U-BOOT與核心之間的參數傳遞（二）

在嵌入式系統中，BootLoader 是用來初始化硬體，載入核心，傳遞參數。因為嵌入式系統的硬體環境各不相同，所以嵌入式系統的BootLoader 也各不相同，其中比較通用的是U-Boot，它支援不同的體繫結構，如ARM，PowerPC，X86，MIPS 等。本文著重介BootLoader與核心之間參數傳遞這一準系統。本文的硬體平台是基於AT91RM9200 處理器系統，軟體平台是Linux-2.6.19.2 核心。核心映像檔案為zImage。

1. 系統硬體平台簡介
AT91RM9200 處理器，它是由Atmel 公司基於ARM920T 核心的微處理器，帶有記憶體管理單元，CPU 時鐘最高可達240MHz,它具有豐富的標準介面，EBI 介面，內部整合了靜態儲存控制器（SMC），SDRAM 控制器，Burst Flash 控制器。有關處理器的說明請參考AT91RM9200 的資料手冊。本系統SDRAM（64MB）地址為：0x20000000, NorFlash（8MB）的地址為：0x10000000。

2. BootLoader 設計和實現
核心原始碼分類樹下的documentation/arm/booting文檔規定了基於ARM 體繫結構BootLoader 的準系統。本系統BootLoader 除了完成這些基本的功能外，還結合自身硬體的特點加入了代碼搬運等功能。

BootLoader 的流程是：系統上電複位後，首先從NorFlash 開始運行（由處理器BMS 引腳串連決定），因為處理器此時的0地址就是NorFlash 的首地址(0x10000000)，BootLoader就是被燒寫在這個位置，AT91RM9200 處理器能夠映射的位址範圍只有0x00000000—0x001f ffff。BootLoader 執行的第一步就是將自身代碼從NorFlash 中搬運到處理器內部的RAM（0x00200000），然後將0 地址映射到內部RAM,並且跳轉到內部RAM 的相應地址處繼續執行。進入內部RAM 後才進入真正的硬體初始化階段，這個階段初始化的各種控制器都是核心所必須的，包括：PMC, EBI, SMC, SDRAM, USART 等。接著就是建立核心參數鏈表(Tagged list)，建立完鏈表就是搬運事先燒寫在NorFlash 中的核心映像和根檔案系統映像到SDRAM，根據核心對BootLoader 的基本要求關閉中斷，MMU 和資料Cache，並且配置r0=0, r1=0x0000 00fb 或者0x00000106(根據核心中linux/arch/arm/tools/mach-types規定的機器編號)，r2=0x20000100（BootLoader 傳遞給核心參數鏈表的物理地址），在ARM體繫結構中，這個地址在同一種處理器的機器描述符（machine_desc）中都是預設的，所以在這裡可以不指定。最後BootLoader 直接跳轉到SDRAM 的核心處執行。

3. 核心參數鏈表
BootLoader 可以通過兩種方法傳遞參數給核心，一種是舊的參數結構方式（parameter_struct)，主要是2.6 之前的核心使用的方式。另外一種就是現在的2.6 核心在用的參數鏈表 (tagged list) 方式。這些參數主要包括，系統的根裝置標誌，頁面大小，記憶體的起始地址和大小，RAMDISK 的起始地址和大小，壓縮的RAMDISK 根檔案系統的起始地址和大小，核心命令參數等。

核心參數鏈表的格式和說明可以從核心原始碼分類樹中的 include/asm-arm/setup.h中找到，參數鏈表必須以ATAG_CORE 開始，以ATAG_NONE 結束。這裡的ATAG_CORE，ATAG_NONE 是各個參數的標記，本身是一個32 位值，例如：ATAG_CORE=0x54410001。

其它的參數標記還包括： ATAG_MEM32 ， ATAG_INITRD ， ATAG_RAMDISK ，ATAG_COMDLINE 等。每個參數標記就代表一個參數結構體，由各個參數結構體構成了參數鏈表。參數結構體的定義如下：

struct tag
{
struct tag_header hdr;
union {
struct tag_core core;
struct tag_mem32 mem;
struct tag_videotext videotext;
struct tag_ramdisk ramdisk;
struct tag_initrd initrd;
struct tag_serialnr serialnr;
struct tag_revision revision;
struct tag_videolfb videolfb;
struct tag_cmdline cmdline;
struct tag_acorn acorn;
struct tag_memclk memclk;
} u;
};
參數結構體包括兩個部分，一個是 tag_header 結構體,一個是u 聯合體。
tag_header 結構體的定義如下：
struct tag_header
{
u32 size;
u32 tag;
};

