bootloader 要想启动内核，可以直接跳到内核的第一个指令处，即内核的起始地址，这样便可以完成内核的启动工作了。但是要想启动内核还需要满足一些条件，如下所示：

1、cpu 寄存器设置

  * R0 = 0
    * R1 = 机器类型 id
    * R2 = 启动参数在内存中的起始地址

2、cpu 模式

* 禁止所有中断
    * 必须为SVC（超级用户）模式

3、Cache、MMU

* 关闭 MMU
    * 指令Cache可以开启或者关闭
    * 数据Cache必须关闭

4、设备

* DMA 设备应当停止工作

5、PC为内核的起始地址

这些需求都由 boot loader 实现，在常用的 uboot 中完成一系列的初始化后最后通过 bootm 命令加载 linux 内核。bootm 向将内核映像从各种媒介中读出，存放在指定的位置；然后设置标记列表给内核传递参数；最后跳到内核的入口点去执行。

Uboot版本：u-boot-2013.01

一、bootm命令用法介绍如下：

在 common/cmd_bootm.c 中可以看到bootm 的定义：

可以看到 bootm 命令使调用了do_bootm 函数。

do_bootm 函数

在cmd_bootm.c 第586行可以看到do_bootm函数的定义（为方便阅读，对其中一些代码进行了删减，完整代码请阅读uboot源码）：

[cpp] view plaincopy
  1. /*******************************************************************/
  2. /* bootm - boot application image from image in memory */
  3. /*******************************************************************/
  4. int do_bootm(cmd_tbl_t *cmdtp, int flag, int argc, char * const argv[])
  5. {
  6. ulong       iflag;
  7. ulong       load_end = 0;
  8. int     ret;
  9. boot_os_fn  *boot_fn;
  10. if (bootm_start(cmdtp, flag, argc, argv))// 获取镜像信息
  11. return 1;
  12. iflag = disable_interrupts(); // 关闭中断
  13. usb_stop();// 关闭usb设备
  14. ret = bootm_load_os(images.os, &load_end, 1);//加载内核
  15. lmb_reserve(&images.lmb, images.os.load, (load_end - images.os.load));
  16. if (images.os.type == IH_TYPE_STANDALONE) {//如有需要，关闭内核的串口
  17. if (iflag)
  18. enable_interrupts();
  19. /* This may return when 'autostart' is 'no' */
  20. bootm_start_standalone(iflag, argc, argv);
  21. return 0;
  22. }
  23. boot_fn = boot_os[images.os.os];//获取启动参数
  24. arch_preboot_os();//启动前准备
  25. boot_fn(0, argc, argv, &images);//启动，不再返回
  26. #ifdef DEBUG
  27. puts("\n## Control returned to monitor - resetting...\n");
  28. #endif
  29. do_reset(cmdtp, flag, argc, argv);
  30. return 1;
  31. }

