U-boot 傳遞 RAM 和 Linux kernel 讀取 RAM 參數

U-boot 會給 Linux Kernel 傳遞很多參數，如：串口， RAM ， videofb 等。而 Linux kernel 也會讀取和處理這些參數。兩者之間通過 struct tag 來傳遞參數。 U-boot 把要傳遞給 kernel 的東西儲存在 struct tag 資料結構中，啟動 kernel 時，把這個結構體的物理地址傳給 kernel ； Linux kernel 通過這個地址，用 parse_tags 分析出傳遞過來的參數。
本文主要以 U-boot 傳遞 RAM 和 Linux kernel 讀取 RAM 參數為例進行說明。
1 、u-boot 給kernel 傳RAM 參數
       ./common/cmd_bootm.c 檔案中， bootm 命令對應的 do_bootm 函數，當分析 uImage 中資訊發現 OS 是 Linux 時 ， 調用 ./lib_arm/bootm.c 檔案中的 do_bootm_linux 函數來啟動 Linux kernel 。
       在 do_bootm_linux 函數中：
void do_bootm_linux (cmd_tbl_t *cmdtp, int flag, int argc, char *argv[],
                   ulong addr, ulong *len_ptr, int verify)
{
......
#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);      // 初始化 tag 結構體開始
#ifdef CONFIG_SERIAL_TAG
       setup_serial_tag (&params);
#endif
#ifdef CONFIG_REVISION_TAG
       setup_revision_tag (&params);
#endif
#ifdef CONFIG_SETUP_MEMORY_TAGS
       setup_memory_tags (bd);      // 設定 RAM 參數
#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
#if defined (CONFIG_VFD) || defined (CONFIG_LCD)
       setup_videolfb_tag ((gd_t *) gd);
#endif
       setup_end_tag (bd);              // 初始化 tag 結構體結束
#endif
......
......
       theKernel (0, machid, bd->bi_boot_params);
// 傳給 Kernel 的參數＝ (struct tag *) 型的 bd->bi_boot_params
//bd->bi_boot_params 在 board_init 函數中初始化如對於 at91rm9200 ，初始化在 at91rm9200dk.c 的 board_init 中進行： bd->bi_boot_params =PHYS_SDRAM + 0x100;
// 這個地址也是所有 taglist 的首地址，見下面的 setup_start_tag 函數
}
  
       對於 setup_start_tag 和 setup_memory_tags 函數說明如下。
       函數 setup_start_tag 也在此檔案中定義，如下：
static void setup_start_tag (bd_t *bd)
{
       params = (struct tag *) bd->bi_boot_params;
// 初始化 (struct tag *) 型的全域變數 params 為bd->bi_boot_params 的地址，之後的setup tags 相關函數如下面的 setup_memory_tags 就把其它 tag 的資料放在此地址的位移地址上。
  
       params->hdr.tag = ATAG_CORE;
       params->hdr.size = tag_size (tag_core);
       params->u.core.flags = 0;
       params->u.core.pagesize = 0;
       params->u.core.rootdev = 0;
       params = tag_next (params);
}
      
RAM 相關參數在 bootm.c 中的函數 setup_memory_tags 中初始化：
static void setup_memory_tags (bd_t *bd)
{
       int i;
       for (i = 0; i
              params->hdr.tag = ATAG_MEM;
              params->hdr.size = tag_size (tag_mem32);
              params->u.mem.start = bd->bi_dram.start;
              params->u.mem.size = bd->bi_dram.size;
              params = tag_next (params);
       }                   // 初始化記憶體相關 tag
}
  
2 、Kernel 讀取U-boot 傳遞的相關參數
對於 Linux Kernel ， ARM 平台啟動時，先執行 arch/arm/kernel/head.S ，此檔案會調用 arch/arm/kernel/head-common.S 中的函數，並最後調用 start_kernel ：
......
b     start_kernel
......
  
init/main.c 中的 start_kernel 函數中會調用 setup_arch 函數來處理各種平台相關的動作，包括了 u-boot 傳遞過來參數的分析和儲存：
start_kernel()
{
......
       setup_arch(&command_line);
......
}
      
