LV05-01-uboot-05-uboot启动内核

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本文主要是uboot启动内核流程的相关笔记。若笔记中有错误或者不合适的地方，欢迎批评指正😃。

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Windows版本 windows11
Ubuntu版本 Ubuntu16.04的64位版本
VMware® Workstation 16 Pro 16.2.3 build-19376536
终端软件 MobaXterm(Professional Edition v23.0 Build 5042 (license))
Linux开发板 正点原子 i.MX6ULL Linux 阿尔法开发板
uboot NXP官方提供的uboot，NXP提供的版本为uboot-imx-rel_imx_4.1.15_2.1.0_ga(使用的uboot版本为U-Boot 2016.03)
linux内核 linux-4.15(NXP官方提供)
Win32DiskImager Win32DiskImager v1.0
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分类 网址 说明
官方网站 https://www.arm.com/ ARM官方网站，在这里我们可以找到Cotex-Mx以及ARMVx的一些文档
https://www.nxp.com.cn/ NXP官方网站
https://www.nxpic.org.cn/NXP 官方社区
https://u-boot.readthedocs.io/en/latest/u-boot官网
https://www.kernel.org/linux内核官网
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分类 网址 说明
NXP https://github.com/nxp-imx NXP imx开发资源GitHub组织，里边会有u-boot和linux内核的仓库
https://elixir.bootlin.com/linux/latest/source 在线阅读linux kernel源码
nxp-imx/linux-imx/releases/tag/rel_imx_4.1.15_2.1.0_ga NXP linux内核仓库tags中的rel_imx_4.1.15_2.1.0_ga
nxp-imx/uboot-imx/releases/tag/rel_imx_4.1.15_2.1.0_ga NXP u-boot仓库tags中的rel_imx_4.1.15_2.1.0_ga
I.MX6ULL i.MX 6ULL Applications Processors for Industrial Products I.MX6ULL 芯片手册（datasheet，可以在线查看）
i.MX 6ULL Applications ProcessorReference Manual I.MX6ULL 参考手册（下载后才能查看，需要登录NXP官网）

一、images 全局变量

不管是 bootz 还是 bootm 命令，在启动 Linux 内核的时候都会用到一个重要的全局变量：images，全局变量 images 会在 bootz 命令的执行中频繁使用到，相当于 Linux 内核启动的“灵魂”。images 变量在文件 cmd/bootm.c 中有如下定义：

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bootm_headers_t images;		/* pointers to os/initrd/fdt images */

images 是 bootm_headers_t 类型的全局变量， bootm_headers_t 是个 boot 头结构体，在文件include/image.h 中的定义如下(删除了一些条件编译代码)： 

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typedef struct bootm_headers
{
	/*
	* Legacy os image header, if it is a multi component image
	* then boot_get_ramdisk() and get_fdt() will attempt to get
	* data from second and third component accordingly.
	*/
	image_header_t *legacy_hdr_os; /* image header pointer */
	image_header_t legacy_hdr_os_copy; /* header copy */
	ulong legacy_hdr_valid;

// 中间的省略 ...

#ifndef USE_HOSTCC
	image_info_t os; /* OS 镜像信息 */
	ulong ep; /* OS 入口点 */

	ulong rd_start, rd_end; /* ramdisk 开始和结束位置 */

	char *ft_addr; /* 设备树地址 */
	ulong ft_len; /* 设备树长度 */

	ulong initrd_start; /* initrd 开始位置 */
	ulong initrd_end; /* initrd 结束位置 */
	ulong cmdline_start; /* cmdline 开始位置 */
	ulong cmdline_end; /* cmdline 结束位置 */
	bd_t *kbd;
#endif

	int verify; /* getenv("verify")[0] != 'n' */

#define BOOTM_STATE_START (0x00000001)
#define BOOTM_STATE_FINDOS (0x00000002)
#define BOOTM_STATE_FINDOTHER (0x00000004)
#define BOOTM_STATE_LOADOS (0x00000008)
#define BOOTM_STATE_RAMDISK (0x00000010)
#define BOOTM_STATE_FDT (0x00000020)
#define BOOTM_STATE_OS_CMDLINE (0x00000040)
#define BOOTM_STATE_OS_BD_T (0x00000080)
#define BOOTM_STATE_OS_PREP (0x00000100)
#define BOOTM_STATE_OS_FAKE_GO (0x00000200)/*'Almost' run the OS*/
#define BOOTM_STATE_OS_GO (0x00000400)
	int state;

#ifdef CONFIG_LMB
	struct lmb lmb; /* 内存管理相关，不深入研究 */
#endif
} bootm_headers_t;