该函数的实现分为 3 个部分：

a -- 首先通过 bootm_start 函数分析镜像的信息；

b -- 如果满足判定条件则进入 bootm_load_os 函数进行加载；

c -- 加载完成后就可以调用 boot_fn 开始启动。

1、bootm_start

在cmd_bootm.c 第193行可以看到bootm_start函数的定义, 主要作用是填充内核相关信息

[cpp] view plaincopy
  1. static int bootm_start(cmd_tbl_t *cmdtp, int flag, int argc, char * const argv[])
  2. {
  3. void        *os_hdr;
  4. int     ret;
  5. memset((void *)&images, 0, sizeof(images));
  6. images.verify = getenv_yesno("verify");//获取环境变量
  7. boot_start_lmb(&images);
  8. bootstage_mark_name(BOOTSTAGE_ID_BOOTM_START, "bootm_start");
  9. /*获取镜像头，加载地址，长度 */
  10. os_hdr = boot_get_kernel(cmdtp, flag, argc, argv,
  11. &images, &images.os.image_start, &images.os.image_len);
  12. if (images.os.image_len == 0) {
  13. puts("ERROR: can't get kernel image!\n");
  14. return 1;
  15. }
  16. /*获取镜像参数*/
  17. switch (genimg_get_format(os_hdr)) {
  18. case IMAGE_FORMAT_LEGACY:
  19. images.os.type = image_get_type(os_hdr);//镜像类型
  20. images.os.comp = image_get_comp(os_hdr);//压缩类型
  21. images.os.os = image_get_os(os_hdr);//系统类型
  22. images.os.end = image_get_image_end(os_hdr);//镜像结束地址
  23. images.os.load = image_get_load(os_hdr);/加载地址
  24. break;
  25. /* 查询内核入口地址*/
  26. if (images.legacy_hdr_valid) {
  27. images.ep = image_get_ep(&images.legacy_hdr_os_copy);
  28. } else {
  29. puts("Could not find kernel entry point!\n");
  30. return 1;
  31. }
  32. if (images.os.type == IH_TYPE_KERNEL_NOLOAD) {
  33. images.os.load = images.os.image_start;
  34. images.ep += images.os.load;
  35. }
  36. if (((images.os.type == IH_TYPE_KERNEL) ||
  37. (images.os.type == IH_TYPE_KERNEL_NOLOAD) ||
  38. (images.os.type == IH_TYPE_MULTI)) &&
  39. (images.os.os == IH_OS_LINUX)) {
  40. /* 查询是否存在虚拟磁盘 */
  41. ret = boot_get_ramdisk(argc, argv, &images, IH_INITRD_ARCH,
  42. &images.rd_start, &images.rd_end);
  43. if (ret) {
  44. puts("Ramdisk image is corrupt or invalid\n");
  45. return 1;
  46. }
  47. #if defined(CONFIG_OF_LIBFDT)
  48. /* 找到设备树，设备树是linux 3.XX版本特有的 */
  49. ret = boot_get_fdt(flag, argc, argv, &images,
  50. &images.ft_addr, &images.ft_len);
  51. if (ret) {
  52. puts("Could not find a valid device tree\n");
  53. return 1;
  54. }
  55. set_working_fdt_addr(images.ft_addr);
  56. #endif
  57. }
  58. images.os.start = (ulong)os_hdr;//赋值加载地址
  59. images.state = BOOTM_STATE_START;//更新状态
  60. return 0;
  61. }

该函数主要进行 镜像的有效性判定、校验、计算入口地址 等操作，大部分工作通过  boot_get_kernel -> image_get_kernel  完成。


2、bootm_load_os

在cmd_bootm.c 第317行可以看到bootm_load_os函数的定义, 这个函数主要判断镜像是否需要解压，并且将镜像移动到加载地址：

[cpp] view plaincopy
  1. static int bootm_load_os(image_info_t os, ulong *load_end, int boot_progress)
  2. {
  3. uint8_t comp = os.comp;         /* 压缩格式 */
  4. ulong load = os.load;           /* 加载地址 */
  5. ulong blob_start = os.start;    /* 镜像起始地址 */
  6. ulong blob_end = os.end;        /* 镜像结束地址 */
  7. ulong image_start = os.image_start;    /* 镜像起始地址 */
  8. ulong image_len = os.image_len;        /* 镜像长度 */
  9. uint unc_len = CONFIG_SYS_BOOTM_LEN;   /* 镜像最大长度 */
  10. const char *type_name = genimg_get_type_name (os.type);  /* 镜像类型 */
  11. switch (comp) {  /* 选择解压格式 */
  12. case IH_COMP_NONE:  /* 镜像没有压缩过 */
  13. if (load == blob_start) {   /* 判断是否需要移动镜像 */
  14. printf ("   XIP %s ... ", type_name);
  15. } else {
  16. printf ("   Loading %s ... ", type_name);
  17. if (load != image_start) {
  18. memmove_wd ((void *)load, (void *)image_start, image_len, CHUNKSZ);
  19. }
  20. }
  21. *load_end = load + image_len;
  22. puts("OK\n");
  23. break;
  24. case IH_COMP_GZIP:  /* 镜像采用 gzip 解压 */
  25. printf ("   Uncompressing %s ... ", type_name);
  26. if (gunzip ((void *)load, unc_len, (uchar *)image_start, &image_len) != 0) {  /* 解压 */
  27. puts ("GUNZIP: uncompress, out-of-mem or overwrite error "
  28. "- must RESET board to recover\n");
  29. return BOOTM_ERR_RESET;
  30. }
  31. *load_end = load + image_len;
  32. break;
  33. ...
  34. default:
  35. printf ("Unimplemented compression type %d\n", comp);
  36. return BOOTM_ERR_UNIMPLEMENTED;
  37. }
  38. puts ("OK\n");
  39. debug ("   kernel loaded at 0x%08lx, end = 0x%08lx\n", load, *load_end);
  40. if ((load < blob_end) && (*load_end > blob_start)) {
  41. debug ("images.os.start = 0x%lX, images.os.end = 0x%lx\n", blob_start, blob_end);
  42. debug ("images.os.load = 0x%lx, load_end = 0x%lx\n", load, *load_end);
  43. return BOOTM_ERR_OVERLAP;
  44. }
  45. return 0;
  46. }

