{var%20f='http://v.t.sina.com.cn/share/share.php?appkey=1515056452',u=z||d.location,p=['&url=',e(u),'&title=',e(t||d.title),'&source=',e(r),'&sourceUrl=',e(l),'&content=',c||'gb2312','&pic=',e(p||'')].join('');function%20a(){if(!window.open([f,p].join(''),'mb',['toolbar=0,status=0,resizable=1,width=440,height=430,left=',(s.width-440)/2,',top=',(s.height-430)/2].join('')))u.href=[f,p].join('');};if(/Firefox/.test(navigator.userAgent))setTimeout(a,0);else%20a();})(screen,document,encodeURIComponent,'','','https://www.xiaopingtou.cn//data/attach/topic/topicKPo7gB.jpg', '推荐 WZH70246 的文章《bootloader》','https://www.xiaopingtou.cn/article-58417.html','页面编码gb2312|utf-8默认gb2312'));){kind=link}
6.1.2 Bootloader的启动Linux系统是通过Bootloader引导启动的。一上电，就要执行Bootloader来初始化系统。可以通过第4章的Linux启动过程框图回顾一下。系统加电或复位后，所有CPU都会从某个地址开始执行，这是由处理器设计决定的。比如，X86的复位向量在高地址端，ARM处理器在复位时从地址0x00000000取第一条指令。嵌入式系统的开发板都要把板上ROM或Flash映射到这个地址。因此，必须把Bootloader程序存储在相应的Flash位置。系统加电后，CPU将首先执行它。主机和目标机之间一般有串口可以连接，Bootloader软件通常会通过串口来输入输出。例如：输出出错或者执行结果信息到串口终端，从串口终端读取用户控制命令等。Bootloader启动过程通常是多阶段的，这样既能提供复杂的功能，又有很好的可移植性。例如：从Flash启动的Bootloader多数是两阶段的启动过程。从后面U-Boot的内容可以详细分析这个特性。大多数Bootloader都包含2种不同的操作模式：本地加载模式和远程下载模式。这2种操作模式的区别仅对于开发人员才有意义，也就是不同启动方式的使用。从最终用户的角度看，Bootloader的作用就是用来加载操作系统，而并不存在所谓的本地加载模式与远程下载模式的区别。因为Bootloader的主要功能是引导操作系统启动，所以我们详细讨论一下各种启动方式的特点。1．网络启动方式这种方式开发板不需要配置较大的存储介质，跟无盘工作站有点类似。但是使用这种启动方式之前，需要把Bootloader安装到板上的EPROM或者Flash中。Bootloader通过以太网接口远程下载Linux内核映像或者文件系统。第4章介绍的交叉开发环境就是以网络启动方式建立的。这种方式对于嵌入式系统开发来说非常重要。使用这种方式也有前提条件，就是目标板有串口、以太网接口或者其他连接方式。串口一般可以作为控制台，同时可以用来下载内核影像和RAMDISK文件系统。串口通信传输速率过低，不适合用来挂接NFS文件系统。所以以太网接口成为通用的互连设备，一般的开发板都可以配置10M以太网接口。对于PDA等手持设备来说，以太网的RJ-45接口显得大了些，而USB接口，特别是USB的迷你接口，尺寸非常小。对于开发的嵌入式系统，可以把USB接口虚拟成以太网接口来通讯。这种方式在开发主机和开发板两端都需要驱动程序。另外，还要在服务器上配置启动相关网络服务。Bootloader下载文件一般都使用TFTP网络协议，还可以通过DHCP的方式动态配置IP地址。DHCP/BOOTP服务为Bootloader分配IP地址，配置网络参数，然后才能够支持网络传输功能。如果Bootloader可以直接设置网络参数，就可以不使用DHCP。TFTP服务为Bootloader客户端提供文件下载功能，把内核映像和其他文件放在/tftpboot目录下。这样Bootloader可以通过简单的TFTP协议远程下载内核映像到内存。如图6.1所示。
图6.1 网络启动示意图大部分引导程序都能够支持网络启动方式。例如：BIOS的PXE（Preboot Execution Environment）功能就是网络启动方式；U-Boot也支持网络启动功能。2．磁盘启动方式传统的Linux系统运行在台式机或者服务器上，这些计算机一般都使用BIOS引导，并且使用磁盘作为存储介质。如果进入BIOS设置菜单，可以探测处理器、内存、硬盘等设备，可以设置BIOS从软盘、光盘或者某块硬盘启动。也就是说，BIOS并不直接引导操作系统。那么在硬盘的主引导区，还需要一个Bootloader。这个Bootloader可以从磁盘文件系统中把操作系统引导起来。Linux传统上是通过LILO（LInux LOader）引导的，后来又出现了GNU的软件GRUB（GRand Unified Bootloader）。这2种Bootloader广泛应用在X86的Linux系统上。你的开发主机可能就使用了其中一种，熟悉它们有助于配置多种系统引导功能。LILO软件工程是由Werner Almesberger创建，专门为引导Linux开发的。现在LILO的维护者是John Coffman，最新版本下载站点：http://lilo.go.dyndns.org。LILO有详细的文档，例如LILO套件中附带使用手册和参考手册。此外，还可以在LDP的“LILO mini-HOWTO”中找到LILO的使用指南。GRUB是GNU计划的主要bootloader。GRUB最初是由Erich Boleyn为GNU Mach操作系统撰写的引导程序。后来有Gordon Matzigkeit和Okuji Yoshinori接替Erich的工作，继续维护和开发GRUB。GRUB的网站http://www.gnu.org/software/grub/上有对套件使用的说明文件，叫作《GRUB manual》。GRUB能够使用TFTP和BOOTP或者DHCP通过网络启动，这种功能对于系统开发过程很有用。除了传统的Linux系统上的引导程序以外，还有其他一些引导程序，也可以支持磁盘引导启动。例如：LoadLin可以从DOS下启动Linux；还有ROLO、LinuxBIOS，U-Boot也支持这种功能。3．Flash启动方式大多数嵌入式系统上都使用Flash存储介质。Flash有很多类型，包括NOR Flash、NAND Flash和其他半导体盘。其中，NOR Flash（也就是线性Flash）使用最为普遍。NOR Flash可以支持随机访问，所以代码是可以直接在Flash上执行的。Bootloader一般是存储在Flash芯片上的。另外，Linux内核映像和RAMDISK也可以存储在Flash上。通常需要把Flash分区使用，每个区的大小应该是Flash擦除块大小的整数倍。图6.2是Bootloader和内核映像以及文件系统的分区表。
图6.2 Flash存储示意图Bootloader一般放在Flash的底端或者顶端，这要根据处理器的复位向量设置。要使Bootloader的入口位于处理器上电执行第一条指令的位置。接下来分配参数区，这里可以作为Bootloader的参数保存区域。再下来内核映像区。Bootloader引导Linux内核，就是要从这个地方把内核映像解压到RAM中去，然后跳转到内核映像入口执行。然后是文件系统区。如果使用Ramdisk文件系统，则需要Bootloader把它解压到RAM中。如果使用JFFS2文件系统，将直接挂接为根文件系统。这两种文件系统将在第12章详细讲解。最后还可以分出一些数据区，这要根据实际需要和Flash大小来考虑了。这些分区是开发者定义的，Bootloader一般直接读写对应的偏移地址。到了Linux内核空间，可以配置成MTD设备来访问Flash分区。但是，有的Bootloader也支持分区的功能，例如：Redboot可以创建Flash分区表，并且内核MTD驱动可以解析出redboot的分区表。除了NOR Flash，还有NAND Flash、Compact Flash、DiskOnChip等。这些Flash具有芯片价格低，存储容量大的特点。但是这些芯片一般通过专用控制器的I/O方式来访问，不能随机访问，因此引导方式跟NOR Flash也不同。在这些芯片上，需要配置专用的引导程序。通常，这种引导程序起始的一段代码就把整个引导程序复制到RAM中运行，从而实现自举启动，这跟从磁盘上启动有些相似。 6.1.3 Bootloader的种类嵌入式系统世界已经有各种各样的Bootloader，种类划分也有多种方式。除了按照处理器体系结构不同划分以外，还有功能复杂程度的不同。首先区分一下“Bootloader”和“Monitor”的概念。严格来说，“Bootloader”只是引导设备并且执行主程序的固件；而“Monitor”还提供了更多的命令行接口，可以进行调试、读写内存、烧写Flash、配置环境变量等。“Monitor”在嵌入式系统开发过程中可以提供很好的调试功能，开发完成以后，就完全设置成了一个“Bootloader”。所以，习惯上大家把它们统称为Bootloader。表6.1列出了Linux的开放源码引导程序及其支持的体系结构。表中给出了X86 ARM PowerPC体系结构的常用引导程序，并且注明了每一种引导程序是不是“Monitor”。表6.1 开放源码的Linux 引导程序BootloaderMonitor描 述x86ARMPowerPCLILO否Linux磁盘引导程序是否否GRUB否GNU的LILO替代程序是否否Loadlin否从DOS引导Linux是否否ROLO否从ROM引导Linux而不需要BIOS是否否Etherboot否通过以太网卡启动Linux系统的固件是否否LinuxBIOS否完全替代BUIS的Linux引导程序是否否BLOB否LART等硬件平台的引导程序否是否U-boot是通用引导程序是是是RedBoot是基于eCos的引导程序是是是对于每种体系结构，都有一系列开放源码Bootloader可以选用。（1）X86X86的工作站和服务器上一般使用LILO和GRUB。LILO是Linux发行版主流的Bootloader。不过Redhat Linux发行版已经使用了GRUB，GRUB比LILO有更有好的显示界面，使用配置也更加灵活方便。在某些X86嵌入式单板机或者特殊设备上，会采用其他Bootloader，例如：ROLO。这些Bootloader可以取代BIOS的功能，能够从FLASH中直接引导Linux启动。现在ROLO支持的开发板已经并入U-Boot，所以U-Boot也可以支持X86平台。（2）ARMARM处理器的芯片商很多，所以每种芯片的开发板都有自己的Bootloader。结果ARM bootloader也变得多种多样。最早有为ARM720处理器的开发板的固件，又有了armboot，StrongARM平台的blob，还有S3C2410处理器开发板上的vivi等。现在armboot已经并入了U-Boot，所以U-Boot也支持ARM/XSCALE平台。U-Boot已经成为ARM平台事实上的标准Bootloader。（3）PowerPCPowerPC平台的处理器有标准的Bootloader，就是ppcboot。PPCBOOT在合并armboot等之后，创建了U-Boot，成为各种体系结构开发板的通用引导程序。U-Boot仍然是PowerPC平台的主要Bootloader。（4）MIPSMIPS公司开发的YAMON是标准的Bootloader，也有许多MIPS芯片商为自己的开发板写了Bootloader。现在，U-Boot也已经支持MIPS平台。（5）SHSH平台的标准Bootloader是sh-boot。Redboot在这种平台上也很好用。（6）M68KM68K平台没有标准的Bootloader。Redboot能够支持m68k系列的系统。值得说明的是Redboot，它几乎能够支持所有的体系结构，包括MIPS、SH、M68K等体系结构。Redboot是以eCos为基础，采用GPL许可的开源软件工程。现在由core eCos的开发人员维护，源码下载网站是http://www.ecoscentric.com/snapshots。Redboot的文档也相当完善，有详细的使用手册《RedBoot User’s Guide》。6.2.2 U-Boot源码结构从网站上下载得到U-Boot源码包，例如：U-Boot-1.1.2.tar.bz2解压就可以得到全部U-Boot源程序。在顶层目录下有18个子目录，分别存放和管理不同的源程序。这些目录中所要存放的文件有其规则，可以分为3类。· 第1类目录与处理器体系结构或者开发板硬件直接相关；· 第2类目录是一些通用的函数或者驱动程序；· 第3类目录是U-Boot的应用程序、工具或者文档。表6.2列出了U-Boot顶层目录下各级目录存放原则。表6.2 U-Boot的源码顶层目录说明目 录特 性解 释 说 明board平台依赖存放电路板相关的目录文件，例如：RPXlite(mpc8xx)、smdk2410(arm920t)、sc520_cdp(x86) 等目录cpu平台依赖存放CPU相关的目录文件，例如：mpc8xx、ppc4xx、arm720t、arm920t、 xscale、i386等目录lib_ppc平台依赖存放对PowerPC体系结构通用的文件，主要用于实现PowerPC平台通用的函数目 录特 性解 释 说 明lib_arm平台依赖存放对ARM体系结构通用的文件，主要用于实现ARM平台通用的函数lib_i386平台依赖存放对X86体系结构通用的文件，主要用于实现X86平台通用的函数include通用头文件和开发板配置文件，所有开发板的配置文件都在configs目录下common通用通用的多功能函数实现lib_generic通用通用库函数的实现Net通用存放网络的程序Fs通用存放文件系统的程序Post通用存放上电自检程序drivers通用通用的设备驱动程序，主要有以太网接口的驱动Disk通用硬盘接口程序Rtc通用RTC的驱动程序Dtt通用数字温度测量器或者传感器的驱动examples应用例程一些独立运行的应用程序的例子，例如helloworldtools工具存放制作S-Record 或者 U-Boot格式的映像等工具，例如mkimageDoc文档开发使用文档U-Boot的源代码包含对几十种处理器、数百种开发板的支持。可是对于特定的开发板，配置编译过程只需要其中部分程序。这里具体以S3C2410 arm920t处理器为例，具体分析S3C2410处理器和开发板所依赖的程序，以及U-Boot的通用函数和工具6.2.3 U-Boot的编译U-Boot的源码是通过GCC和Makefile组织编译的。顶层目录下的Makefile首先可以设置开发板的定义，然后递归地调用各级子目录下的Makefile，最后把编译过的程序链接成U-Boot映像。1．顶层目录下的Makefile它负责U-Boot整体配置编译。按照配置的顺序阅读其中关键的几行。每一种开发板在Makefile都需要有板子配置的定义。例如smdk2410开发板的定义如下。smdk2410_config : unconfig @./mkconfig $(@:_config=) arm arm920t smdk2410 NULL s3c24x0执行配置U-Boot的命令make smdk2410_config，通过./mkconfig脚本生成include/config.
