2021-09-14 uboot移植开发

引言：最近要改动uboot，实现像微软PC上，u盘一键刷机或手机上安全模式下刷机的操作
专门去好好研究了点uboot的启动过程；以下为总结：

嵌入式系统 微软-PC
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bootloader -引导.启动内核 Bios

内核引导操作系统Windows

挂载根文件识别系统盘（C/D盘）

应用程序应用程序....
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bootloader之uboot的作用：引导、启动内核

从flash中读内核到SDRAM，在这之前，要求先先关开门口内初始化时钟和初始化SDRAM（通常称为硬件相关初始化）

uboot三个步奏：
1）从flash读出内核，

2）将其放到sdram中运行（要求可：写读flash->初始化sdram(初始化时钟、初始化串口)

3）然后启动内核

4）为开发方便，额外加入其他功能--烧写flash（比如从网络，usb或串口传进来的内核）！

分析Makefile,达到分析文件结构；分析配置过程：

1)配置：比如make Linux-menuconfig

2)编译:makez

二.读出内核并启动内核

1.了解系统的上电过程：
board_init_r --> init_sequence_r --> run_main_loop --> main_loop --> bootdelay_process-->autoboot_command 主要就是这么个流程（下图从右向左）

所以：具体怎么决定是进命令行还是启动kernel是在autoboot_command决定的！！！
正常自动启动如下：
左边为终端打印：右方tstc()即为获取键值；此处可以设置特定键值为启动内核开关！！

如果看到：

if (bootdelay >= 0)
{ //此处：键盘按Ctrl+C、enter、或者Space将abort置1，将不再启动内核if (tstc()) {    /* we got a key press    */             key = getc(); /* consume input */             puts("\b\b\b 0");             switch (key) {                 case 0x03:      /* ^C - Ctrl+C */                 case 0x0d:      /* Enter */                 case 0x20:      /* Space */ //only "enter" key can triger abort                 abort = 1;    /* don't auto boot    */             }
}

如果abortboot_single_key / abortboot_normal返回1，则autoboot_command执行完成，回到main_loop继续跑到cli_loop-->cli_simple_loop进入，并停在命令行模式。
2.上面是命令行模式，如果abortboot_single_key/abortboot_normal返回0.则abortboot返回0，那么autoboot_command里调用run_command_list，run_command_list中执行命令bootcmd启动kernel!
接下来说，上电从flash读取内核存入系统内存并启动kernel的过程:
如上说到run_command_list函数，该函数会调取board_run_command(buff);
#ifdef CONFIG_CMDLINE
rcode = cli_simple_run_command_list(buff, flag);
#else
rcode = board_run_command(buff);
#endif

在调取之前，需要读取环境变量的数据参数；根据参数去读取指定位置flash的内核！
如下，是环境参数：

--------下面涉及到一般执行一个内核镜像的四个步骤-------
第一步先读取头信息，然后在头信息的特定地址找MAGIC_NUM,由此来确定种类，第二步对镜像进行校验，第三步再次读取头信息，由头信息的特定地址知道这个镜像的各种信息，包括长度，种类，入口地址等等，第四步就是去entrypoint处开始执行镜像，

第一步:如果直接在kernel底下去make uImage会提示mkimage没找到，解决方案是在 /uboot/tool下去复制到 /usr/local/bin.下面去，复制它到系统目录下，再去执行make uImage就可以了；

do_bootm函数一直到397行之前都是进行zImage镜像的头部信息校验。校验时就要根据不同种类的image类型进行不同的校验。所以do_bootm函数的核心就是去分辨传进来的image到底是什么类型，然后按照这种类型的头信息格式去校验。校验通过则进入下一步准备启动内核；若果校验失败则认为镜像有问题，所以不能启动

do_bootm调用内核获取和校验

image_header_t结构体
(1)这个数据结构是我们uboot启动内核使用的一个标准启动数据结构，zImage头信息也是一个image_header_t，但是在实际启动之前需要进行一些改造，
if (*(ulong *)(addr + 9*4) == LINUX_ZIMAGE_MAGIC) {
       printf("Boot with zImage\n");
       addr = virt_to_phys(addr);
       hdr = (image_header_t *)addr;
       hdr->ih_os = IH_OS_LINUX;
       hdr->ih_ep = ntohl(addr);
       memmove (&images.legacy_hdr_os_copy, hdr, sizeof(image_header_t));

/* save pointer to image header */
images.legacy_hdr_os = hdr;

images.legacy_hdr_valid = 1;

