用uboot 燒寫uboot linux核心 檔案系統到nandflash的 過程以及bootm go命令啟動與區別

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原文：http://blog.sina.com.cn/s/blog_6b94d5680100nd48.html

文章結構
結構順序有變化
-1：燒寫uboot
0: bootargs bootcmd 命令參數的設定
1：製作yaffs2的過程
2：燒寫yaffs2的過程
3：製作uimage 的過程
4: 燒寫uiamge的過程
5：uimage zimage vmlinux 的區別
6: uboot傳遞給核心的參數結構 tag
7：bootm go 的 啟動過程 以及區別
8：載入地址 入口地址 等

///////////////////通過uboot燒寫uboot到nandflash/////////////
//////////////
nand  erase  0  50000
//////////////
tftpboot  30008000  u-boot.bin
/////
Loading: T ##################
done
Bytes transferred = 257164 (3ec8c hex)
[[email protected]]# nand  write  0x30008000  0  3f000
//////////////
nand  write  0x30008000  0  3f000( 3ec8c最靠近2K整數倍的值 )



///////////////////通過uboot燒寫核心到nandflash/////////////
先查看你自己板子的nandflash分區表
通過執行個體分析：下面的燒寫核心出錯
[[email protected]]# tftpboot 30008000 uImage
dm9000 i/o: 0x20000300, id: 0x90000a46
DM9000: running in 16 bit mode
MAC: 08:08:11:18:12:27
operating at 100M full duplex mode
Using dm9000 device
TFTP from server 192.168.0.100; our IP address is 192.168.0.10
Filename ‘uImage‘.
Load address: 0x30008000
Loading: T #################################################################
         #################################################################
         ##########################
done
Bytes transferred = 2287128 (22e618 hex)
[[email protected]]# nand erase 0x60000 0x500000