mk的配置文件。文件内容正是根据Makefile对开发板的配置生成的。ARCH = armCPU = arm920tBOARD = smdk2410SOC = s3c24x0上面的include/config.mk文件定义了ARCH、CPU、BOARD、SOC这些变量。这样硬件平台依赖的目录文件可以根据这些定义来确定。SMDK2410平台相关目录如下。board/smdk2410/cpu/arm920t/cpu/arm920t/s3c24x0/lib_arm/include/asm-arm/include/configs/smdk2410.h再回到顶层目录的Makefile文件开始的部分，其中下列几行包含了这些变量的定义。# load ARCH, BOARD, and CPU configurationinclude include/config.mkexport ARCH CPU BOARD VENDOR SOCMakefile的编译选项和规则在顶层目录的config.mk文件中定义。各种体系结构通用的规则直接在这个文件中定义。通过ARCH、CPU、BOARD、SOC等变量为不同硬件平台定义不同选项。不同体系结构的规则分别包含在ppc_config.mk、arm_config.mk、mips_config.mk等文件中。顶层目录的Makefile中还要定义交叉编译器，以及编译U-Boot所依赖的目标文件。ifeq ($(ARCH),arm)CROSS_COMPILE = arm-linux- //交叉编译器的前缀#endifexport CROSS_COMPILE…# U-Boot objects....order is important (i.e. start must be first)OBJS = cpu/$(CPU)/start.o //处理器相关的目标文件…LIBS = lib_generic/libgeneric.a //定义依赖的目录，每个目录下先把目标文件连接成*.a文件。LIBS += board/$(BOARDDIR)/lib$(BOARD).aLIBS += cpu/$(CPU)/lib$(CPU).aifdef SOCLIBS += cpu/$(CPU)/$(SOC)/lib$(SOC).aendifLIBS += lib_$(ARCH)/lib$(ARCH).a…然后还有U-Boot映像编译的依赖关系。ALL = u-boot.srec u-boot.bin System.mapall: $(ALL)u-boot.srec: u-boot $(OBJCOPY) ${OBJCFLAGS} -O srec $< $@u-boot.bin: u-boot $(OBJCOPY) ${OBJCFLAGS} -O binary $< $@……u-boot: depend $(SUBDIRS) $(OBJS) $(LIBS) $(LDSCRIPT) UNDEF_SYM='$(OBJDUMP) -x $(LIBS) / |sed -n -e 's/.*/(__u_boot_cmd_.*/)/-u/1/p'|sort|uniq`;/ $(LD) $(LDFLAGS) $$UNDEF_SYM $(OBJS) / --start-group $(LIBS) $(PLATFORM_LIBS) --end-group / -Map u-boot.map -o u-bootMakefile缺省的编译目标为all，包括u-boot.srec、u-boot.bin、System.map。u-boot.srec和u-boot.bin又依赖于U-Boot。U-Boot就是通过ld命令按照u-boot.map地址表把目标文件组装成u-boot。其他Makefile内容就不再详细分析了，上述代码分析应该可以为阅读代码提供了一个线索。2．开发板配置头文件除了编译过程Makefile以外，还要在程序中为开发板定义配置选项或者参数。这个头文件是include/configs/
图6.3 U-Boot启动代码流程图_start: b reset //复位向量 ldr pc, _undefined_instruction ldr pc, _software_interrupt ldr pc, _prefetch_abort ldr pc, _data_abort ldr pc, _not_used ldr pc, _irq //中断向量 ldr pc, _fiq //中断向量… /* the actual reset code */reset: //复位启动子程序 /* 设置CPU为SVC32模式 */ mrs r0,cpsr bic r0,r0,#0x1f orr r0,r0,#0xd3 msr cpsr,r0/* 关闭看门狗 *//* 这些初始化代码在系统重起的时候执行，运行时热复位从RAM中启动不执行 */#ifdef CONFIG_INIT_CRITICAL bl cpu_init_crit#endifrelocate: /* 把U-Boot重新定位到RAM */ adr r0, _start /* r0是代码的当前位置 */ ldr r1, _TEXT_BASE /* 测试判断是从Flash启动，还是RAM */ cmp r0, r1 /* 比较r0和r1，调试的时候不要执行重定位 */ beq stack_setup /* 如果r0等于r1，跳过重定位代码 */ /* 准备重新定位代码 */ ldr r2, _armboot_start ldr r3, _bss_start sub r2, r3, r2 /* r2 得到armboot的大小 */ add r2, r0, r2 /* r2 得到要复制代码的末尾地址 */copy_loop: /* 重新定位代码 */ ldmia r0!, {r3-r10} /*从源地址[r0]复制 */ stmia r1!, {r3-r10} /* 复制到目的地址[r1] */ cmp r0, r2 /* 复制数据块直到源数据末尾地址[r2] */ ble copy_loop /* 初始化堆栈等 */stack_setup: ldr r0, _TEXT_BASE /* 上面是128 KiB重定位的u-boot */ sub r0, r0, #CFG_MALLOC_LEN /* 向下是内存分配空间 */ sub r0, r0, #CFG_GBL_DATA_SIZE /* 然后是bdinfo结构体地址空间 */#ifdef CONFIG_USE_IRQ sub r0, r0, #(CONFIG_STACKSIZE_IRQ+CONFIG_STACKSIZE_FIQ)#endif sub sp, r0, #12 /* 为abort-stack预留3个字 */clear_bss: ldr r0, _bss_start /* 找到bss段起始地址 */ ldr r1, _bss_end /* bss段末尾地址 */ mov r2, #0x00000000 /* 清零 */clbss_l:str r2, [r0] /* bss段地址空间清零循环... */ add r0, r0, #4 cmp r0, r1 bne clbss_l /* 跳转到start_armboot函数入口，_start_armboot字保存函数入口指针 */ ldr pc, _start_armboot_start_armboot: .word start_armboot //start_armboot函数在lib_arm/board.c中实现/* 关键的初始化子程序 */cpu_init_crit:…… //初始化CACHE，关闭MMU等操作指令 /* 初始化RAM时钟。 * 因为内存时钟是依赖开发板硬件的，所以在board的相应目录下可以找到memsetup.S文件。 */ mov ip, lr bl memsetup//memsetup子程序在board/smdk2410/memsetup.S中实现 mov lr, ip mov pc, lr2．lib_arm/board.cstart_armboot是U-Boot执行的第一个C语言函数，完成系统初始化工作，进入主循环，处理用户输入的命令。void start_armboot (void){ DECLARE_GLOBAL_DATA_PTR; ulong size; init_fnc_t **init_fnc_ptr; char *s; /* Pointer is writable since we allocated a register for it */ gd = (gd_t*)(_armboot_start - CFG_MALLOC_LEN - sizeof(gd_t)); /* compiler optimization barrier needed for GCC >= 3.4 */ __asm__ __volatile__("": : :"memory"); memset ((void*)gd, 0, sizeof (gd_t)); gd->bd = (bd_t*)((char*)gd - sizeof(bd_t)); memset (gd->bd, 0, sizeof (bd_t)); monitor_flash_len = _bss_start - _armboot_start; /* 顺序执行init_sequence数组中的初始化函数 */ for (init_fnc_ptr = init_sequence; *init_fnc_ptr; ++init_fnc_ptr) { if ((*init_fnc_ptr)() != 0) { hang (); } } /*配置可用的Flash */ size = flash_init (); display_flash_config (size); /* _armboot_start 在u-boot.lds链接脚本中定义 */ mem_malloc_init (_armboot_start - CFG_MALLOC_LEN); /* 配置环境变量，重新定位 */ env_relocate (); /* 从环境变量中获取IP地址 */ gd->bd->bi_ip_addr = getenv_IPaddr ("ipaddr"); /* 以太网接口MAC 地址 */ …… devices_init (); /* 获取列表中的设备 */ jumptable_init (); console_init_r (); /* 完整地初始化控制台设备 */ enable_interrupts (); /* 使能例外处理 */ /* 通过环境变量初始化 */ if ((s = getenv ("loadaddr")) != NULL) { load_addr = simple_strtoul (s, NULL, 16); } /* main_loop()总是试图自动启动，循环不断执行 */ for (;;) { main_loop (); /* 主循环函数处理执行用户命令 -- common/main.c */ } /* NOTREACHED - no way out of command loop except booting */}3．init_sequence[]init_sequence[]数组保存着基本的初始化函数指针。这些函数名称和实现的程序文件在下列注释中。init_fnc_t *init_sequence[] = { cpu_init, /* 基本的处理器相关配置 -- cpu/arm920t/cpu.c */ board_init, /* 基本的板级相关配置 -- board/smdk2410/smdk2410.c */ interrupt_init, /* 初始化例外处理 -- cpu/arm920t/s3c24x0/interrupt.c */ env_init, /* 初始化环境变量 -- common/cmd_flash.c */ init_baudrate, /* 初始化波特率设置 -- lib_arm/board.c */ serial_init, /* 串口通讯设置 -- cpu/arm920t/s3c24x0/serial.c */ console_init_f, /* 控制台初始化阶段1 -- common/console.c */ display_banner, /* 打印u-boot信息 -- lib_arm/board.c */ dram_init, /* 配置可用的RAM -- board/smdk2410/smdk2410.c */ display_dram_config, /* 显示RAM的配置大小 -- lib_arm/board.c */ NULL,};6.3.4 U-Boot与内核的关系U-Boot作为Bootloader，具备多种引导内核启动的方式。常用的go和bootm命令可以直接引导内核映像启动。U-Boot与内核的关系主要是内核启动过程中参数的传递。1．go命令的实现/* common/cmd_boot.c */int do_go (cmd_tbl_t *cmdtp, int flag, int argc, char *argv[]){ ulong addr, rc; int rcode = 0; if (argc < 2) { printf ("Usage:/n%s/n", cmdtp->usage); return 1; } addr = simple_strtoul(argv[1], NULL, 16); printf ("## Starting application at 0x%08lX .../n", addr); /* * pass address parameter as argv[0] (aka command name), * and all remaining args */ rc = ((ulong (*)(int, char *[]))addr) (--argc, &argv[1]); if (rc != 0) rcode = 1; printf ("## Application terminated, rc = 0x%lX/n", rc); return rcode;}go命令调用do_go()函数，跳转到某个地址执行的。如果在这个地址准备好了自引导的内核映像，就可以启动了。尽管go命令可以带变参，实际使用时一般不用来传递参数。2．bootm命令的实现/* common/cmd_bootm.c */int do_bootm (cmd_tbl_t *cmdtp, int flag, int argc, char *argv[]){ ulong iflag; ulong addr; ulong data, len, checksum; ulong *len_ptr; uint unc_len = 0x400000; int i, verify; char *name, *s; int (*appl)(int, char *[]); image_header_t *hdr = &header; s = getenv ("verify"); verify = (s && (*s == 'n')) ? 