其中 size：表示整個tag 結構體的大小(用字的個數來表示，而不是位元組的個數)，等於tag_header 的大小加上u 聯合體的大小，例如，參數結構體ATAG_CORE 的

size=(sizeof(tag->tag_header)+sizeof(tag->u.core))>>2，一般通過函數 tag_size(struct * tag_xxx)來獲得每個參數結構體的size。其中tag：表示整個tag 結構體的標記，如：ATAG_CORE等。

聯合體u 包括了所有可選擇的核心參數類型，包括：tag_core, tag_mem32，tag_ramdisk等。參數結構體之間的遍曆是通過函數tag_next(struct * tag)來實現的。本系統參數鏈表包括的結構體有：ATAG_CORE ，ATAG_MEM，ATAG_RAMDISK，ATAG_INITRD32，ATAG_CMDLINE，ATAG_END。在整個參數鏈表中除了參數結構體ATAG_CORE 和ATAG_END 的位置固定以外，其他參數結構體的順序是任意的。本BootLoader 所傳遞的參數鏈表如下：第一個核心參數結構體，標記為ATAG_CORE，參數類型為tag_core。每個參數類型的定義請參考原始碼檔案。

tag_array 初始化為指向參數鏈表的第一個結構體的指標。

tag_array->hdr.tag=ATAG_CORE;
tag_array->hdr.size=tag_size(tag_core);
tag_array->u.core.flags=1;
tag_array->u.core.pagesize=4096;
tag_array->u.core.rootdev=0x00100000;
tag_array=tag_next(tag_array);
tag_array->hdr.tag=ATAG_MEM;
tag_array->hdr.size=tag_size(tag_mem32);
tag_array->u.mem.size=0x04000000;
tag_array->u.mem.start=0x20000000;
tag_array=tag_next(tag_array);
……
tag_array->hdr.tag=ATAG_NONE;
tag_array->hdr.size=0;
tag_array=tag_next(tag_array);

最後將核心參數鏈表複製到核心預設的物理地址0x20000100 處。這樣參數鏈表就建好了。

4. 核心接收參數
下面從基於ARM體繫結構的zImage 映像啟動來分析Linux 核心是怎樣接收BootLoader傳遞過來的核心參數，

在檔案 arch/arm/boot/compressed/head.S中 start 為zImage 的起始點，部分代碼如下：
start:
mov r7, r1
mov r8, r2
…...
mov r0, r4
mov r3, r7
bl decompress_kernel
b call_kernel
call_kernel：
……
mov r0, #0
mov r1, r7
mov r2, r8
mov pc, r4

首先將BootLoader 傳遞過來的r1（機器編號）、r2（參數鏈表的物理地址）的值儲存到r7、r8 中，再將r7 作為參數傳遞給解壓函數decompress_kernel（）。在解壓函數中，再將r7 傳遞給全域變數__machine_arch_type。在跳到核心（vmlinux）入口之前再將r7，r8 還原到r1，r2 中。

在檔案 arch/arm/kernel/head.S中，核心（vmlinux）入口的部分代碼如下：

stext：
mrc p15, 0, r9, c0, c0
bl __lookup_processor_type
………
bl __lookup_machine_type

首先從處理器內部特殊寄存器（CP15）中獲得ARM 核心的類型，從處理器核心描述符（proc_info_list）表（__proc_info_begin—__proc_info_end）中查詢有無此ARM 核心的類型，如果無就出錯退出。處理器核心描述符定義在 include/asm-arm/procinfo.h中，具體的函數實現在 arch/arm/mm/proc-xxx.S中，在編譯串連過程中將各種處理器核心描述符組合成表。接著從機器描述符（machine_desc）表（__mach_info_begin—__mach_info_end）中查詢有無r1 寄存器指定的機器編號，如果沒有就出錯退出。機器編號mach_type_xxx 在arch/arm/tools/mach-types檔案中說明，每個機器描述符中包括一個唯一的機器編號，機器描述符的定義在 include/asm-arm/mach/arch.h中，具體實現在 arch/arm/mach-xxxx檔案夾中，在編譯串連過程中將基於同一種處理器的不同機器描述符組合成表。例如，基於AT91RM9200 處理器的各種機器描述符可以參考 arch/arm/mach-at91rm9200/board-xxx.c，機器編號為262 的機器描述符如下所示：

