imx8mm偶现启动内核失败问题分析报告

转载自前同事zhouyuanjie。

问题环境

project：ubox

openwrt：v18.06.4

kernel：4.14.98

uboot：2018.03

问题现象

在openwrt编译ubox镜像后，使用镜像启动偶现镜像卡在“Starting kernel ...”阶段。

ubox镜像是通过mkimage工具做的FIT镜像，配置如下：

问题分析

分析一：

因未打包的源文件在uboot中使用的是booti命令启动，FIT镜像需要使用bootm命令启动，所以将有问题的FIT镜像采用booti的命令启动，发现能够正常启动，判断FIT打包前的源文件是没有问题的，排除因去掉了不该去掉的配置造成不能启动的情况。

分析二：

因问题是属于uboot->kernel的交付阶段，在此阶段没有可用调试工具和设备，则采用黑盒和代码分析的方法，首先分析bootm的启动流程：

do_bootm	bootm命令
do_bootm_states	完成image和fdt的查找、解压、装载等动作
boot_selected_os	选择从什么启动系统并设置回调函数
do_bootm_linux	为启动image做准备，如关闭dcache等
armv8_switch_to_el2	选择启动模式（32 or 64）和级别（el2为系统级别）
armv8_switch_to_el2_m	实际启动内核

经上述流程分析发现，uboot在实际启动前做了级别切换，怀疑CPU在进入kernel前进入了某种模式，导致CPU卡死在uboot中？然后分析kernel启动代码，并在kernel中添加点亮led的方式确定CPU是否成功进入内核，代码如下：

经上述内核代码调试分析后发现，在上图（1）的位置CPU会抛出（synchronoud abort异常，led实则未点亮，看抛出的这个异常大致确定是寻址或译码上的问题，此处并未深究，但能够抛出异常也能确定是进入kernel中），而去掉图（1）在图（2）出则会卡死，分析问题点代码{

adr_l x0, __hyp_stub_vectors

msr vbar_el2, x0

}，异常点代码是在设置异常向量表后卡死。经objdump分析判断CPU在uboot交付kernel后产生异常，进入异常处理（死循环），详见下图：

经上述分析，启动过程中是卡死在kernel阶段，并且是在设置异常向量表后出现的异常，所以排除是因uboot模式切换错误导致的卡死。因无法确定CPU是产生的哪种异常，所以启动流程暂停分析。

分析三：

结合分析一、分析二，在有问题的FIT的镜像使用FIT源文件用booti命令能够成功启动。则尝试在do_bootm_states镜像装载完成后，调用booti去启动内核，代码如下：

经尝试，在bootm镜像装载完成后，使用booti命令启动问题依然。继续分析booti和bootm启动流程的差异点，发现booti和bootm的启动流程基本相同，所不同的是，在booti在调用do_bootm_states前对装载的镜像做了偏移操作，如下：

经偏移操作后，kernel的FIT镜像中的Load地址为0x4380000，经偏移后实际使用地址为0x43880000，怀疑问题在kernel或fdt的load地址上。

分析四：

经分析三结论，尝试修改FIT镜像中的kernel和fdt的load地址，如下：

经多次尝试发现一个共同点，就是kernel的地址后面必须是0x80000（bootm并不会做对齐操作），并且fdt的load地址必须对齐（fdt的load地址在openwrt中默认是没有的，则bootm解析FIT后fdt的load地址为bootm装载的地址），结合分析三和linux-4.14.98/Documentation/arm64/booting.txt，以及查看kernel头部信息确认，头部信息中确实设置了相关位置，并且load的地址需要做偏移，如下：

结论

经问题分析测试后，确定问题有两点。

kernel的load地址必须偏移0x80000，如基址是0x43800000则实际的load地址必须是0x43880000；
固定fdt的load地址。

因上述两点则会导致，进入kernel后CPU出现异常被挂起。

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