0 : 1; if (argc < 2) { addr = load_addr; } else { addr = simple_strtoul(argv[1], NULL, 16); } SHOW_BOOT_PROGRESS (1); printf ("## Booting image at %08lx .../n", addr); /* Copy header so we can blank CRC field for re-calculation */ memmove (&header, (char *)addr, sizeof(image_header_t)); if (ntohl(hdr->ih_magic) != IH_MAGIC) { puts ("Bad Magic Number/n"); SHOW_BOOT_PROGRESS (-1); return 1; } SHOW_BOOT_PROGRESS (2); data = (ulong)&header; len = sizeof(image_header_t); checksum = ntohl(hdr->ih_hcrc); hdr->ih_hcrc = 0; if(crc32 (0, (char *)data, len) != checksum) { puts ("Bad Header Checksum/n"); SHOW_BOOT_PROGRESS (-2); return 1; } SHOW_BOOT_PROGRESS (3); /* for multi-file images we need the data part, too */ print_image_hdr ((image_header_t *)addr); data = addr + sizeof(image_header_t); len = ntohl(hdr->ih_size); if(verify) { puts (" Verifying Checksum ... "); if(crc32 (0, (char *)data, len) != ntohl(hdr->ih_dcrc)) { printf ("Bad Data CRC/n"); SHOW_BOOT_PROGRESS (-3); return 1; } puts ("OK/n"); } SHOW_BOOT_PROGRESS (4); len_ptr = (ulong *)data;…… switch (hdr->ih_os) { default: /* handled by (original) Linux case */ case IH_OS_LINUX: do_bootm_linux (cmdtp, flag, argc, argv, addr, len_ptr, verify); break; ……}bootm命令调用do_bootm函数。这个函数专门用来引导各种操作系统映像，可以支持引导Linux、vxWorks、QNX等操作系统。引导Linux的时候，调用do_bootm_linux()函数。3．do_bootm_linux函数的实现/* lib_arm/armlinux.c */void do_bootm_linux (cmd_tbl_t *cmdtp, int flag, int argc, char *argv[], ulong addr, ulong *len_ptr, int verify){ DECLARE_GLOBAL_DATA_PTR; ulong len = 0, checksum; ulong initrd_start, initrd_end; ulong data; void (*theKernel)(int zero, int arch, uint params); image_header_t *hdr = &header; bd_t *bd = gd->bd;#ifdef CONFIG_CMDLINE_TAG char *commandline = getenv ("bootargs");#endif theKernel = (void (*)(int, int, uint))ntohl(hdr->ih_ep); /* Check if there is an initrd image */ if(argc >= 3) { SHOW_BOOT_PROGRESS (9); addr = simple_strtoul (argv[2], NULL, 16); printf ("## Loading Ramdisk Image at %08lx .../n", addr); /* Copy header so we can blank CRC field for re-calculation */ memcpy (&header, (char *) addr, sizeof (image_header_t)); if (ntohl (hdr->ih_magic) != IH_MAGIC) { printf ("Bad Magic Number/n"); SHOW_BOOT_PROGRESS (-10); do_reset (cmdtp, flag, argc, argv); } data = (ulong) & header; len = sizeof (image_header_t); checksum = ntohl (hdr->ih_hcrc); hdr->ih_hcrc = 0; if(crc32 (0, (char *) data, len) != checksum) { printf ("Bad Header Checksum/n"); SHOW_BOOT_PROGRESS (-11); do_reset (cmdtp, flag, argc, argv); } SHOW_BOOT_PROGRESS (10); print_image_hdr (hdr); data = addr + sizeof (image_header_t); len = ntohl (hdr->ih_size); if(verify) { ulong csum = 0; printf (" Verifying Checksum ... "); csum = crc32 (0, (char *) data, len); if (csum != ntohl (hdr->ih_dcrc)) { printf ("Bad Data CRC/n"); SHOW_BOOT_PROGRESS (-12); do_reset (cmdtp, flag, argc, argv); } printf ("OK/n"); } SHOW_BOOT_PROGRESS (11); if ((hdr->ih_os != IH_OS_LINUX) || (hdr->ih_arch != IH_CPU_ARM) || (hdr->ih_type != IH_TYPE_RAMDISK)) { printf ("No Linux ARM Ramdisk Image/n"); SHOW_BOOT_PROGRESS (-13); do_reset (cmdtp, flag, argc, argv); } /* Now check if we have a multifile image */ } else if ((hdr->ih_type == IH_TYPE_MULTI) && (len_ptr[1])) { ulong tail = ntohl (len_ptr[0]) % 4; int i; SHOW_BOOT_PROGRESS (13); /* skip kernel length and terminator */ data = (ulong) (&len_ptr[2]); /* skip any additional image length fields */ for (i = 1; len_ptr[i]; ++i) data += 4; /* add kernel length, and align */ data += ntohl (len_ptr[0]); if (tail) { data += 4 - tail; } len = ntohl (len_ptr[1]); } else { /* no initrd image */ SHOW_BOOT_PROGRESS (14); len = data = 0; } if (data) { initrd_start = data; initrd_end = initrd_start + len; } else { initrd_start = 0; initrd_end = 0; } SHOW_BOOT_PROGRESS (15); debug ("## Transferring control to Linux (at address %08lx) .../n", (ulong) theKernel);#if defined (CONFIG_SETUP_MEMORY_TAGS) || / defined (CONFIG_CMDLINE_TAG) || / defined (CONFIG_INITRD_TAG) || / defined (CONFIG_SERIAL_TAG) || / defined (CONFIG_REVISION_TAG) || / defined (CONFIG_LCD) || / defined (CONFIG_VFD) setup_start_tag (bd);#ifdef CONFIG_SERIAL_TAG setup_serial_tag (¶ms);#endif#ifdef CONFIG_REVISION_TAG setup_revision_tag (¶ms);#endif#ifdef CONFIG_SETUP_MEMORY_TAGS setup_memory_tags (bd);#endif#ifdef CONFIG_CMDLINE_TAG setup_commandline_tag (bd, commandline);#endif#ifdef CONFIG_INITRD_TAG if (initrd_start && initrd_end) setup_initrd_tag (bd, initrd_start, initrd_end);#endif setup_end_tag (bd);#endif /* we assume that the kernel is in place */ printf ("/nStarting kernel .../n/n"); cleanup_before_linux (); theKernel (0, bd->bi_arch_number, bd->bi_boot_params);}do_bootm_linux()函数是专门引导Linux映像的函数，它还可以处理ramdisk文件系统的映像。这里引导的内核映像和ramdisk映像，必须是U-Boot格式的。U-Boot格式的映像可以通过mkimage工具来转换，其中包含了U-Boot可以识别的符号。在命令行提示符下，可以输入U-Boot的命令并执行。U-Boot可以支持几十个常用命令，通过这些命令，可以对开发板进行调试，可以引导Linux内核，还可以擦写Flash完成系统部署等功能。掌握这些命令的使用，才能够顺利地进行嵌入式系统的开发。输入help命令，可以得到当前U-Boot的所有命令列表。每一条命令后面是简单的命令说明。=> help? - alias for 'help'autoscr - run script from memorybase - print or set address offsetbdinfo - print Board Info structureboot - boot default, i.e., run 'bootcmd'bootd - boot default, i.e., run 'bootcmd'bootm - boot application image from memorybootp - boot image via network using BootP/TFTP protocolcmp - memory compareconinfo - print console devices and informationcp - memory copycrc32 - checksum calculationdhcp - invoke DHCP client to obtain IP/boot paramsecho - echo args to consoleerase - erase FLASH memoryflinfo - print FLASH memory informationgo - start application at address 'addr'help - print online helpiminfo - print header information for application imageimls - list all images found in flashitest - return true/false on integer compareloadb - load binary file over serial line (kermit mode)loads - load S-Record file over serial lineloop - infinite loop on address rangemd - memory displaymm - memory modify (auto-incrementing)mtest - simple RAM testmw - memory write (fill)nfs - boot image via network using NFS protocolnm - memory modify (constant address)printenv - print environment variablesprotect - enable or disable FLASH write protectionrarpboot - boot image via network using RARP/TFTP protocolreset - Perform RESET of the CPUrun - run commands in an environment variablesaveenv - save environment variables to persistent storagesetenv - set environment variablessleep - delay execution for some timetftpboot - boot image via network using TFTP protocolversion - print monitor version=>U-Boot还提供了更加详细的命令帮助，通过help命令还可以查看每个命令的参数说明。由于开发过程的需要，有必要先把U-Boot命令的用法弄清楚。接下来，根据每一条命令的帮助信息，解释一下这些命令的功能和参数。=> help bootmbootm [addr [arg ...]] - boot application image stored in memory passing arguments 'arg ...'; when booting a Linux kernel, 'arg' can be the address of an initrd imagebootm命令可以引导启动存储在内存中的程序映像。这些内存包括RAM和可以永久保存的Flash。第1个参数addr是程序映像的地址，这个程序映像必须转换成U-Boot的格式。第2个参数对于引导Linux内核有用，通常作为U-Boot格式的RAMDISK映像存储地址；也可以是传递给Linux内核的参数（缺省情况下传递bootargs环境变量给内核）。=> help bootpbootp [loadAddress] [bootfilename]bootp命令通过bootp请求，要求DHCP服务器分配IP地址，然后通过TFTP协议下载指定的文件到内存。第1个参数是下载文件存放的内存地址。第2个参数是要下载的文件名称，这个文件应该在开发主机上准备好。=> help cmpcmp [.b, .w, .l] addr1 addr2 count - compare memorycmp命令可以比较2块内存中的内容。.b以字节为单位；.w以字为单位；.l以长字为单位。注意：cmp.b中间不能保留空格，需要连续敲入命令。第1个参数addr1是第一块内存的起始地址。第2个参数addr2是第二块内存的起始地址。第3个参数count是要比较的数目，单位按照字节、字或者长字。