第 15 行（第 335 行）： os 成员变量是 image_info_t 类型的，为系统镜像信息。

点击查看 image_info_t

结构体 image_info_t，也就是系统镜像信息结构体，此结构体在文件include/image.h 中的定义如下：

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typedef struct image_info {
	ulong		start, end;		/* start/end of blob */
	ulong		image_start, image_len; /* start of image within blob, len of image */
	ulong		load;			/* load addr for the image */
	uint8_t		comp, type, os;		/* compression, type of image, os type */
	uint8_t		arch;			/* CPU architecture */
} image_info_t;

第 32 ~ 42 行（第 352 ~ 362 行）：这 11 个宏定义表示 BOOT 的不同阶段。

二、do_bootz 函数

前边我们分析uboot启动流程的时候有分析过，每一个命令最后执行的都是命令对应的 do_xxx 函数。

1. do_bootz 在哪?

该函数在 cmd/bootm.c 文件中：

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int do_bootz(cmd_tbl_t *cmdtp, int flag, int argc, char * const argv[])
{
	int ret;

	/* Consume 'bootz' */
	argc--; argv++;

	if (bootz_start(cmdtp, flag, argc, argv, &images))
		return 1;

	/*
	 * We are doing the BOOTM_STATE_LOADOS state ourselves, so must
	 * disable interrupts ourselves
	 */
	bootm_disable_interrupts();

	images.os.os = IH_OS_LINUX;
	ret = do_bootm_states(cmdtp, flag, argc, argv,
			      BOOTM_STATE_OS_PREP | BOOTM_STATE_OS_FAKE_GO |
			      BOOTM_STATE_OS_GO,
			      &images, 1);

	return ret;
}

2. 做了什么？

我们以下边的行号进行分析：

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int do_bootz(cmd_tbl_t *cmdtp, int flag, int argc, char * const argv[])
{
	int ret;

	/* Consume 'bootz' */
	argc--; argv++;

	if (bootz_start(cmdtp, flag, argc, argv, &images))
		return 1;

	/*
	 * We are doing the BOOTM_STATE_LOADOS state ourselves, so must
	 * disable interrupts ourselves
	 */
	bootm_disable_interrupts();

	images.os.os = IH_OS_LINUX;
	ret = do_bootm_states(cmdtp, flag, argc, argv,
			      BOOTM_STATE_OS_PREP | BOOTM_STATE_OS_FAKE_GO |
			      BOOTM_STATE_OS_GO,
			      &images, 1);

	return ret;
}

第 8 行（第 629 行）：调用 bootz_start 函数， bootz_start 函数执行过程后边会再详细分析。

第 15 行（第 636 行）：调用函数 bootm_disable_interrupts 关闭中断。

第 17 行（第 638 行）：设置 images.os.os 为 IH_OS_LINUX，也就是设置系统镜像为 Linux，表示我们要启动的是 Linux 系统！后面会用到 images.os.os 来挑选具体的启动函数。

第 18 行（第 639 行）：调用函数 do_bootm_states 来执行不同的 BOOT 阶段，这里要执行的 BOOT 阶段有：BOOTM_STATE_OS_PREP 、BOOTM_STATE_OS_FAKE_GO 和BOOTM_STATE_OS_GO。

三、bootz_start 函数

bootz_start 主要用于初始化 images 的相关成员变量。

1. bootz_start 函数在哪？

bootz_start 函数也定义在文件 cmd/bootm.c 中，函数内容如下： 

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/*
 * zImage booting support
 */
static int bootz_start(cmd_tbl_t *cmdtp, int flag, int argc,
			char * const argv[], bootm_headers_t *images)
{
	int ret;
	ulong zi_start, zi_end;

	ret = do_bootm_states(cmdtp, flag, argc, argv, BOOTM_STATE_START,
			      images, 1);

	/* Setup Linux kernel zImage entry point */
	if (!argc) {
		images->ep = load_addr;
		debug("*  kernel: default image load address = 0x%08lx\n",
				load_addr);
	} else {
		images->ep = simple_strtoul(argv[0], NULL, 16);
		debug("*  kernel: cmdline image address = 0x%08lx\n",
			images->ep);
	}

	ret = bootz_setup(images->ep, &zi_start, &zi_end);
	if (ret != 0)
		return 1;

	lmb_reserve(&images->lmb, images->ep, zi_end - zi_start);

	/*
	 * Handle the BOOTM_STATE_FINDOTHER state ourselves as we do not
	 * have a header that provide this informaiton.
	 */
	if (bootm_find_images(flag, argc, argv))
		return 1;

#ifdef CONFIG_SECURE_BOOT
	extern uint32_t authenticate_image(
			uint32_t ddr_start, uint32_t image_size);
	if (authenticate_image(images->ep, zi_end - zi_start) == 0) {
		printf("Authenticate zImage Fail, Please check\n");
		return 1;
	}
#endif
	return 0;
}