NAND erase: device 0 offset 0x60000, size 0x500000
Erasing at 0x54000002800000 --   0% complete.
OK
[[email protected]]# nand write 0x30008000 0x60000 22e618
NAND write: device 0 offset 0x60000, size 0x22e618
Attempt to write non page aligned data
 2287128 bytes written: ERROR
下面的燒寫正確：
NAND erase: device 0 offset 0x80000, size 0x500000
Erasing at 0x54000002800000 --   0% complete.
OK
[[email protected]440]# nand write 0x30008000 0x80000 22e800
NAND write: device 0 offset 0x80000, size 22e800
改了兩個地方：
1:0x60000 ->0x80000
2:0x22e618 ->22e800
修改的原因是：1：從0x60000檫除 會把bootargs bootcmd 也給檫除了 所以選擇從0x80000開始檫除
2：0x22e618 雖然是通過tftpboot下載的核心的實際大小，但是這裡是write指令 後面的參數是指明要檫寫的長度  檫寫長度要求是2k（2048）的整數倍（也就是整頁 整頁的檫除） 而0x22e618 不是2K的整數倍 ，出現錯誤Attempt to write non page aligned data  2287128 bytes written: ERROR ，於是取一個最靠近的數  就選擇了22e800 就OK樂
/////////////////////設定自啟動參數bootcmd///////////////////
我剛開始時 是這樣寫的：
setenv  bootcmd  nand read 30008000 80000 22e800 ; bootm 30008000
按確定後 直接執行了bootm這個命令 於是改了：
setenv  bootcmd  nand read 30008000 80000 22e800 \; bootm 30008000 就OK了
/////////////////////下載yaffs2映像到nandflash中/////////////////////////
生產yaffs2 以及工具請可以參考Tekkaman Ninja 的檔案 uboot 燒寫yaffs2檔案系統
方法是類似於核心的燒寫
先查看你自己板子的nandflash分區表( 比如128M的板子 128M ->8000000 檫寫地址是從0x580000開始 所以 兩個相減 等於 7a80000 而我的是256M的 前面的核心是從0x80000開始的 檫除了0x500000 長度 所以這裡檔案系統 從0x580000 開始 結束到 nandflash的結束  )
128M
先察除：nand erase 0x580000 7a80000 
再寫  ：nand write.yaffs 30008000 0x580000 dbb040(檔案系統的大小，而這裡檔案系統 不像核心一樣 燒寫長度 不是2K的整數倍 我不確定我從網路上找到的答案是否是對的，自己也沒有去查證：用mkyaffs2image 產生的檔案系統 在2K資料對齊的問題上 已經採取了對齊措施 使用者不用在考慮資料對齊的問題，而mkimage等工具沒有採用對齊措施 所以是要注意)
256M：
先察除：nand erase 0x580000 FA80000 
再寫  ：nand write.yaffs 30008000 0x580000 dbb040
///////////設定bootargs參數////////////////////////////////////
1：如果用yaffs2檔案系統
setenv bootargs noinitrd root=/dev/mtdblock3 rootfstype=yaffs2 rw console=ttySAC0,115200 init=/linuxrc mem=64M
2：如果用NFS檔案系統
setenv bootargs noinitrd root=/dev/nfs rw nfsroot= 192.168.0.100 :/ home/lq/rootfs ip=192.168.0.10 console=ttySAC0 mem=64M
///////////////bootatgs 參數解析/////////////////////////
root
用來指定rootfs的位置， 常見的情況有:
    root=/dev/ram rw   
    root=/dev/ram0 rw
  請 注意上面的這兩種設定情況是通用的，我做過測試甚至root=/dev/ram1 rw和root=/dev/ram2 rw也是可以的，網上有人說在某些情況下是不通用的，即必須設定成ram或者ram0，但是目前還沒有遇到，還需要進一步確認，遇到不行的時候可以逐一嘗 試。
    root=/dev/mtdx rw
    root=/dev/mtdblockx rw
    root=/dev/mtdblock/x rw
    root=31:0x
上 面的這幾個在一定情況下是通用的，當然這要看你當前的系統是否支援，不過mtd是字元裝置，而mtdblock是塊裝置，有時候你的挨個的試到底當前的系 統支援上面那種情況下，不過root=/dev/mtdblockx rw比較通用。此外，如果直接指定裝置名稱可以的話，那麼使用此裝置的裝置號也是可以的。
    root=/dev/nfs
在檔案系統為基於nfs的檔案系統的時候使用。當然指定root=/dev/nfs之後，還需要指定nfsroot=serverip:nfs_dir，即指明檔案系統存在那個主機的那個目錄下面。
B. rootfstype
    這個選項需要跟root一起配合使用，一般如果根檔案系統是ext2的話，有沒有這個選項是無所謂的，但是如果是jffs2,squashfs等檔案系統的話，就需要rootfstype指明檔案系統的類型，不然會無法掛載根分區.
C. console
console=tty  使用虛擬串口終端裝置 .
console=ttyS[,options] 使用特定的串口，options可以是這樣的形式bbbbpnx，這裡bbbb是指串口的傳輸速率，p是奇偶位（從來沒有看過使用過），n是指的bits。
console=ttySAC[,options] 同上面。
看 你當前的環境，有時用ttyS，有時用ttySAC，網上有人說，這是跟核心的版本有關，2.4用ttyS，2.6用ttySAC，但實際情況是官方文檔 中也是使用ttyS，所以應該是跟核心版本沒有關聯的。可以查看Documentation/serial-console.txt找到相關描述。
D. mem
mem=xxM 指定記憶體的大小，不是必須的
E. ramdisk_size
ramdisk=xxxxx           不推薦   
ramdisk_size=xxxxx   推薦