=> help cpcp [.b, .w, .l] source target count - copy memorycp命令可以在内存中复制数据块，包括对Flash的读写操作。第1个参数source是要复制的数据块起始地址。第2个参数target是数据块要复制到的地址。这个地址如果在Flash中，那么会直接调用写Flash的函数操作。所以U-Boot写Flash就使用这个命令，当然需要先把对应Flash区域擦干净。第3个参数count是要复制的数目，根据cp.b cp.w cp.l分别以字节、字、长字为单位。=> help crc32crc32 address count [addr] - compute CRC32 checksum [save at addr] crc32命令可以计算存储数据的校验和。第1个参数address是需要校验的数据起始地址。第2个参数count是要校验的数据字节数。第3个参数addr用来指定保存结果的地址。=> help echoecho [args..] - echo args to console; /c suppresses newlineecho命令回显参数。=> help eraseerase start end - erase FLASH from addr 'start' to addr 'end'erase N:SF[-SL] - erase sectors SF-SL in FLASH bank # Nerase bank N - erase FLASH bank # Nerase all - erase all FLASH bankserase命令可以擦Flash。参数必须指定Flash擦除的范围。按照起始地址和结束地址，start必须是擦除块的起始地址；end必须是擦除末尾块的结束地址。这种方式最常用。举例说明：擦除0x20000 – 0x3ffff区域命令为erase 20000 3ffff。按照组和扇区，N表示Flash的组号，SF表示擦除起始扇区号，SL表示擦除结束扇区号。另外，还可以擦除整个组，擦除组号为N的整个Flash组。擦除全部Flash只要给出一个all的参数即可。=> help flinfoflinfo - print information for all FLASH memory banksflinfo N - print information for FLASH memory bank # Nflinfo命令打印全部Flash组的信息，也可以只打印其中某个组。一般嵌入式系统的Flash只有一个组。=> help gogo addr [arg ...] - start application at address 'addr' passing 'arg' as argumentsgo命令可以执行应用程序。第1个参数是要执行程序的入口地址。第2个可选参数是传递给程序的参数，可以不用。=> help iminfoiminfo addr [addr ...] - print header information for application image starting at address 'addr' in memory; this includes verification of the image contents (magic number, header and payload checksums)iminfo可以打印程序映像的开头信息，包含了映像内容的校验（序列号、头和校验和）。第1个参数指定映像的起始地址。可选的参数是指定更多的映像地址。=> help loadbloadb [ off ] [ baud ] - load binary file over serial line with offset 'off' and baudrate 'baud'loadb命令可以通过串口线下载二进制格式文件。=> help loadsloads [ off ] - load S-Record file over serial line with offset 'off'loads命令可以通过串口线下载S-Record格式文件。=> help mwmw [.b, .w, .l] address value [count] - write memorymw命令可以按照字节、字、长字写内存，.b .w .l的用法与cp命令相同。第1个参数address是要写的内存地址。第2个参数value是要写的值。第3个可选参数count是要写单位值的数目。=> help nfsnfs [loadAddress] [host ip addr:bootfilename]nfs命令可以使用NFS网络协议通过网络启动映像。=> help nmnm [.b, .w, .l] address - memory modify, read and keep addressnm命令可以修改内存，可以按照字节、字、长字操作。参数address是要读出并且修改的内存地址。=> help printenvprintenv - print values of all environment variablesprintenv name ... - print value of environment variable 'name'printenv命令打印环境变量。可以打印全部环境变量，也可以只打印参数中列出的环境变量。=> help protectprotect on start end - protect Flash from addr 'start' to addr 'end'protect on N:SF[-SL] - protect sectors SF-SL in Flash bank # Nprotect on bank N - protect Flash bank # Nprotect on all - protect all Flash banksprotect off start end - make Flash from addr 'start' to addr 'end' writableprotect off N:SF[-SL] - make sectors SF-SL writable in Flash bank # Nprotect off bank N - make Flash bank # N writableprotect off all - make all Flash banks writableprotect命令是对Flash写保护的操作，可以使能和解除写保护。第1个参数on代表使能写保护；off代表解除写保护。第2、3参数是指定Flash写保护操作范围，跟擦除的方式相同。=> help rarpbootrarpboot [loadAddress] [bootfilename]rarboot命令可以使用TFTP协议通过网络启动映像。也就是把指定的文件下载到指定地址，然后执行。第1个参数是映像文件下载到的内存地址。第2个参数是要下载执行的映像文件。=> help runrun var [...] - run the commands in the environment variable(s) 'var'run命令可以执行环境变量中的命令，后面参数可以跟几个环境变量名。=> help setenvsetenv name value ... - set environment variable 'name' to 'value ...'setenv name - delete environment variable 'name'setenv命令可以设置环境变量。第1个参数是环境变量的名称。第2个参数是要设置的值，如果没有第2个参数，表示删除这个环境变量。=> help sleepsleep N - delay execution for N seconds (N is _decimal_ !!!)sleep命令可以延迟N秒钟执行，N为十进制数。=> help tftpboottftpboot [loadAddress] [bootfilename]tftpboot命令可以使用TFTP协议通过网络下载文件。按照二进制文件格式下载。另外使用这个命令，必须配置好相关的环境变量。例如serverip和ipaddr。第1个参数loadAddress是下载到的内存地址。第2个参数是要下载的文件名称，必须放在TFTP服务器相应的目录下。这些U-Boot命令为嵌入式系统提供了丰富的开发和调试功能。在Linux内核启动和调试过程中，都可以用到U-Boot的命令。但是一般情况下，不需要使用全部命令。比如已经支持以太网接口，可以通过tftpboot命令来下载文件，那么还有必要使用串口下载的loadb吗？反过来，如果开发板需要特殊的调试功能，也可以添加新的命令。在建立交叉开发环境和调试Linux内核等章节时，在ARM平台上移植了U-Boot，并且提供了具体U-Boot的操作步骤。6.4.3 U-Boot的环境变量有点类似Shell，U-Boot也使用环境变量。可以通过printenv命令查看环境变量的设置。U-Boot> printenvbootdelay=3baudrate=115200netmask=255.255.0.0ethaddr=12:34:56:78:90:abbootfile=uImagebootargs=console=ttyS0,115200 root=/dev/ram rw initrd=0x30800000,8Mbootcmd=tftp 0x30008000 zImage;go 0x30008000serverip=192.168.1.1ipaddr=192.168.1.100stdin=serialstdout=serialstderr=serialEnvironment size: 337/131068 bytesU-Boot>表6.5是常用环境变量的含义解释。通过printenv命令可以打印出这些变量的值。表6.5 U-Boot环境变量的解释说明环 境 变 量解 释 说 明bootdelay定义执行自动启动的等候秒数baudrate定义串口控制台的波特率netmask定义以太网接口的掩码ethaddr定义以太网接口的MAC地址bootfile定义缺省的下载文件bootargs定义传递给Linux内核的命令行参数bootcmd定义自动启动时执行的几条命令serverip定义tftp服务器端的IP地址ipaddr定义本地的IP地址stdin定义标准输入设备，一般是串口stdout定义标准输出设备，一般是串口stderr定义标准出错信息输出设备，一般是串口U-Boot的环境变量都可以有缺省值，也可以修改并且保存在参数区。U-Boot的参数区一般有EEPROM和Flash两种设备。环境变量的设置命令为setenv，在6.2.2节有命令的解释。举例说明环境变量的使用。=>setenv serverip 192.168.1.1=>setenv ipaddr 192.168.1.100=>setenv rootpath "/usr/local/arm/3.3.2/rootfs"=>setenv bootargs "root=/dev/nfs rw nfsroot=/$(serverip):/$(rootpath) ip=
/$(ipaddr) "=>setenv kernel_addr 30000000=>setenv nfscmd "tftp /$(kernel_addr) uImage; bootm /$(kernel_addr) "=>run nfscmd上面定义的环境变量有serverip ipaddr rootpath bootargs kernel_addr。环境变量bootargs中还使用了环境变量，bootargs定义命令行参数，通过bootm命令传递给内核。环境变量nfscmd中也使用了环境变量，功能是把uImage下载到指定的地址并且引导起来。可以通过run命令执行nfscmd脚本。
图6.1 网络启动示意图大部分引导程序都能够支持网络启动方式。例如：BIOS的PXE（Preboot Execution Environment）功能就是网络启动方式；U-Boot也支持网络启动功能。2．磁盘启动方式传统的Linux系统运行在台式机或者服务器上，这些计算机一般都使用BIOS引导，并且使用磁盘作为存储介质。如果进入BIOS设置菜单，可以探测处理器、内存、硬盘等设备，可以设置BIOS从软盘、光盘或者某块硬盘启动。也就是说，BIOS并不直接引导操作系统。那么在硬盘的主引导区，还需要一个Bootloader。这个Bootloader可以从磁盘文件系统中把操作系统引导起来。Linux传统上是通过LILO（LInux LOader）引导的，后来又出现了GNU的软件GRUB（GRand Unified Bootloader）。这2种Bootloader广泛应用在X86的Linux系统上。你的开发主机可能就使用了其中一种，熟悉它们有助于配置多种系统引导功能。LILO软件工程是由Werner Almesberger创建，专门为引导Linux开发的。现在LILO的维护者是John Coffman，最新版本下载站点：http://lilo.go.dyndns.org。LILO有详细的文档，例如LILO套件中附带使用手册和参考手册。此外，还可以在LDP的“LILO mini-HOWTO”中找到LILO的使用指南。GRUB是GNU计划的主要bootloader。GRUB最初是由Erich Boleyn为GNU Mach操作系统撰写的引导程序。后来有Gordon Matzigkeit和Okuji Yoshinori接替Erich的工作，继续维护和开发GRUB。GRUB的网站http://www.gnu.org/software/grub/上有对套件使用的说明文件，叫作《GRUB manual》。GRUB能够使用TFTP和BOOTP或者DHCP通过网络启动，这种功能对于系统开发过程很有用。除了传统的Linux系统上的引导程序以外，还有其他一些引导程序，也可以支持磁盘引导启动。例如：LoadLin可以从DOS下启动Linux；还有ROLO、LinuxBIOS，U-Boot也支持这种功能。3．Flash启动方式大多数嵌入式系统上都使用Flash存储介质。Flash有很多类型，包括NOR Flash、NAND Flash和其他半导体盘。其中，NOR Flash（也就是线性Flash）使用最为普遍。NOR Flash可以支持随机访问，所以代码是可以直接在Flash上执行的。Bootloader一般是存储在Flash芯片上的。另外，Linux内核映像和RAMDISK也可以存储在Flash上。通常需要把Flash分区使用，每个区的大小应该是Flash擦除块大小的整数倍。图6.2是Bootloader和内核映像以及文件系统的分区表。图6.2 Flash存储示意图Bootloader一般放在Flash的底端或者顶端，这要根据处理器的复位向量设置。要使Bootloader的入口位于处理器上电执行第一条指令的位置。接下来分配参数区，这里可以作为Bootloader的参数保存区域。再下来内核映像区。Bootloader引导Linux内核，就是要从这个地方把内核映像解压到RAM中去，然后跳转到内核映像入口执行。然后是文件系统区。如果使用Ramdisk文件系统，则需要Bootloader把它解压到RAM中。如果使用JFFS2文件系统，将直接挂接为根文件系统。这两种文件系统将在第12章详细讲解。最后还可以分出一些数据区，这要根据实际需要和Flash大小来考虑了。这些分区是开发者定义的，Bootloader一般直接读写对应的偏移地址。到了Linux内核空间，可以配置成MTD设备来访问Flash分区。但是，有的Bootloader也支持分区的功能，例如：Redboot可以创建Flash分区表，并且内核MTD驱动可以解析出redboot的分区表。除了NOR Flash，还有NAND Flash、Compact Flash、DiskOnChip等。这些Flash具有芯片价格低，存储容量大的特点。