3、do_bootm_linux

在bootm_load_os 执行结束后，回到do_bootm 函数，调用boot_fn 运行linux 内核；

boot_os 为函数指针数组，在cmd_bootm.c 136行有定义


可以看出 boot_fn 函数指针指向的函数是位于 arch/arm/lib/bootm.c的 do_bootm_linux，这是内核启动前最后的一个函数，该函数主要完成启动参数的初始化，并将板子设定为满足内核启动的环境，代码如下：

可以看到 do_bootm_linux 实际调用的是 boot_jump_linux 函数。

4、boot_jump_linux 

在arch/arm/lib/bootm.c 下第326行有定义

[cpp] view plaincopy
  1. /* Subcommand: GO */
  2. static void boot_jump_linux(bootm_headers_t *images)
  3. {
  4. unsigned long machid = gd->bd->bi_arch_number;//获取机器码
  5. char *s;
  6. void (*kernel_entry)(int zero, int arch, uint params);//内核入口函数
  7. unsigned long r2;
  8. kernel_entry = (void (*)(int, int, uint))images->ep;
  9. s = getenv("machid");//从环境变量中获取机器码
  10. if (s) {
  11. strict_strtoul(s, 16, &machid);
  12. printf("Using machid 0x%lx from environment\n", machid);
  13. }
  14. debug("## Transferring control to Linux (at address %08lx)" \
  15. "...\n", (ulong) kernel_entry);
  16. bootstage_mark(BOOTSTAGE_ID_RUN_OS);
  17. announce_and_cleanup();
  18. #ifdef CONFIG_OF_LIBFDT
  19. if (images->ft_len)
  20. r2 = (unsigned long)images->ft_addr;
  21. else
  22. #endif
  23. r2 = gd->bd->bi_boot_params;//将启动参数地址赋给 r2
  24. kernel_entry(0, machid, r2);
  25. }

kernel_entry(0, machid, r2)

真正将控制权交给内核， 启动内核；

满足arm架构linux内核启动时的寄存器设置条件:第一个参数为0 ；第二个参数为板子id需与内核中的id匹配，第三个参数为启动参数地址 。


二、为内核设置启动参数

Uboot 也是通过标记列表向内核传递参数，标记在源代码中定义为tag,是一个结构体，在arch/arm/include/asm/setup.h 中定义。

tag_header 结构体定义如下：

在一些内存标记、命令行标记的示例代码就是取自Uboot 中的 setup_memory_tags、setup_commandline_tag函数，他们都是在 arch/arm/lib/bootm.c中定义。

[cpp] view plaincopy
  1. #if defined(CONFIG_SETUP_MEMORY_TAGS) || \
  2. defined(CONFIG_CMDLINE_TAG) || \
  3. defined(CONFIG_INITRD_TAG) || \
  4. defined(CONFIG_SERIAL_TAG) || \
  5. defined(CONFIG_REVISION_TAG)
  6. static void setup_start_tag (bd_t *bd)
  7. {
  8. params = (struct tag *)bd->bi_boot_params;
  9. params->hdr.tag = ATAG_CORE;
  10. params->hdr.size = tag_size (tag_core);
  11. params->u.core.flags = 0;
  12. params->u.core.pagesize = 0;
  13. params->u.core.rootdev = 0;
  14. params = tag_next (params);
  15. }
  16. #endif
  17. #ifdef CONFIG_SETUP_MEMORY_TAGS
  18. static void setup_memory_tags(bd_t *bd)
  19. {
  20. int i;
  21. for (i = 0; i < CONFIG_NR_DRAM_BANKS; i++) {
  22. params->hdr.tag = ATAG_MEM;
  23. params->hdr.size = tag_size (tag_mem32);
  24. params->u.mem.start = bd->bi_dram[i].start;//物理内存起始地址
  25. params->u.mem.size = bd->bi_dram[i].size;//物理内存结束地址
  26. params = tag_next (params);
  27. }
  28. }
  29. #endif
  30. #ifdef CONFIG_CMDLINE_TAG
  31. static void setup_commandline_tag(bd_t *bd, char *commandline)
  32. {
  33. char *p;
  34. if (!commandline)
  35. return;
  36. /* eat leading white space */
  37. for (p = commandline; *p == ' '; p++);
  38. /* skip non-existent command lines so the kernel will still
  39. * use its default command line.
  40. */
  41. if (*p == '\0')
  42. return;
  43. params->hdr.tag = ATAG_CMDLINE;
  44. params->hdr.size =
  45. (sizeof (struct tag_header) + strlen (p) + 1 + 4) >> 2;
  46. strcpy (params->u.cmdline.cmdline, p);
  47. params = tag_next (params);
  48. }
  49. #endif

一般有 setup_memory_tags、setup_commandline_tag 这两个标记就可以了，在配置文件Include/configs/fs4412.h中定义：

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