上 面這兩個都可以告訴ramdisk 驅動，建立的ramdisk的size，預設情況下是4m(s390預設8M)，你可以查看Documentation/ramdisk.txt找到相關 的描述，不過ramdisk=xxxxx在新版的核心都已經沒有提了，不推薦使用。
F. initrd, noinitrd
當你沒有使用ramdisk啟動系統的時候，你需要使用noinitrd這個參數，但是如果使用了的話，就需要指定initrd=r_addr,size, r_addr表示initrd在記憶體中的位置，size表示initrd的大小。
G. init
init 指定的是核心啟起來後，進入系統中啟動並執行第一個指令碼，一般init=/linuxrc, 或者init=/etc/preinit，preinit的內容一般是建立console,null裝置節點，運行init程式，掛載一些檔案系統等等操 作。請注意，很多初學者以為init=/linuxrc是固定寫法，其實不然，/linuxrc指的是/目錄下面的linuxrc指令碼，一般是一個串連罷 了。
H. mtdparts
mtdparts=fc000000.nor_flash:1920k(linux),128k(fdt),20M(ramdisk),4M(jffs2),38272k(user),256k(env),384k(uboot)
要 想這個參數起作用，核心中的mtd驅動必須要支援，即核心配置時需要選上Device Drivers  ---> Memory Technology Device (MTD) support  ---> Command line partition table parsing
mtdparts的格式如下：
mtdparts=[;
  := :[,]
  := [@offset][][ro]
   := unique id used in mapping driver/device
    := standard linux memsize OR "-" to denote all remaining space
    := (NAME)
因此你在使用的時候需要按照下面的格式來設定：
mtdparts=mtd-id:@(),@()
這裡面有幾個必須要注意的：
a.  mtd-id 必須要跟你當前平台的flash的mtd-id一致，不然整個mtdparts會失效
b.  size在設定的時候可以為實際的size(xxM,xxk,xx)，也可以為‘-‘這表示剩餘的所有空間。
舉例：
假設flash 的mtd-id是sa1100，那麼你可以使用下面的方式來設定：
mtdparts=sa1100:-     →  只有一個分區
mtdparts=sa1100:256k(ARMboot)ro,-(root)  →  有兩個分區
可以查看drivers/mtd/cmdlinepart.c中的注釋找到相關描述。
I. ip
指定系統啟動之後網卡的ip地址，如果你使用基於nfs的檔案系統，那麼必須要有這個參數，其他的情況下就看你自己的喜好了。設定ip有兩種方法：
ip = ip addr
ip=ip addr:server ip addr:gateway:netmask::which netcard:off
這兩種方法可以用，不過很明顯第二種要詳細很多，請注意第二種中which netcard 是指開發板上的網卡，而不是主機上的網卡。
說完常見的幾種bootargs，那麼我們來討論平常我經常使用的幾種組合：
1). 假設檔案系統是ramdisk，且直接就在記憶體中，bootargs的設定應該如下：
setenv bootargs ‘initrd=0x32000000,0xa00000 root=/dev/ram0 console=ttySAC0 mem=64M init=/linuxrc’
2). 假設檔案系統是ramdisk，且在flash中，bootargs的設定應該如下：
setenv bootargs ‘mem=32M console=ttyS0,115200 root=/dev/ram rw init=/linuxrc’
注意這種情況下你應該要在bootm命令中指定ramdisk在flash中的地址，如bootm kernel_addr ramdisk_addr (fdt_addr)
3). 假設檔案系統是jffs2類型的，且在flash中，bootargs的設定應該如下
setenv bootargs ‘mem=32M console=ttyS0,115200 noinitrd root=/dev/mtdblock2 rw rootfstype=jffs2 init=/linuxrc’
4). 假設檔案系統是基於nfs的，bootargs的設定應該如下
setenv bootargs ‘noinitrd mem=64M console=ttySAC0 root=/dev/nfs nfsroot=192.168.0.3:/nfs ip=192.168.0.5:192.168.0.3:192.168.0.3:255.255.255.0::eth0:off’
或者
setenv bootargs ‘noinitrd mem=64M console=ttySAC0 root=/dev/nfs nfsroot=192.168.0.3:/nfs ip=192.168.0.5’
//////////bootm go 的 啟動過程 以及區別/////////////////////
Bootm命令在/common/cmd_bootm.c中do_bootm函數中
//////////////////
通過mkimage這個tool可以給zImage添加一個header：
typedef struct image_header
{
  uint32_t ih_magic;
  uint32_t ih_hcrc; 
  uint32_t ih_time; 
  uint32_t ih_size; 
  uint32_t ih_load; 
  uint32_t ih_ep;   
  uint32_t ih_dcrc; 
  uint8_t  ih_os;   
  uint8_t  ih_arch; 
  uint8_t  ih_type; 
  uint8_t  ih_comp; 
  uint8_t  ih_name[IH_NMLEN];   
} image_header_t;
這個頭的大小是 0x40  64個位元組，64byte的資訊，供建立tag之用，通過tag 傳遞參數給核心
mkimage 參數說明：
對於ARM linux核心映象用法：
-A arm    -------- 架構是arm
-O linux  -------- 作業系統是linux
-T kernel -------- 類型是kernel
-C none/bzip/gzip   -------- 壓縮類型
-a 30008000  ---- image的載入地址(hex)，通常為0xX00008000
-e 300080XX  ---- 核心的入口地址(hex)，XX為0x40或者0x00
-n linux-XXX --- image的名字，任意
-d nameXXX   ---- 無頭資訊的image檔案名稱，你的源核心檔案
uImageXXX    ---- 加了頭資訊之後的image檔案名稱，任意取