但是这些芯片一般通过专用控制器的I/O方式来访问，不能随机访问，因此引导方式跟NOR Flash也不同。在这些芯片上，需要配置专用的引导程序。通常，这种引导程序起始的一段代码就把整个引导程序复制到RAM中运行，从而实现自举启动，这跟从磁盘上启动有些相似。 6.1.3 Bootloader的种类嵌入式系统世界已经有各种各样的Bootloader，种类划分也有多种方式。除了按照处理器体系结构不同划分以外，还有功能复杂程度的不同。首先区分一下“Bootloader”和“Monitor”的概念。严格来说，“Bootloader”只是引导设备并且执行主程序的固件；而“Monitor”还提供了更多的命令行接口，可以进行调试、读写内存、烧写Flash、配置环境变量等。“Monitor”在嵌入式系统开发过程中可以提供很好的调试功能，开发完成以后，就完全设置成了一个“Bootloader”。所以，习惯上大家把它们统称为Bootloader。表6.1列出了Linux的开放源码引导程序及其支持的体系结构。表中给出了X86 ARM PowerPC体系结构的常用引导程序，并且注明了每一种引导程序是不是“Monitor”。表6.1 开放源码的Linux 引导程序BootloaderMonitor描 述x86ARMPowerPCLILO否Linux磁盘引导程序是否否GRUB否GNU的LILO替代程序是否否Loadlin否从DOS引导Linux是否否ROLO否从ROM引导Linux而不需要BIOS是否否Etherboot否通过以太网卡启动Linux系统的固件是否否LinuxBIOS否完全替代BUIS的Linux引导程序是否否BLOB否LART等硬件平台的引导程序否是否U-boot是通用引导程序是是是RedBoot是基于eCos的引导程序是是是对于每种体系结构，都有一系列开放源码Bootloader可以选用。（1）X86X86的工作站和服务器上一般使用LILO和GRUB。LILO是Linux发行版主流的Bootloader。不过Redhat Linux发行版已经使用了GRUB，GRUB比LILO有更有好的显示界面，使用配置也更加灵活方便。在某些X86嵌入式单板机或者特殊设备上，会采用其他Bootloader，例如：ROLO。这些Bootloader可以取代BIOS的功能，能够从FLASH中直接引导Linux启动。现在ROLO支持的开发板已经并入U-Boot，所以U-Boot也可以支持X86平台。（2）ARMARM处理器的芯片商很多，所以每种芯片的开发板都有自己的Bootloader。结果ARM bootloader也变得多种多样。最早有为ARM720处理器的开发板的固件，又有了armboot，StrongARM平台的blob，还有S3C2410处理器开发板上的vivi等。现在armboot已经并入了U-Boot，所以U-Boot也支持ARM/XSCALE平台。U-Boot已经成为ARM平台事实上的标准Bootloader。（3）PowerPCPowerPC平台的处理器有标准的Bootloader，就是ppcboot。PPCBOOT在合并armboot等之后，创建了U-Boot，成为各种体系结构开发板的通用引导程序。U-Boot仍然是PowerPC平台的主要Bootloader。（4）MIPSMIPS公司开发的YAMON是标准的Bootloader，也有许多MIPS芯片商为自己的开发板写了Bootloader。现在，U-Boot也已经支持MIPS平台。（5）SHSH平台的标准Bootloader是sh-boot。Redboot在这种平台上也很好用。（6）M68KM68K平台没有标准的Bootloader。Redboot能够支持m68k系列的系统。值得说明的是Redboot，它几乎能够支持所有的体系结构，包括MIPS、SH、M68K等体系结构。Redboot是以eCos为基础，采用GPL许可的开源软件工程。现在由core eCos的开发人员维护，源码下载网站是http://www.ecoscentric.com/snapshots。Redboot的文档也相当完善，有详细的使用手册《RedBoot User’s Guide》。6.2.2 U-Boot源码结构从网站上下载得到U-Boot源码包，例如：U-Boot-1.1.2.tar.bz2解压就可以得到全部U-Boot源程序。在顶层目录下有18个子目录，分别存放和管理不同的源程序。这些目录中所要存放的文件有其规则，可以分为3类。· 第1类目录与处理器体系结构或者开发板硬件直接相关；· 第2类目录是一些通用的函数或者驱动程序；· 第3类目录是U-Boot的应用程序、工具或者文档。表6.2列出了U-Boot顶层目录下各级目录存放原则。表6.2 U-Boot的源码顶层目录说明目 录特 性解 释 说 明board平台依赖存放电路板相关的目录文件，例如：RPXlite(mpc8xx)、smdk2410(arm920t)、sc520_cdp(x86) 等目录cpu平台依赖存放CPU相关的目录文件，例如：mpc8xx、ppc4xx、arm720t、arm920t、 xscale、i386等目录lib_ppc平台依赖存放对PowerPC体系结构通用的文件，主要用于实现PowerPC平台通用的函数目 录特 性解 释 说 明lib_arm平台依赖存放对ARM体系结构通用的文件，主要用于实现ARM平台通用的函数lib_i386平台依赖存放对X86体系结构通用的文件，主要用于实现X86平台通用的函数include通用头文件和开发板配置文件，所有开发板的配置文件都在configs目录下common通用通用的多功能函数实现lib_generic通用通用库函数的实现Net通用存放网络的程序Fs通用存放文件系统的程序Post通用存放上电自检程序drivers通用通用的设备驱动程序，主要有以太网接口的驱动Disk通用硬盘接口程序Rtc通用RTC的驱动程序Dtt通用数字温度测量器或者传感器的驱动examples应用例程一些独立运行的应用程序的例子，例如helloworldtools工具存放制作S-Record 或者 U-Boot格式的映像等工具，例如mkimageDoc文档开发使用文档U-Boot的源代码包含对几十种处理器、数百种开发板的支持。可是对于特定的开发板，配置编译过程只需要其中部分程序。这里具体以S3C2410 arm920t处理器为例，具体分析S3C2410处理器和开发板所依赖的程序，以及U-Boot的通用函数和工具6.2.3 U-Boot的编译U-Boot的源码是通过GCC和Makefile组织编译的。顶层目录下的Makefile首先可以设置开发板的定义，然后递归地调用各级子目录下的Makefile，最后把编译过的程序链接成U-Boot映像。1．顶层目录下的Makefile它负责U-Boot整体配置编译。按照配置的顺序阅读其中关键的几行。每一种开发板在Makefile都需要有板子配置的定义。例如smdk2410开发板的定义如下。smdk2410_config : unconfig @./mkconfig $(@:_config=) arm arm920t smdk2410 NULL s3c24x0执行配置U-Boot的命令make smdk2410_config，通过./mkconfig脚本生成include/config.mk的配置文件。文件内容正是根据Makefile对开发板的配置生成的。ARCH = armCPU = arm920tBOARD = smdk2410SOC = s3c24x0上面的include/config.mk文件定义了ARCH、CPU、BOARD、SOC这些变量。这样硬件平台依赖的目录文件可以根据这些定义来确定。SMDK2410平台相关目录如下。board/smdk2410/cpu/arm920t/cpu/arm920t/s3c24x0/lib_arm/include/asm-arm/include/configs/smdk2410.h再回到顶层目录的Makefile文件开始的部分，其中下列几行包含了这些变量的定义。# load ARCH, BOARD, and CPU configurationinclude include/config.mkexport ARCH CPU BOARD VENDOR SOCMakefile的编译选项和规则在顶层目录的config.mk文件中定义。各种体系结构通用的规则直接在这个文件中定义。通过ARCH、CPU、BOARD、SOC等变量为不同硬件平台定义不同选项。不同体系结构的规则分别包含在ppc_config.mk、arm_config.mk、mips_config.mk等文件中。顶层目录的Makefile中还要定义交叉编译器，以及编译U-Boot所依赖的目标文件。ifeq ($(ARCH),arm)CROSS_COMPILE = arm-linux- //交叉编译器的前缀#endifexport CROSS_COMPILE…# U-Boot objects....order is important (i.e. start must be first)OBJS = cpu/$(CPU)/start.o //处理器相关的目标文件…LIBS = lib_generic/libgeneric.a //定义依赖的目录，每个目录下先把目标文件连接成*.a文件。LIBS += board/$(BOARDDIR)/lib$(BOARD).aLIBS += cpu/$(CPU)/lib$(CPU).aifdef SOCLIBS += cpu/$(CPU)/$(SOC)/lib$(SOC).aendifLIBS += lib_$(ARCH)/lib$(ARCH).a…然后还有U-Boot映像编译的依赖关系。ALL = u-boot.srec u-boot.bin System.mapall: $(ALL)u-boot.srec: u-boot $(OBJCOPY) ${OBJCFLAGS} -O srec $< $@u-boot.bin: u-boot $(OBJCOPY) ${OBJCFLAGS} -O binary $< $@……u-boot: depend $(SUBDIRS) $(OBJS) $(LIBS) $(LDSCRIPT) UNDEF_SYM='$(OBJDUMP) -x $(LIBS) / |sed -n -e 's/.*/(__u_boot_cmd_.*/)/-u/1/p'|sort|uniq`;/ $(LD) $(LDFLAGS) $$UNDEF_SYM $(OBJS) / --start-group $(LIBS) $(PLATFORM_LIBS) --end-group / -Map u-boot.map -o u-bootMakefile缺省的编译目标为all，包括u-boot.srec、u-boot.bin、System.map。u-boot.srec和u-boot.bin又依赖于U-Boot。U-Boot就是通过ld命令按照u-boot.map地址表把目标文件组装成u-boot。其他Makefile内容就不再详细分析了，上述代码分析应该可以为阅读代码提供了一个线索。2．开发板配置头文件除了编译过程Makefile以外，还要在程序中为开发板定义配置选项或者参数。这个头文件是include/configs/
6.2.4 U-Boot的移植
U-Boot能够支持多种体系结构的处理器，支持的开发板也越来越多。因为Bootloader是完全依赖硬件平台的，所以在新电路板上需要移植U-Boot程序。开始移植U-Boot之前，先要熟悉硬件电路板和处理器。确认U-Boot是否已经支持新开发板的处理器和I/O设备。假如U-Boot已经支持一块非常相似的电路板，那么移植的过程将非常简单。移植U-Boot工作就是添加开发板硬件相关的文件、配置选项，然后配置编译。开始移植之前，需要先分析一下U-Boot已经支持的开发板，比较出硬件配置最接近的开发板。选择的原则是，首先处理器相同，其次处理器体系结构相同，然后是以太网接口等外围接口。还要验证一下这个参考开发板的U-Boot，至少能够配置编译通过。以S3C2410处理器的开发板为例，U-Boot-1.1.2版本已经支持SMDK2410开发板。我们可以基于SMDK2410移植，那么先把SMDK2410编译通过。我们以S3C2410开发板fs2410为例说明。移植的过程参考SMDK2410开发板，SMDK2410在U-Boot-1.1.2中已经支持。移植U-Boot的基本步骤如下。（1）在顶层Makefile中为开发板添加新的配置选项，使用已有的配置项目为例。smdk2410_config : unconfig @./mkconfig $(@:_config=) arm arm920t smdk2410 NULL s3c24x0参考上面2行，添加下面2行。fs2410_config : unconfig @./mkconfig $(@:_config=) arm arm920t fs2410 NULL s3c24x0（2）创建一个新目录存放开发板相关的代码，并且添加文件。board/fs2410/config.mkboard/fs2410/flash.cboard/fs2410/fs2410.cboard/fs2410/Makefileboard/fs2410/memsetup.Sboard/fs2410/u-boot.lds（3）为开发板添加新的配置文件可以先复制参考开发板的配置文件，再修改。例如：$cp include/configs/smdk2410.h include/configs/fs2410.h如果是为一颗新的CPU移植，还要创建一个新的目录存放CPU相关的代码。（4）配置开发板$ make fs2410_config（5）编译U-Boot执行make命令，编译成功可以得到U-Boot映像。有些错误是跟配置选项是有关系的，通常打开某些功能选项会带来一些错误，一开始可以尽量跟参考板配置相同。（6）添加驱动或者功能选项在能够编译通过的基础上，还要实现U-Boot的以太网接口、Flash擦写等功能。对于FS2410开发板的以太网驱动和smdk2410完全相同，所以可以直接使用。CS8900驱动程序文件如下。drivers/cs8900.cdrivers/cs8900.h对于Flash的选择就麻烦多了，Flash芯片价格或者采购方面的因素都有影响。多数开发板大小、型号不都相同。所以还需要移植Flash的驱动。每种开发板目录下一般都有flash.c这个文件，需要根据具体的Flash类型修改。例如：board/fs2410/flash.c（7）调试U-Boot源代码，直到U-Boot在开发板上能够正常启动。调试的过程可能是很艰难的，需要借助工具，并且有些问题可能困扰很长时间。6.2.5 添加U-Boot命令U-Boot的命令为用户提供了交互功能，并且已经实现了几十个常用的命令。如果开发板需要很特殊的操作，可以添加新的U-Boot命令。U-Boot的每一个命令都是通过U_Boot_CMD宏定义的。这个宏在include/command.h头文件中定义，每一个命令定义一个cmd_tbl_t结构体。#define U_BOOT_CMD(name,maxargs,rep,cmd,usage,help) /cmd_tbl_t __u_boot_cmd_##name Struct_Section = {#name, maxargs, rep, cmd, usage, help}这样每一个U-Boot命令有一个结构体来描述。结构体包含的成员变量：命令名称、最大参数个数、重复数、命令执行函数、用法、帮助。从控制台输入的命令是由common/command.c中的程序解释执行的。find_cmd()负责匹配输入的命令，从列表中找出对应的命令结构体。基于U-Boot命令的基本框架，来分析一下简单的icache操作命令，就可以知道添加新命令的方法。（1）定义CACHE命令。在include/cmd_confdefs.h中定义了所有U-Boot命令的标志位。#define CFG_CMD_CACHE 0x00000010ULL /* icache, dcache */如果有更多的命令，也要在这里添加定义。