       其中， setup_arch 函數在 arch/arm/kernel/setup.c 檔案中實現，如下：
void __init setup_arch(char **cmdline_p)
{
       struct tag *tags = (struct tag *)&init_tags;
       struct machine_desc *mdesc;
       char *from = default_command_line;
       setup_processor();
       mdesc = setup_machine(machine_arch_type);
       machine_name = mdesc->name;
       if (mdesc->soft_reboot)
              reboot_setup("s");
       if (__atags_pointer)              
// 指向各種 tag 起始位置的指標，定義如下：
//unsigned int __atags_pointer  __initdata;
// 此指標指向 __initdata 段，各種 tag 的資訊儲存在這個段中。
              tags = phys_to_virt(__atags_pointer);
       else if (mdesc->boot_params)
              tags = phys_to_virt(mdesc->boot_params);
       if (tags->hdr.tag != ATAG_CORE)
              convert_to_tag_list(tags);
       if (tags->hdr.tag != ATAG_CORE)
              tags = (struct tag *)&init_tags;
       if (mdesc->fixup)
              mdesc->fixup(mdesc, tags, &from, &meminfo);
       if (tags->hdr.tag == ATAG_CORE) {
              if (meminfo.nr_banks != 0)
                     squash_mem_tags(tags);
              save_atags(tags);
              parse_tags(tags);  
// 處理各種 tags ，其中包括了 RAM 參數的處理。
// 這個函數處理如下 tags ：
__tagtable(ATAG_MEM, parse_tag_mem32);
__tagtable(ATAG_VIDEOTEXT, parse_tag_videotext);
__tagtable(ATAG_RAMDISK, parse_tag_ramdisk);
__tagtable(ATAG_SERIAL, parse_tag_serialnr);
__tagtable(ATAG_REVISION, parse_tag_revision);
__tagtable(ATAG_CMDLINE, parse_tag_cmdline);
       }
       init_mm.start_code = (unsigned long) &_text;
       init_mm.end_code   = (unsigned long) &_etext;
       init_mm.end_data   = (unsigned long) &_edata;
       init_mm.brk       = (unsigned long) &_end;
       memcpy(boot_command_line, from, COMMAND_LINE_SIZE);
       boot_command_line[COMMAND_LINE_SIZE-1] = '/0';
       parse_cmdline(cmdline_p, from);  // 處理編譯核心時指定的 cmdline 或 u-boot 傳遞的 cmdline
       paging_init(&meminfo, mdesc);
       request_standard_resources(&meminfo, mdesc);
#ifdef CONFIG_SMP
       smp_init_cpus();
#endif
       cpu_init();
       init_arch_irq = mdesc->init_irq;
       system_timer = mdesc->timer;
       init_machine = mdesc->init_machine;
#ifdef CONFIG_VT
#if defined(CONFIG_VGA_CONSOLE)
       conswitchp = &vga_con;
#elif defined(CONFIG_DUMMY_CONSOLE)
       conswitchp = &dummy_con;
#endif
#endif
       early_trap_init();
}
  
對於處理 RAM 的 tag ，調用了 parse_tag_mem32 函數：
static int __init parse_tag_mem32(const struct tag *tag)
{
......
       arm_add_memory(tag->u.mem.start, tag->u.mem.size);
......
}
__tagtable(ATAG_MEM, parse_tag_mem32);
       上述的 arm_add_memory 函數定義如下：
static void __init arm_add_memory(unsigned long start, unsigned long size)
{
       struct membank *bank;
       size -= start & ~PAGE_MASK;
  
       bank = &meminfo.bank[meminfo.nr_banks++];
       bank->start = PAGE_ALIGN(start);
       bank->size  = size & PAGE_MASK;
       bank->node  = PHYS_TO_NID(start);
}
       如上可見， parse_tag_mem32 函數調用 arm_add_memory 函數把 RAM 的 start 和 size 等參數儲存到了 meminfo 結構的 meminfo 結構體中。最後，在 setup_arch 中執行下面語句：
       paging_init(&meminfo, mdesc);
       對有 MMU 的平台上調用 arch/arm/mm/nommu.c 中的 paging_init ，否則調用 arch/arm/mm/mmu.c 中的 paging_init 函數。這裡暫不分析 mmu.c 中的 paging_init 函數。
  