这里就是在进行改造。
(2)image全局变量是在bootm函数中使用，目的是用来指向 os/initrd/fdt images，也就是用来完成启动的，zImage校验过程先确定是不是zImage，然后再修改zImage头信息，到合适，也就是上面的改造，最后再用这个头信息去初始化image，然后完成了校验。
zImage启动方式是后来添加的，而且用了goto的方式跳转了一部分代码，本身对uboot的结构上添加的。
uImage启动
(1)在uboot启动的do_boot中有一个legacy的方法，指的就是uImage这样的方式，为什么是legacy（遗留的），是因为uImage本身是uboot发明的一种启动的方式，后来这种方式是不好的，被废弃，于是被一种新的方式给替代了，新的方式就是设备树的方式，在这里被叫做fit，这个就是设备树的方式。
(2)uImage启动校验函数是在boot_get_kernel这个函数里，主要任务就是校验我们的uImage的头信息，并且得到真正的kernel的起始位置去启动。
总结：uboot本身也只支持uImage方式启动的，后来有了设备树之后，就把uImage方式命名为legacy方式，fdt方式就命名为fit方式，于是乎多了#if #endif添加代码。后来移植的人又为了省事添加了zImage的方式，又为了省事，添加了#if #endif .
第二阶段校验头信息结束!

第三阶段，启动Linux内核，调用do_bootm_linux这个函数

do_bootm_linux:找到do_bootm_linux，这个函数在lib_arm/bootm.c中() ,给内核传参-image结构体

第四步：镜像的entrypoint:
ep就是程序入口，一个镜像的起始部分不是在镜像的开头（镜像的开头有很多字节的头信息），真正开始执行的代码在中间的某个部分，相对于头有一定偏移量的，这个偏移量放在头信息中的。
一般执行一个镜像都是：第一步先读取头信息，然后在头信息的特定地址找MAGIC_NUM,由此来确定种类，第二步对镜像进行校验，第三步再次读取头信息，由头信息的特定地址知道这个镜像的各种信息，包括长度，种类，入口地址等等，第四步就是去entrypoint处开始执行镜像（此处第四步）
theKernel = (void (*)(int, int, uint))ep;将真正的入口地址赋值给thekernel，就是操作系统的第一句代码
Starting kernel ...这里打印是uboot的最后打印信息，如果这句后，串口没输出信息了，说明内核没有成功被执行，原因是传参错误（80%），内核在DDR中的加载地址。。。
如果传参正确："Starting kernel ..."是内核启动的第0条

接下来查看给内核传参并启动内核的操作

tag方式传参
(1)struct tag，tag是一个数据结构，在uboot和linux kernel中都有定义tag数据机构，而且定义是一样的。
(2)tag_header和tag_xxx。tag_header中有这个tag的size和类型编码，kernel拿到一个tag后先分析tag_header得到tag的类型和大小，然后将tag中剩余部分当作一个tag_xxx来处理。
(3)tag_start与tag_end。kernel接收到的传参是若干个tag构成的，这些tag由tag_start起始，到tag_end结束。
(4)tag传参的方式是由linux kernel发明的，kernel定义了这种向我传参的方式，uboot只是实现了这种传参方式从而可以支持给kernel传参。

配置传参宏
(1)CONFIG_SETUP_MEMORY_TAGS，tag_mem，传参内容是内存配置信息。
(2)CONFIG_CMDLINE_TAG，tag_cmdline，传参内容是启动命令行参数，也就是uboot环境变量的bootargs.
(3)CONFIG_INITRD_TAG
(4)CONFIG_MTDPARTITION，传参内容是iNand/SD卡的分区表。
(5)起始tag是ATAG_CORE、结束tag是ATAG_NONE，其他的ATAG_XXX都是有效信息tag。
思考：内核如何拿到这些tag？
uboot最终是调用theKernel函数来执行linux内核的，uboot调用这个函数（其实就是linux内核）时传递了3个参数。这3个参数就是uboot直接传递给linux内核的3个参数，通过寄存器来实现传参的。（第1个参数就放在r0中，第二个参数放在r1中，第3个参数放在r2中）第1个参数固定为0，第2个参数是机器码，第3个参数传递的就是大片传参tag的首地址。
移植时注意事项
(1)uboot移植时一般只需要配置相应的宏即可
(2)kernel启动不成功，注意传参是否成功。传参不成功首先看uboot中bootargs设置是否正确，其次看uboot是否开启了相应宏以支持传参。

附：uboot命令的实现-命令为输入的字符串+参数[比较简单，详细可以去看韦东山的uboot视频]

输入字符串---即为命令name--->存在针对于命令的结构体

结构体

{
。name
。fun =
。。。。
}

出现对应的动作--->函数fune-
run_common()的实现先比较，若name比较正确，执行对应的fun

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