（2）实现CACHE命令的操作函数。下面是common/cmd_cache.c文件中icache命令部分的代码。#if (CONFIG_COMMANDS & CFG_CMD_CACHE)static int on_off (const char *s){ //这个函数解析参数，判断是打开cache，还是关闭cache if (strcmp(s, "on") == 0) { //参数为“on” return (1); } else if (strcmp(s, "off") == 0) { //参数为“off” return (0); } return (-1);}int do_icache ( cmd_tbl_t *cmdtp, int flag, int argc, char *argv[]){ //对指令cache的操作函数 switch (argc) { case 2: /* 参数个数为1，则执行打开或者关闭指令cache操作 */ switch (on_off(argv[1])) { case 0: icache_disable(); //打开指令cache break; case 1: icache_enable (); //关闭指令cache break; } /* FALL TROUGH */ case 1: /* 参数个数为0，则获取指令cache状态*/ printf ("Instruction Cache is %s/n", icache_status() ? "ON" : "OFF"); return 0; default: //其他缺省情况下，打印命令使用说明 printf ("Usage:/n%s/n", cmdtp->usage); return 1; } return 0;}……U_Boot_CMD( //通过宏定义命令 icache, 2, 1, do_icache, //命令为icache，命令执行函数为do_icache() "icache - enable or disable instruction cache/n", //帮助信息 "[on, off]/n" " - enable or disable instruction cache/n");……#endifU-Boot的命令都是通过结构体__U_Boot_cmd_##name来描述的。根据U_Boot_CMD在include/command.h中的两行定义可以明白。#define U_BOOT_CMD(name,maxargs,rep,cmd,usage,help) /cmd_tbl_t __u_boot_cmd_##name Struct_Section = {#name, maxargs, rep, cmd, usage, help}还有，不要忘了在common/Makefile中添加编译的目标文件。（3）打开CONFIG_COMMANDS选项的命令标志位。这个程序文件开头有#if语句需要预处理是否包含这个命令函数。CONFIG_COMMANDS选项在开发板的配置文件中定义。例如：SMDK2410平台在include/configs/smdk2410.h中有如下定义。/*********************************************************** * Command definition ***********************************************************/#define CONFIG_COMMANDS / (CONFIG_CMD_DFL | / CFG_CMD_CACHE | / CFG_CMD_REGINFO | / CFG_CMD_DATE | / CFG_CMD_ELF)按照这3步，就可以添加新的U-Boot命令。6.3.2 软件跟踪假如U-Boot没有任何串口打印信息，手头又没有硬件调试工具，那样怎么知道U-Boot执行到什么地方了呢？可以通过开发板上的LED指示灯判断。开发板上最好设计安装八段数码管等LED，可以用来显示数字或者数字位。U-Boot可以定义函数show_boot_progress (int status)，用来指示当前启动进度。在include/common.h头文件中声明这个函数。#ifdef CONFIG_SHOW_BOOT_PROGRESSvoid show_boot_progress (int status);#endifCONFIG_SHOW_BOOT_PROGRESS是需要定义的。这个在板子配置的头文件中定义。CSB226开发板对这项功能有完整实现，可以参考。在头文件include/configs/csb226.h中，有下列一行。#define CONFIG_SHOW_BOOT_PROGRESS 1函数show_boot_progress (int status)的实现跟开发板关系密切，所以一般在board目录下的文件中实现。看一下CSB226在board/csb226/csb226.c中的实现函数。/** 设置CSB226板的0、1、2三个指示灯的开关状态 * csb226_set_led: - switch LEDs on or off * @param led: LED to switch (0,1,2) * @param state: switch on (1) or off (0) */void csb226_set_led(int led, int state){ switch(led) { case 0: if (state==1) { GPCR0 |= CSB226_USER_LED0; } else if (state==0) { GPSR0 |= CSB226_USER_LED0; } break; case 1: if (state==1) { GPCR0 |= CSB226_USER_LED1; } else if (state==0) { GPSR0 |= CSB226_USER_LED1; } break; case 2: if (state==1) { GPCR0 |= CSB226_USER_LED2; } else if (state==0) { GPSR0 |= CSB226_USER_LED2; } break; } return;}/** 显示启动进度函数，在比较重要的阶段，设置三个灯为亮的状态（1, 5, 15）*/void show_boot_progress (int status){ switch(status) { case 1: csb226_set_led(0,1); break; case 5: csb226_set_led(1,1); break; case 15: csb226_set_led(2,1); break; } return;}这样，在U-Boot启动过程中就可以通过show_boot_progresss指示执行进度。比如hang()函数是系统出错时调用的函数，这里需要根据特定的开发板给定显示的参数值。void hang (void){ puts ("### ERROR ### Please RESET the board ###/n");#ifdef CONFIG_SHOW_BOOT_PROGRESS show_boot_progress(-30);#endif for (;;);}6.3.3 U-Boot启动过程尽管有了调试跟踪手段，甚至也可以通过串口打印信息了，但是不一定能够判断出错原因。如果能够充分理解代码的启动流程，那么对准确地解决和分析问题很有帮助。开发板上电后，执行U-Boot的第一条指令，然后顺序执行U-Boot启动函数。函数调用顺序如图6.3所示。看一下board/smsk2410/u-boot.lds这个链接脚本，可以知道目标程序的各部分链接顺序。第一个要链接的是cpu/arm920t/start.o，那么U-Boot的入口指令一定位于这个程序中。下面详细分析一下程序跳转和函数的调用关系以及函数实现。1．cpu/arm920t/start.S这个汇编程序是U-Boot的入口程序，开头就是复位向量的代码。图6.3 U-Boot启动代码流程图_start: b reset //复位向量 ldr pc, _undefined_instruction ldr pc, _software_interrupt ldr pc, _prefetch_abort ldr pc, _data_abort ldr pc, _not_used ldr pc, _irq //中断向量 ldr pc, _fiq //中断向量… /* the actual reset code */reset: //复位启动子程序 /* 设置CPU为SVC32模式 */ mrs r0,cpsr bic r0,r0,#0x1f orr r0,r0,#0xd3 msr cpsr,r0/* 关闭看门狗 *//* 这些初始化代码在系统重起的时候执行，运行时热复位从RAM中启动不执行 */#ifdef CONFIG_INIT_CRITICAL bl cpu_init_crit#endifrelocate: /* 把U-Boot重新定位到RAM */ adr r0, _start /* r0是代码的当前位置 */ ldr r1, _TEXT_BASE /* 测试判断是从Flash启动，还是RAM */ cmp r0, r1 /* 比较r0和r1，调试的时候不要执行重定位 */ beq stack_setup /* 如果r0等于r1，跳过重定位代码 */ /* 准备重新定位代码 */ ldr r2, _armboot_start ldr r3, _bss_start sub r2, r3, r2 /* r2 得到armboot的大小 */ add r2, r0, r2 /* r2 得到要复制代码的末尾地址 */copy_loop: /* 重新定位代码 */ ldmia r0!, {r3-r10} /*从源地址[r0]复制 */ stmia r1!, {r3-r10} /* 复制到目的地址[r1] */ cmp r0, r2 /* 复制数据块直到源数据末尾地址[r2] */ ble copy_loop /* 初始化堆栈等 */stack_setup: ldr r0, _TEXT_BASE /* 上面是128 KiB重定位的u-boot */ sub r0, r0, #CFG_MALLOC_LEN /* 向下是内存分配空间 */ sub r0, r0, #CFG_GBL_DATA_SIZE /* 然后是bdinfo结构体地址空间 */#ifdef CONFIG_USE_IRQ sub r0, r0, #(CONFIG_STACKSIZE_IRQ+CONFIG_STACKSIZE_FIQ)#endif sub sp, r0, #12 /* 为abort-stack预留3个字 */clear_bss: ldr r0, _bss_start /* 找到bss段起始地址 */ ldr r1, _bss_end /* bss段末尾地址 */ mov r2, #0x00000000 /* 清零 */clbss_l:str r2, [r0] /* bss段地址空间清零循环... */ add r0, r0, #4 cmp r0, r1 bne clbss_l /* 跳转到start_armboot函数入口，_start_armboot字保存函数入口指针 */ ldr pc, _start_armboot_start_armboot: .word start_armboot //start_armboot函数在lib_arm/board.c中实现/* 关键的初始化子程序 */cpu_init_crit:…… //初始化CACHE，关闭MMU等操作指令 /* 初始化RAM时钟。 * 因为内存时钟是依赖开发板硬件的，所以在board的相应目录下可以找到memsetup.S文件。 */ mov ip, lr bl memsetup//memsetup子程序在board/smdk2410/memsetup.S中实现 mov lr, ip mov pc, lr2．lib_arm/board.cstart_armboot是U-Boot执行的第一个C语言函数，完成系统初始化工作，进入主循环，处理用户输入的命令。void start_armboot (void){ DECLARE_GLOBAL_DATA_PTR; ulong size; init_fnc_t **init_fnc_ptr; char *s; /* Pointer is writable since we allocated a register for it */ gd = (gd_t*)(_armboot_start - CFG_MALLOC_LEN - sizeof(gd_t)); /* compiler optimization barrier needed for GCC >= 3.4 */ __asm__ __volatile__("": : :"memory"); memset ((void*)gd, 0, sizeof (gd_t)); gd->bd = (bd_t*)((char*)gd - sizeof(bd_t)); memset (gd->bd, 0, sizeof (bd_t)); monitor_flash_len = _bss_start - _armboot_start; /* 顺序执行init_sequence数组中的初始化函数 */ for (init_fnc_ptr = init_sequence; *init_fnc_ptr; ++init_fnc_ptr) { if ((*init_fnc_ptr)() != 0) { hang (); } } /*配置可用的Flash */ size = flash_init (); display_flash_config (size); /* _armboot_start 在u-boot.lds链接脚本中定义 */ mem_malloc_init (_armboot_start - CFG_MALLOC_LEN); /* 配置环境变量，重新定位 */ env_relocate (); /* 从环境变量中获取IP地址 */ gd->bd->bi_ip_addr = getenv_IPaddr ("ipaddr"); /* 以太网接口MAC 地址 */ …… devices_init (); /* 获取列表中的设备 */ jumptable_init (); console_init_r (); /* 完整地初始化控制台设备 */ enable_interrupts (); /* 使能例外处理 */ /* 通过环境变量初始化 */ if ((s = getenv ("loadaddr")) != NULL) { load_addr = simple_strtoul (s, NULL, 16); } /* main_loop()总是试图自动启动，循环不断执行 */ for (;;) { main_loop (); /* 主循环函数处理执行用户命令 -- common/main.c */ } /* NOTREACHED - no way out of command loop except booting */}3．init_sequence[]init_sequence[]数组保存着基本的初始化函数指针。这些函数名称和实现的程序文件在下列注释中。