MACHINE_START(AT91RM9200DK, "Atmel AT91RM9200-DK")
/* Maintainer: SAN People/Atmel */
.phys_io = AT91_BASE_SYS,
.io_pg_offst = (AT91_VA_BASE_SYS >> 18) & 0xfffc,
.boot_params = AT91_SDRAM_BASE + 0x100,
.timer = &at91rm9200_timer,
.map_io = dk_map_io,
.init_irq = dk_init_irq,
.init_machine = dk_board_init,
MACHINE_END

最後就是開啟MMU，並跳轉到 init/main.c的start_kernel（初始化系統。在 init/main.c中，函數start_kernel（）的部分代碼如下：

{
……
setup_arch（）；
……
}

在 arch/arm/kernel/setup.c中，函數setup_arch（）的部分代碼如下：

{
……
setup_processor();
mdesc=setup_machine(machine_arch_type);
……
parse_tags(tags);
……
}

setup_processor（）函數從處理器核心描述符表中找到匹配的描述符，並初始化一些處理器變數。setup_machine（）用機器編號（在解壓函數decompress_kernel 中被賦值）作為參數返回機器描述符。從機器描述符中獲得核心參數的物理地址，賦值給tags 變數。然後調用parse_tags（）函數分析核心參數鏈表，把各個參數值傳遞給全域變數。這樣核心就收到了BootLoader 傳遞的參數。

5. 參數傳遞的驗證和測試
參數傳遞的結果可以通過核心啟動的列印資訊來驗證。

Machine: Atmel AT91RM9200-DK
……
Kernel command line: console=ttyS0,115200 root=/dev/ram rw init=/linuxrc
……
Memory: 64MB = 64MB total
……
checking if image is initramfs...it isn''t (no cpio magic); looks like an initrd
Freeing initrd memory: 1024K
……
RAMDISK: Compressed image found at block 0

一個完備的BootLoader 是一個很複雜的工程，本文所介紹的只是嵌入式系統的BootLoaer 準系統。任何一個BootLoader 都離不開這個準系統，核心只有接收這些參數才能正確地啟動,同時也為核心的移植和調試奠定了良好的基礎。

 

bootm命令中通過拷貝tag傳遞參數
為方便閱讀,進行了少許修改,但功能不變,該函數參數為存放啟動參數的地址
static void setup_linux_tag(ulong param_base)
{
 struct tag *params = (struct tag *)param_base;
 char *linux_cmd;
 char *p;
 
 memset(params, 0, sizeof(struct tag));
 
 /* step1: setup start tag */
 params->hdr.tag = ATAG_CORE;
 params->hdr.size = tag_size(tag_core);
 params->u.core.flags = 0;
 params->u.core.pagesize = LINUX_PAGE_SIZE;
 params->u.core.rootdev = 0;
 params = tag_next(params);
 
 /* step2: setup cmdline tag */
 params->hdr.tag = ATAG_CMDLINE;
 linux_cmd = getenv("bootargs");
 /* eat leading white space */
 for (p=linux_cmd; *p==' '; p++) {/* do nothing */;}
 params->hdr.size = (sizeof(struct tag_header)+strlen(linux_cmd)+1+4) >> 2;
 memcpy(params->u.cmdline.cmdline, linux_cmd, strlen(linux_cmd)+1);
 params = tag_next(params);
 
 /* step3: setup end tag */
 params->hdr.tag = ATAG_NONE;
 params->hdr.size = 0;
}

 

 

在uboot中,進行設定tag的函數都在lib_arm/armlinux.c中,在這些函數前面是有ifdef的
#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)
因此,如果你的bootm命令不能傳遞核心參數,就應該是在你的board的config檔案裡沒有對上述的
宏進行設定,定義一下即可