  
3 、關於U-boot 中的bd 和gd
U-boot 中有一個用來儲存很多有用資訊的全域結構體－－ gd_t （ global data 縮寫），其中包括了 bd 變數，可以說 gd_t 結構體包括了 u-boot 中所有重要全域變數。最後傳遞給核心的參數，都是從 gd 和 bd 中來的，如上述的 setup_memory_tags 函數作用就是用 bd 中的值來初始化 RAM 相應的 tag 。
對於 ARM 平台這個結構體的定義大致如下：
include/asm-arm/global_data.h
typedef    struct      global_data {
       bd_t        *bd;
       unsigned long  flags;
       unsigned long  baudrate;
       unsigned long  have_console; /* serial_init() was called */
       unsigned long  reloc_off;       /* Relocation Offset */
       unsigned long  env_addr;       /* Address  of Environment struct */
       unsigned long  env_valid;       /* Checksum of Environment valid? */
       unsigned long  fb_base;  /* base address of frame buffer */
       void        **jt;        /* jump table */
} gd_t;
  
在 U-boot 中使用 gd 結構之前要用先用宏 DECLARE_GLOBAL_DATA_PTR 來聲明。這個宏的定義如下：
include/asm-arm/global_data.h
#define DECLARE_GLOBAL_DATA_PTR register volatile gd_t *gd asm ("r8")
從這個宏的定義可以看出， gd 是一個儲存在 ARM 的 r8 寄存器中的 gd_t 結構體的指標。
  
說明：本文的版本為U-boot-1.3.4 、Linux-2.6.28 ，平台是ARM 。

//補充一下:
來自:http://hi.baidu.com/armfans/blog/item/306cd5035f24ff084afb514b.html
bootloader巧妙地利用函數指標及傳參規範將R0:0x0，R1:機器號，R2:參數地址傳遞給核心．由於R0，R1比較簡單，不需要再作說明．需要花點時間瞭解的是R2寄存器．
　　R2寄存器傳遞的是一個指標，這個指標指向一個TAG地區．UBOOT和Linux核心之間正是通過這個擴充了的TAG地區來進行複雜參數的傳遞，如 command line，檔案系統資訊等等，使用者也可以擴充這個TAG來進行更多參數的傳遞．TAG地區存放的地址，也就是R2的值，是在/board /yourboard/youboard.c裡的board_init函數中初始化的，如在UB4020中初始化為：gd->bd->bi_boot_params = 0x30000100;，這是一個絕對位址．
　　TAG區的結構比較簡單，可以視為一個一個TAG的排列（數組？），每一個TAG傳遞一種特定類型的參數．各種系統TAG的定義可以參考./include/asm-arm/setup.h．
　　下面是一個TAG區的例子：
　　0x30000100 00000005 54410001 00000000 00000000
　　0x30000110 00000000 0000000F 54410009 746F6F72
　　0x30000120 65642F3D 61722F76 7220306D 6F632077
　　0x30000130 6C6F736E 74743D65 2C305379 30303639
　　0x30000140 696E6920 6C2F3D74 78756E69 EA006372
　　0x30000150 00000004 54420005 30300040 00200000
　　0x30000160 00000000 00000000
　　我們可以看到一共有三個TAG：
　　第一個TAG的長度是5個字，類型是ATAG_CORE（54410001），有三個元素，均為全零．TAG區必須以這個TAG開頭．
　　第二個TAG的長度是F個字，類型是ATAG_CMDLINE（54410009），這是一個字串，是向核心傳遞的kernel command line
　　第三個TAG的長度是4個字，類型是ATAG_INITRD2（54410005），有兩個元素，第一個是start:30300040（30300000+40），第二個是size:200000（2M）
　　如果說還有第四個TAG，那就是末尾的兩個全零，這是TAG結束的標誌．
　　這些TAG是在./lib_arm/arm_linux.c中的do_bootm_linux函數中建立起來的．具體建立哪些TAG，由相應的控制宏決定．具體可以參考相應代碼．例子中第一個TAG是起始TAG，如果環境變數中有bootargs，則建立第二個TAG，如果bootm有兩個參數（引導檔案系統），則會讀取檔案系統頭部的必要資訊，建立第三個TAG．
　　核心啟動後，將根據R2寄存器的值找到這些TAG，並根據TAG類型，調用相應的處理函數進行處理，從而擷取核心啟動並執行必要資訊．