mkimage -n ‘liquan_kernel‘ -A arm -O linux -T kernel -C none -a 0x30008000 -e 0x30008040 -d zImage A_zImage
mkimage -n ‘liquan_kernel‘ -A arm -O linux -T kernel -C none -a 0x30008000 -e 0x30008000 -d zImage B_zImage
上面通過mkimage命令建立了兩個帶有bootm命令用的頭的uImage核心映像
做過這樣的一個實驗：
1：
tftpboot 30008000 A_zImage
bootm 30008000
2：
tftpboot 31000000 B_zImage
bootm 31000000
都可以成功啟動
對應第二個實驗 如果在生產B_zImage時改為-a 0x30008000 -e 0x30008040 也就是說 核心的載入地址 與 核心的入口地址不一樣 這樣再tftpboot 31000000 B_zImage;bootm 31000000  這樣就啟動不了
tftpboot xxxx 核心映像
bootm    xxxx
對於非gzip壓縮的核心映像（ 非gzip壓縮 請看下面 這裡 -C none 沒有壓縮的 ）
bootm命令會首先判斷bootm xxxx 中xxxx是否與 mkimage 中 -a指定的載入地址相同。
1：相同
   如果相同的話那就讓其原封不同的放在那，但-e指定的入口地址會推後64byte，以跳過這64byte的頭部，再啟動
2：不同
   如果不同的話會從這個地址開始提取出這個64byte的頭部，對其進行分析，然後把去迴轉部的核心複製到-a指定的load地址中去運行之 所以這個情況下 是要求 -a 0x30008000 -e 0x30008000 也就是要求 核心入口地址與載入地址要相同就是這樣要求 因為 已經沒有頭部了
對於gzip壓縮過的核心：（解壓核心到－a指定的地址 這個地址 這時也就是核心入口地址了）
因為u-boot要對其解壓，因此tftpboot是不能等於－a指定的地址的，且必須有一定的間隔，否則解壓到－a的核心會覆蓋當前啟動並執行程式 。此時要求－a等於－e指定的地址

