walk_state_machine(void)
{while (1) {static int cnt = 1;struct boot_state *state;boot_state_t next_id;// 拿到一个statestate = &boot_states[current_phase.state_id];if (state->complete) {printk(BIOS_EMERG, "BS: %s state already executed.\n",state->name);break;}if (IS_ENABLED(CONFIG_DEBUG_BOOT_STATE))printk(BIOS_DEBUG, "BS: Entering %s state.\n",state->name);bs_run_timers(0);bs_sample_time(state);bs_call_callbacks(state, current_phase.seq);/* Update the current sequence so that any calls to block the* current state from the run_state() function will place a* block on the correct phase. */current_phase.seq = BS_ON_EXIT;bs_sample_time(state);ll_printk("%s() state %d start==============================\n", __func__, state->id);post_code(state->post_code);// 真正调用boot_states定义好的函数// 函数返回后，得到下一次要执行的idnext_id = state->run_state(state->arg);if (IS_ENABLED(CONFIG_DEBUG_BOOT_STATE))printk(BIOS_DEBUG, "BS: Exiting %s state.\n",state->name);bs_sample_time(state);bs_call_callbacks(state, current_phase.seq);if (IS_ENABLED(CONFIG_DEBUG_BOOT_STATE))printk(BIOS_DEBUG,"----------------------------------------\n");/* Update the current phase with new state id and sequence. */current_phase.state_id = next_id;current_phase.seq = BS_ON_ENTRY;bs_sample_time(state);bs_report_time(state);state->complete = 1;}
}

可以看到，首先从boot_states拿到一个结构体(根据current_phase结构，此时获取到的实际上是第一个要执行的，即BS_PRE_DEVICE的结构体)，然后调用该结构的run_state函数指针(比如第一个状态即为bs_pre_device函数)，该函数返回的是下一状态ID，赋值给next_id，再更改current_phase中的值。不断的循环，直到结束。——事实上，coreboot最终的状态将会是payload，而payload之后，就是操作系统了，这些不再是coreboot管控范围了。因此，这个函数虽然由while(1)不断循环执行，实质上到payload后即结束了。

关于启动的状态过程，在头文件src\include\bootstate.h的注释讲得十分清楚，摘录如下：

/** The boot state machine provides a mechanism for calls to be made through-* out the main boot process. The boot process is separated into discrete* states. Upon a state's entry and exit and callbacks can be made. For* example:**      Enter State*           +*           |*           V*   +-----------------+*   | Entry callbacks |*   +-----------------+*   | State Actions   |*   +-----------------+*   | Exit callbacks  |*   +-------+---------+*           |*           V*       Next State** Below is the current flow from top to bottom:**        start*          |*    BS_PRE_DEVICE*          |*    BS_DEV_INIT_CHIPS*          |*    BS_DEV_ENUMERATE*          |*    BS_DEV_RESOURCES*          |*    BS_DEV_ENABLE*          |*    BS_DEV_INIT*          |*    BS_POST_DEVICE*          |*    BS_OS_RESUME_CHECK -------- BS_OS_RESUME*          |                          |*    BS_WRITE_TABLES              os handoff*          |*    BS_PAYLOAD_LOAD*          |*    BS_PAYLOAD_BOOT*          |*      payload run** Brief description of states:*   BS_PRE_DEVICE - before any device tree actions take place*   BS_DEV_INIT_CHIPS - init all chips in device tree*   BS_DEV_ENUMERATE - device tree probing*   BS_DEV_RESOURCES - device tree resource allocation and assignment*   BS_DEV_ENABLE - device tree enabling/disabling of devices*   BS_DEV_INIT - device tree device initialization*   BS_POST_DEVICE - all device tree actions performed*   BS_OS_RESUME_CHECK - check for OS resume*   BS_OS_RESUME - resume to OS*   BS_WRITE_TABLES - write coreboot tables*   BS_PAYLOAD_LOAD - Load payload into memory*   BS_PAYLOAD_BOOT - Boot to payload*/typedef enum {BS_PRE_DEVICE,BS_DEV_INIT_CHIPS,BS_DEV_ENUMERATE,BS_DEV_RESOURCES,BS_DEV_ENABLE,BS_DEV_INIT,BS_POST_DEVICE,BS_OS_RESUME_CHECK,BS_OS_RESUME,BS_WRITE_TABLES,BS_PAYLOAD_LOAD,BS_PAYLOAD_BOOT,
} boot_state_t;

总体流程图如下：

注：
由于coreboot方面资料较少，笔者第一次尝试分析代码，还有众多未能参透的地方，难免出错。任何问题，欢迎一起交流学习。

李迟 2016.3.16 周三夜

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