init_fnc_t *init_sequence[] = { cpu_init, /* 基本的处理器相关配置 -- cpu/arm920t/cpu.c */ board_init, /* 基本的板级相关配置 -- board/smdk2410/smdk2410.c */ interrupt_init, /* 初始化例外处理 -- cpu/arm920t/s3c24x0/interrupt.c */ env_init, /* 初始化环境变量 -- common/cmd_flash.c */ init_baudrate, /* 初始化波特率设置 -- lib_arm/board.c */ serial_init, /* 串口通讯设置 -- cpu/arm920t/s3c24x0/serial.c */ console_init_f, /* 控制台初始化阶段1 -- common/console.c */ display_banner, /* 打印u-boot信息 -- lib_arm/board.c */ dram_init, /* 配置可用的RAM -- board/smdk2410/smdk2410.c */ display_dram_config, /* 显示RAM的配置大小 -- lib_arm/board.c */ NULL,};6.3.4 U-Boot与内核的关系U-Boot作为Bootloader，具备多种引导内核启动的方式。常用的go和bootm命令可以直接引导内核映像启动。U-Boot与内核的关系主要是内核启动过程中参数的传递。1．go命令的实现/* common/cmd_boot.c */int do_go (cmd_tbl_t *cmdtp, int flag, int argc, char *argv[]){ ulong addr, rc; int rcode = 0; if (argc < 2) { printf ("Usage:/n%s/n", cmdtp->usage); return 1; } addr = simple_strtoul(argv[1], NULL, 16); printf ("## Starting application at 0x%08lX .../n", addr); /* * pass address parameter as argv[0] (aka command name), * and all remaining args */ rc = ((ulong (*)(int, char *[]))addr) (--argc, &argv[1]); if (rc != 0) rcode = 1; printf ("## Application terminated, rc = 0x%lX/n", rc); return rcode;}go命令调用do_go()函数，跳转到某个地址执行的。如果在这个地址准备好了自引导的内核映像，就可以启动了。尽管go命令可以带变参，实际使用时一般不用来传递参数。2．bootm命令的实现/* common/cmd_bootm.c */int do_bootm (cmd_tbl_t *cmdtp, int flag, int argc, char *argv[]){ ulong iflag; ulong addr; ulong data, len, checksum; ulong *len_ptr; uint unc_len = 0x400000; int i, verify; char *name, *s; int (*appl)(int, char *[]); image_header_t *hdr = &header; s = getenv ("verify"); verify = (s && (*s == 'n')) ? 0 : 1; if (argc < 2) { addr = load_addr; } else { addr = simple_strtoul(argv[1], NULL, 16); } SHOW_BOOT_PROGRESS (1); printf ("## Booting image at %08lx .../n", addr); /* Copy header so we can blank CRC field for re-calculation */ memmove (&header, (char *)addr, sizeof(image_header_t)); if (ntohl(hdr->ih_magic) != IH_MAGIC) { puts ("Bad Magic Number/n"); SHOW_BOOT_PROGRESS (-1); return 1; } SHOW_BOOT_PROGRESS (2); data = (ulong)&header; len = sizeof(image_header_t); checksum = ntohl(hdr->ih_hcrc); hdr->ih_hcrc = 0; if(crc32 (0, (char *)data, len) != checksum) { puts ("Bad Header Checksum/n"); SHOW_BOOT_PROGRESS (-2); return 1; } SHOW_BOOT_PROGRESS (3); /* for multi-file images we need the data part, too */ print_image_hdr ((image_header_t *)addr); data = addr + sizeof(image_header_t); len = ntohl(hdr->ih_size); if(verify) { puts (" Verifying Checksum ... "); if(crc32 (0, (char *)data, len) != ntohl(hdr->ih_dcrc)) { printf ("Bad Data CRC/n"); SHOW_BOOT_PROGRESS (-3); return 1; } puts ("OK/n"); } SHOW_BOOT_PROGRESS (4); len_ptr = (ulong *)data;…… switch (hdr->ih_os) { default: /* handled by (original) Linux case */ case IH_OS_LINUX: do_bootm_linux (cmdtp, flag, argc, argv, addr, len_ptr, verify); break; ……}bootm命令调用do_bootm函数。这个函数专门用来引导各种操作系统映像，可以支持引导Linux、vxWorks、QNX等操作系统。引导Linux的时候，调用do_bootm_linux()函数。3．do_bootm_linux函数的实现/* lib_arm/armlinux.c */void do_bootm_linux (cmd_tbl_t *cmdtp, int flag, int argc, char *argv[], ulong addr, ulong *len_ptr, int verify){ DECLARE_GLOBAL_DATA_PTR; ulong len = 0, checksum; ulong initrd_start, initrd_end; ulong data; void (*theKernel)(int zero, int arch, uint params); image_header_t *hdr = &header; bd_t *bd = gd->bd;#ifdef CONFIG_CMDLINE_TAG char *commandline = getenv ("bootargs");#endif theKernel = (void (*)(int, int, uint))ntohl(hdr->ih_ep); /* Check if there is an initrd image */ if(argc >= 3) { SHOW_BOOT_PROGRESS (9); addr = simple_strtoul (argv[2], NULL, 16); printf ("## Loading Ramdisk Image at %08lx .../n", addr); /* Copy header so we can blank CRC field for re-calculation */ memcpy (&header, (char *) addr, sizeof (image_header_t)); if (ntohl (hdr->ih_magic) != IH_MAGIC) { printf ("Bad Magic Number/n"); SHOW_BOOT_PROGRESS (-10); do_reset (cmdtp, flag, argc, argv); } data = (ulong) & header; len = sizeof (image_header_t); checksum = ntohl (hdr->ih_hcrc); hdr->ih_hcrc = 0; if(crc32 (0, (char *) data, len) != checksum) { printf ("Bad Header Checksum/n"); SHOW_BOOT_PROGRESS (-11); do_reset (cmdtp, flag, argc, argv); } SHOW_BOOT_PROGRESS (10); print_image_hdr (hdr); data = addr + sizeof (image_header_t); len = ntohl (hdr->ih_size); if(verify) { ulong csum = 0; printf (" Verifying Checksum ... "); csum = crc32 (0, (char *) data, len); if (csum != ntohl (hdr->ih_dcrc)) { printf ("Bad Data CRC/n"); SHOW_BOOT_PROGRESS (-12); do_reset (cmdtp, flag, argc, argv); } printf ("OK/n"); } SHOW_BOOT_PROGRESS (11); if ((hdr->ih_os != IH_OS_LINUX) || (hdr->ih_arch != IH_CPU_ARM) || (hdr->ih_type != IH_TYPE_RAMDISK)) { printf ("No Linux ARM Ramdisk Image/n"); SHOW_BOOT_PROGRESS (-13); do_reset (cmdtp, flag, argc, argv); } /* Now check if we have a multifile image */ } else if ((hdr->ih_type == IH_TYPE_MULTI) && (len_ptr[1])) { ulong tail = ntohl (len_ptr[0]) % 4; int i; SHOW_BOOT_PROGRESS (13); /* skip kernel length and terminator */ data = (ulong) (&len_ptr[2]); /* skip any additional image length fields */ for (i = 1; len_ptr[i]; ++i) data += 4; /* add kernel length, and align */ data += ntohl (len_ptr[0]); if (tail) { data += 4 - tail; } len = ntohl (len_ptr[1]); } else { /* no initrd image */ SHOW_BOOT_PROGRESS (14); len = data = 0; } if (data) { initrd_start = data; initrd_end = initrd_start + len; } else { initrd_start = 0; initrd_end = 0; } SHOW_BOOT_PROGRESS (15); debug ("## Transferring control to Linux (at address %08lx) .../n", (ulong) theKernel);#if defined (CONFIG_SETUP_MEMORY_TAGS) || / defined (CONFIG_CMDLINE_TAG) || / defined (CONFIG_INITRD_TAG) || / defined (CONFIG_SERIAL_TAG) || / defined (CONFIG_REVISION_TAG) || / defined (CONFIG_LCD) || / defined (CONFIG_VFD) setup_start_tag (bd);#ifdef CONFIG_SERIAL_TAG setup_serial_tag (¶ms);#endif#ifdef CONFIG_REVISION_TAG setup_revision_tag (¶ms);#endif#ifdef CONFIG_SETUP_MEMORY_TAGS setup_memory_tags (bd);#endif#ifdef CONFIG_CMDLINE_TAG setup_commandline_tag (bd, commandline);#endif#ifdef CONFIG_INITRD_TAG if (initrd_start && initrd_end) setup_initrd_tag (bd, initrd_start, initrd_end);#endif setup_end_tag (bd);#endif /* we assume that the kernel is in place */ printf ("/nStarting kernel .../n/n"); cleanup_before_linux (); theKernel (0, bd->bi_arch_number, bd->bi_boot_params);}do_bootm_linux()函数是专门引导Linux映像的函数，它还可以处理ramdisk文件系统的映像。这里引导的内核映像和ramdisk映像，必须是U-Boot格式的。U-Boot格式的映像可以通过mkimage工具来转换，其中包含了U-Boot可以识别的符号。在命令行提示符下，可以输入U-Boot的命令并执行。U-Boot可以支持几十个常用命令，通过这些命令，可以对开发板进行调试，可以引导Linux内核，还可以擦写Flash完成系统部署等功能。掌握这些命令的使用，才能够顺利地进行嵌入式系统的开发。输入help命令，可以得到当前U-Boot的所有命令列表。每一条命令后面是简单的命令说明。