///////////////////////各種壓縮檔的區別//////////////////////////////////////////
通過核心的編譯 會生產zImage  zImage是vmlinux經過gzip壓縮後的檔案,它們不僅是一個壓縮檔,而且在這個檔案的開頭部分內嵌有gzip解壓縮代碼。
通過mkimage -C none/bzip2/gzip  可以決定是否生產的uImage 進行壓縮(所以上面的uImage 是gzip壓縮的)
如果mkimage -C bzip2/gzip 對zImage 進行了進一步的壓縮 那麼下載內sdram裡面後 首先是bootm 實現針對mkimage -C bzip2/gzip 對uImage進行第一步解壓（這部可以叫做u－boot解壓） 然後再進行zImage的自解壓（kernel自解壓）
////////////////
zImage在前面已經被壓縮了一次（這次的解壓是自解壓的 不是uboot壓縮的 所以對於uboot來說 這個不是壓縮檔），所以在用mkimage時 如果 -c 指定要壓縮 那麼U-boot 對核心添加頭部時，可以對原來的zImage/Image添加了U-boot的壓縮方式，使得產生的uImage變小。此時－c gzip 若不對zImage/Image用gzip命令壓縮，則-c none。綜合上面分析，mkimage的影響因子為：
－e     ：核心的入口地址是否與－a相同
Tftpaddr：即將核心載入到RAM中啟動並執行地址，決定是否搬運或解壓核心，Tftpaddr 與-a指定的載入地址相同，如果 如果Tftpaddr 與-a 不同 則去迴轉部後搬運至-a處運行，如果-c 壓縮過 tftpboot 地址 還不能與-a 相同 以防覆蓋
－c     ：核心是否經過gzip壓縮過，決定了是搬運還是解壓 壓縮的 就解壓到-a的地址處  沒有壓縮的 如果Tftpaddr 與-a 不同 則去迴轉部後搬運至-a處運行
/////////////////
vmlinux:
編譯出來的最原始的核心檔案，未壓縮。 
zImage :
vmlinux經過gzip壓縮後的檔案,它們不僅是一個壓縮檔,而且在這兩個檔案的開頭部分內嵌有gzip解 壓縮代碼。所以你不能用gunzip 或 gzip –dc解包vmlinuz。
bzImage:
bz表示“bigzImage”，不是用bzip2壓縮的。兩者的不同之處在於，zImage解壓縮核心到低端記憶體(第一個640K)，bzImage解壓縮核心到高端記憶體(1M以上)。如果核心比較小，那麼採用zImage或bzImage都行，如果比較大應該用bzImage。 
uImageU-boot:
專用的映像檔案，它是在zImage之前加上一個長度為0x40的tag。
vmlinuz:
bzImage/zImage檔案的拷貝或指向bzImage/zImage的連結。核心檔案中包含一個微型的gzip用於解壓縮核心並引導它。兩者的不同之處在於,老的zImage解壓縮核心到低端記憶體（第一個640K）,bzImage解壓縮核心到高端記憶體（1M以上）。如果核心比較小,那麼可以採用zImage 或bzImage之一,兩種方式引導的系統運行時是相同的。大的核心採用bzImage,不能採用zImage。
////////////////////////bootm go 啟動//////////////////////////////////////////////
通過模擬器可以很清晰的看到bootm先後完成了2部分工作。可以分析bootm源碼
1.set bootargs 傳遞參數
2.set pc ，r0 ，r1
通過模擬器可以很清晰的看到go先後完成了2部分工作。可以分析bootm源碼
go命令本質就是改變當前pc值
通過模擬器對go命令加以改造
a.將通用寄存器值改成
b.通過模擬器修改 0x08000100 地址的值
然後讓程式執行，這樣通過uboot也可以讓zImage得以執行。

可見go和bootm差異就是 go只是改寫pc值，而bootm 除了改PC外 傳遞r0，r1，r2還有bootargs
/////////////////bootm啟動過程///////////////////////////////////////////////
Bootm命令在/common/cmd_bootm.c中do_bootm函數
 》》》》》》》》》》》擷取當前核心的地址，預設地址或者bootm的第一個參數
預設的載入地址或傳遞給bootm命令（優先）與實際的核心存放地址需要一致
if (argc < 2) {
                addr = load_addr; // load_addr = CFG_LOAD_ADDR;
        } else {
                addr = simple_strtoul(argv[1], NULL, 16);
        }
printf ("## Booting image at lx ...\n", addr);
 
》》》》》》》》》》》》獲得image頭，沒有mkimage的就返回了
memmove (&header, (char *)addr, sizeof(image_header_t));
 
》》》》》》》》》》》》列印頭部資訊
print_image_hdr ((image_header_t *)addr);
執行個體：
Image Name:   dd-kernel-2.4.19
   Image Type:   ARM Linux Kernel Image (gzip compressed)
   Data Size:    869574 Bytes = 849.2 kB
   Load Address: 20008000
   Entry Point:  20008000
 
》》》》》》》》》》》》校正image頭部
printf ("   Verifying Checksum ... ");       printf ("OK\n");
 
》》》》》》》》》》》》檢查image支援的體繫結構即—A 選項是否為arm或者ppc等
 
》》》》》》》》》》》》檢查image的類型
TYPE_MULTI 是否指核心與檔案系統一起，核心後面有個分界線
switch (hdr->ih_type)
case IH_TYPE_KERNEL:
                name = "Kernel Image";
                break;
        case IH_TYPE_MULTI:
 
》》》》》》》》》》判斷核心的壓縮類型
此處的核心是否壓縮非zImage和Image的概念，而是指核心在被mkimage處理前是否用gunzip等壓縮過
switch (hdr->ih_comp) { 
        case IH_COMP_NONE:         // 非壓縮核心
                if(ntohl(hdr->ih_load) == addr) {     
// 當前核心存放的地址與－a指定的一致，則不搬動，－e必須必－a大0x40
                       printf ("   XIP %s ... ", name);
                } else {
//當前核心存放的地址與－a指定的不一致，則將核心搬到－a地址，此時－a與－e必相同
memmove ((void *) ntohl(hdr->ih_load), (uchar *)data, len);
。。。。
case IH_COMP_GZIP:
                printf ("   Uncompressing %s ... ", name);
                if (gunzip ((void *)ntohl(hdr->ih_load), unc_len,
//壓縮核心，將除去頭部的核心解壓到-a 指定的地址了，要求－a與－e相同
// 為防止解壓縮時覆蓋，對於壓縮核心，核心存放地址最好在—a後面
                           (uchar *)data, (int *)&len) != 0) {
                       do_reset (cmdtp, flag, argc, argv);
                }
                break;
 
》》》》》》》》》》》》》》》》判斷作業系統類型
switch (hdr->ih_os) {
        default:                   
        case IH_OS_LINUX:
            do_bootm_linux  (cmdtp, flag, argc, argv, addr, len_ptr, verify);       
//前四個為傳給bootm的，addr為核心最初的存放地址，沒有用處
            break;
 
#ifdef CONFIG_PPC
static boot_os_Fcn do_bootm_linux;
#else
extern boot_os_Fcn do_bootm_linux;
由上可知，對於ppc和其他體繫結構的do_bootm_linux函數實現是不一樣的
》》》》》》》》》》》》》》啟動Linux核心
do_bootm_linux (cmd_tbl_t *cmdtp, int flag,
                int    argc, char *argv[],
                ulong        addr,
                ulong        *len_ptr,
                int    verify)
 
》》》》》》》》》》》》擷取命令列參數
if ((s = getenv("bootargs")) == NULL)
                s = "";
        strcpy (cmdline, s);
 
》》》》》》》》》》》》賦核心啟動地址
kernel = (void (*)(bd_t *, ulong, ulong, ulong, ulong))hdr->ih_ep;
注意，對於壓縮過的核心，會將核心解壓到-a指定的地址，此時-a 與-e 地址必須相同
 
》》》》》》》》》》》判斷bootm的命令參數中是否有initrd
        if (argc >= 3) {
                addr = simple_strtoul(argv[2], NULL, 16);
                printf ("## Loading RAMDisk Image at lx ...\n", addr);
 
若有initrd則賦值，否則為0
 
》》》》》》》》》》》》》》》啟動Linux核心

//*kbd = *(gd->bd); 在上面賦值的
        (*kernel) (kbd, initrd _start, initrd_end, cmd_start, cmd_end);