=> help? - alias for 'help'autoscr - run script from memorybase - print or set address offsetbdinfo - print Board Info structureboot - boot default, i.e., run 'bootcmd'bootd - boot default, i.e., run 'bootcmd'bootm - boot application image from memorybootp - boot image via network using BootP/TFTP protocolcmp - memory compareconinfo - print console devices and informationcp - memory copycrc32 - checksum calculationdhcp - invoke DHCP client to obtain IP/boot paramsecho - echo args to consoleerase - erase FLASH memoryflinfo - print FLASH memory informationgo - start application at address 'addr'help - print online helpiminfo - print header information for application imageimls - list all images found in flashitest - return true/false on integer compareloadb - load binary file over serial line (kermit mode)loads - load S-Record file over serial lineloop - infinite loop on address rangemd - memory displaymm - memory modify (auto-incrementing)mtest - simple RAM testmw - memory write (fill)nfs - boot image via network using NFS protocolnm - memory modify (constant address)printenv - print environment variablesprotect - enable or disable FLASH write protectionrarpboot - boot image via network using RARP/TFTP protocolreset - Perform RESET of the CPUrun - run commands in an environment variablesaveenv - save environment variables to persistent storagesetenv - set environment variablessleep - delay execution for some timetftpboot - boot image via network using TFTP protocolversion - print monitor version=>U-Boot还提供了更加详细的命令帮助，通过help命令还可以查看每个命令的参数说明。由于开发过程的需要，有必要先把U-Boot命令的用法弄清楚。接下来，根据每一条命令的帮助信息，解释一下这些命令的功能和参数。=> help bootmbootm [addr [arg ...]] - boot application image stored in memory passing arguments 'arg ...'; when booting a Linux kernel, 'arg' can be the address of an initrd imagebootm命令可以引导启动存储在内存中的程序映像。这些内存包括RAM和可以永久保存的Flash。第1个参数addr是程序映像的地址，这个程序映像必须转换成U-Boot的格式。第2个参数对于引导Linux内核有用，通常作为U-Boot格式的RAMDISK映像存储地址；也可以是传递给Linux内核的参数（缺省情况下传递bootargs环境变量给内核）。=> help bootpbootp [loadAddress] [bootfilename]bootp命令通过bootp请求，要求DHCP服务器分配IP地址，然后通过TFTP协议下载指定的文件到内存。第1个参数是下载文件存放的内存地址。第2个参数是要下载的文件名称，这个文件应该在开发主机上准备好。=> help cmpcmp [.b, .w, .l] addr1 addr2 count - compare memorycmp命令可以比较2块内存中的内容。.b以字节为单位；.w以字为单位；.l以长字为单位。注意：cmp.b中间不能保留空格，需要连续敲入命令。第1个参数addr1是第一块内存的起始地址。第2个参数addr2是第二块内存的起始地址。第3个参数count是要比较的数目，单位按照字节、字或者长字。=> help cpcp [.b, .w, .l] source target count - copy memorycp命令可以在内存中复制数据块，包括对Flash的读写操作。第1个参数source是要复制的数据块起始地址。第2个参数target是数据块要复制到的地址。这个地址如果在Flash中，那么会直接调用写Flash的函数操作。所以U-Boot写Flash就使用这个命令，当然需要先把对应Flash区域擦干净。第3个参数count是要复制的数目，根据cp.b cp.w cp.l分别以字节、字、长字为单位。=> help crc32crc32 address count [addr] - compute CRC32 checksum [save at addr] crc32命令可以计算存储数据的校验和。第1个参数address是需要校验的数据起始地址。第2个参数count是要校验的数据字节数。第3个参数addr用来指定保存结果的地址。=> help echoecho [args..] - echo args to console; /c suppresses newlineecho命令回显参数。=> help eraseerase start end - erase FLASH from addr 'start' to addr 'end'erase N:SF[-SL] - erase sectors SF-SL in FLASH bank # Nerase bank N - erase FLASH bank # Nerase all - erase all FLASH bankserase命令可以擦Flash。参数必须指定Flash擦除的范围。按照起始地址和结束地址，start必须是擦除块的起始地址；end必须是擦除末尾块的结束地址。这种方式最常用。举例说明：擦除0x20000 – 0x3ffff区域命令为erase 20000 3ffff。按照组和扇区，N表示Flash的组号，SF表示擦除起始扇区号，SL表示擦除结束扇区号。另外，还可以擦除整个组，擦除组号为N的整个Flash组。擦除全部Flash只要给出一个all的参数即可。=> help flinfoflinfo - print information for all FLASH memory banksflinfo N - print information for FLASH memory bank # Nflinfo命令打印全部Flash组的信息，也可以只打印其中某个组。一般嵌入式系统的Flash只有一个组。=> help gogo addr [arg ...] - start application at address 'addr' passing 'arg' as argumentsgo命令可以执行应用程序。第1个参数是要执行程序的入口地址。第2个可选参数是传递给程序的参数，可以不用。=> help iminfoiminfo addr [addr ...] - print header information for application image starting at address 'addr' in memory; this includes verification of the image contents (magic number, header and payload checksums)iminfo可以打印程序映像的开头信息，包含了映像内容的校验（序列号、头和校验和）。第1个参数指定映像的起始地址。可选的参数是指定更多的映像地址。=> help loadbloadb [ off ] [ baud ] - load binary file over serial line with offset 'off' and baudrate 'baud'loadb命令可以通过串口线下载二进制格式文件。=> help loadsloads [ off ] - load S-Record file over serial line with offset 'off'loads命令可以通过串口线下载S-Record格式文件。=> help mwmw [.b, .w, .l] address value [count] - write memorymw命令可以按照字节、字、长字写内存，.b .w .l的用法与cp命令相同。第1个参数address是要写的内存地址。第2个参数value是要写的值。第3个可选参数count是要写单位值的数目。=> help nfsnfs [loadAddress] [host ip addr:bootfilename]nfs命令可以使用NFS网络协议通过网络启动映像。=> help nmnm [.b, .w, .l] address - memory modify, read and keep addressnm命令可以修改内存，可以按照字节、字、长字操作。参数address是要读出并且修改的内存地址。=> help printenvprintenv - print values of all environment variablesprintenv name ... - print value of environment variable 'name'printenv命令打印环境变量。可以打印全部环境变量，也可以只打印参数中列出的环境变量。=> help protectprotect on start end - protect Flash from addr 'start' to addr 'end'protect on N:SF[-SL] - protect sectors SF-SL in Flash bank # Nprotect on bank N - protect Flash bank # Nprotect on all - protect all Flash banksprotect off start end - make Flash from addr 'start' to addr 'end' writableprotect off N:SF[-SL] - make sectors SF-SL writable in Flash bank # Nprotect off bank N - make Flash bank # N writableprotect off all - make all Flash banks writableprotect命令是对Flash写保护的操作，可以使能和解除写保护。第1个参数on代表使能写保护；off代表解除写保护。第2、3参数是指定Flash写保护操作范围，跟擦除的方式相同。=> help rarpbootrarpboot [loadAddress] [bootfilename]rarboot命令可以使用TFTP协议通过网络启动映像。也就是把指定的文件下载到指定地址，然后执行。第1个参数是映像文件下载到的内存地址。第2个参数是要下载执行的映像文件。=> help runrun var [...] - run the commands in the environment variable(s) 'var'run命令可以执行环境变量中的命令，后面参数可以跟几个环境变量名。=> help setenvsetenv name value ... - set environment variable 'name' to 'value ...'setenv name - delete environment variable 'name'setenv命令可以设置环境变量。第1个参数是环境变量的名称。第2个参数是要设置的值，如果没有第2个参数，表示删除这个环境变量。=> help sleepsleep N - delay execution for N seconds (N is _decimal_ !!!)sleep命令可以延迟N秒钟执行，N为十进制数。=> help tftpboottftpboot [loadAddress] [bootfilename]tftpboot命令可以使用TFTP协议通过网络下载文件。按照二进制文件格式下载。另外使用这个命令，必须配置好相关的环境变量。例如serverip和ipaddr。第1个参数loadAddress是下载到的内存地址。第2个参数是要下载的文件名称，必须放在TFTP服务器相应的目录下。这些U-Boot命令为嵌入式系统提供了丰富的开发和调试功能。在Linux内核启动和调试过程中，都可以用到U-Boot的命令。但是一般情况下，不需要使用全部命令。比如已经支持以太网接口，可以通过tftpboot命令来下载文件，那么还有必要使用串口下载的loadb吗？反过来，如果开发板需要特殊的调试功能，也可以添加新的命令。在建立交叉开发环境和调试Linux内核等章节时，在ARM平台上移植了U-Boot，并且提供了具体U-Boot的操作步骤。6.4.3 U-Boot的环境变量有点类似Shell，U-Boot也使用环境变量。可以通过printenv命令查看环境变量的设置。U-Boot> printenvbootdelay=3baudrate=115200netmask=255.255.0.0ethaddr=12:34:56:78:90:abbootfile=uImagebootargs=console=ttyS0,115200 root=/dev/ram rw initrd=0x30800000,8Mbootcmd=tftp 0x30008000 zImage;go 0x30008000serverip=192.168.1.1ipaddr=192.168.1.100stdin=serialstdout=serialstderr=serialEnvironment size: 337/131068 bytesU-Boot>表6.5是常用环境变量的含义解释。通过printenv命令可以打印出这些变量的值。表6.5 U-Boot环境变量的解释说明环 境 变 量解 释 说 明bootdelay定义执行自动启动的等候秒数baudrate定义串口控制台的波特率netmask定义以太网接口的掩码ethaddr定义以太网接口的MAC地址bootfile定义缺省的下载文件bootargs定义传递给Linux内核的命令行参数bootcmd定义自动启动时执行的几条命令serverip定义tftp服务器端的IP地址ipaddr定义本地的IP地址stdin定义标准输入设备，一般是串口stdout定义标准输出设备，一般是串口stderr定义标准出错信息输出设备，一般是串口U-Boot的环境变量都可以有缺省值，也可以修改并且保存在参数区。U-Boot的参数区一般有EEPROM和Flash两种设备。环境变量的设置命令为setenv，在6.2.2节有命令的解释。举例说明环境变量的使用。=>setenv serverip 192.168.1.1=>setenv ipaddr 192.168.1.100=>setenv rootpath "/usr/local/arm/3.3.2/rootfs"=>setenv bootargs "root=/dev/nfs rw nfsroot=/$(serverip):/$(rootpath) ip=/$(ipaddr) "=>setenv kernel_addr 30000000=>setenv nfscmd "tftp /$(kernel_addr) uImage; bootm /$(kernel_addr) "=>run nfscmd上面定义的环境变量有serverip ipaddr rootpath bootargs kernel_addr。环境变量bootargs中还使用了环境变量，bootargs定义命令行参数，通过bootm命令传递给内核。环境变量nfscmd中也使用了环境变量，功能是把uImage下载到指定的地址并且引导起来。可以通过run命令执行nfscmd脚本。