2. 做了什么？

我们以下边的行号进行分析：

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static int bootz_start(cmd_tbl_t *cmdtp, int flag, int argc,
			char * const argv[], bootm_headers_t *images)
{
	int ret;
	ulong zi_start, zi_end;

	ret = do_bootm_states(cmdtp, flag, argc, argv, BOOTM_STATE_START,
			      images, 1);

	/* Setup Linux kernel zImage entry point */
	if (!argc) {
		images->ep = load_addr;
		debug("*  kernel: default image load address = 0x%08lx\n",
				load_addr);
	} else {
		images->ep = simple_strtoul(argv[0], NULL, 16);
		debug("*  kernel: cmdline image address = 0x%08lx\n",
			images->ep);
	}

	ret = bootz_setup(images->ep, &zi_start, &zi_end);
	if (ret != 0)
		return 1;

	lmb_reserve(&images->lmb, images->ep, zi_end - zi_start);

	/*
	 * Handle the BOOTM_STATE_FINDOTHER state ourselves as we do not
	 * have a header that provide this informaiton.
	 */
	if (bootm_find_images(flag, argc, argv))
		return 1;

#ifdef CONFIG_SECURE_BOOT
	extern uint32_t authenticate_image(
			uint32_t ddr_start, uint32_t image_size);
	if (authenticate_image(images->ep, zi_end - zi_start) == 0) {
		printf("Authenticate zImage Fail, Please check\n");
		return 1;
	}
#endif
	return 0;
}

第 7 行（第 584 行）：调用函数 do_bootm_states，执行 BOOTM_STATE_START 阶段。

第 16 行（第 593 行）：设置 images 的 ep 成员变量，也就是系统镜像的入口点，使用 bootz 命令启动系统的时候就会设置系统在 DRAM 中的存储位置，这个存储位置就是系统镜像的入口点，因此 images->ep=0X80800000。

第 21 行（第 598 行）调用 bootz_setup 函数，此函数会判断当前的系统镜像文件是否为 Linux 的镜像文件，并且会打印出镜像相关信息， 这个函数后边会再详细说明。

第 31 行（第 608 行）：调用函数 bootm_find_images 查找 ramdisk 和设备树(dtb)文件，但是我们没有用到 ramdisk，因此此函数在这里仅仅用于查找设备树(dtb)文件，此函数后边会详细说明。

3. bootz_setup 函数

bootz_setup 函数，此函数定义在文件 arch/arm/lib/bootm.c 中，函数内容如下： 

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#define	LINUX_ARM_ZIMAGE_MAGIC	0x016f2818

int bootz_setup(ulong image, ulong *start, ulong *end)
{
	struct zimage_header *zi;

	zi = (struct zimage_header *)map_sysmem(image, 0);
	if (zi->zi_magic != LINUX_ARM_ZIMAGE_MAGIC) {
		puts("Bad Linux ARM zImage magic!\n");
		return 1;
	}

	*start = zi->zi_start;
	*end = zi->zi_end;

	printf("Kernel image @ %#08lx [ %#08lx - %#08lx ]\n", image, *start,
	      *end);

	return 0;
}

第 1 行（第 370 行）：宏 LINUX_ARM_ZIMAGE_MAGIC 就是 ARM Linux 系统魔术数。

第 7 行（第 376 行）：从传递进来的参数 image(也就是系统镜像首地址)中获取 zimage 头。 zImage 头结构体为 zimage_header。

第 8 ~ 11 行（第 377 ~ 380 行）：判断 image 是否为 ARM 的 Linux 系统镜像，如果不是的话就直接返回，并且打印出“Bad Linux ARM zImage magic!”。

第 13、14 行（第 382、 383 行）：初始化函数 bootz_setup 的参数 start 和 end。

第 16 行（第 385 行）打印启动信息，如果 Linux 系统镜像正常的话就会输出下图所示的信息：

image-20221016160914087

4. bootm_find_images 函数

bootm_find_images 函数，此函数定义在文件 common/bootm.c 中 ，函数内容如下： 

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/**
 * bootm_find_images - wrapper to find and locate various images
 * @flag: Ignored Argument
 * @argc: command argument count
 * @argv: command argument list
 *
 * boot_find_images() will attempt to load an available ramdisk,
 * flattened device tree, as well as specifically marked
 * "loadable" images (loadables are FIT only)
 *
 * Note: bootm_find_images will skip an image if it is not found
 *
 * @return:
 *     0, if all existing images were loaded correctly
 *     1, if an image is found but corrupted, or invalid
 */
int bootm_find_images(int flag, int argc, char * const argv[])
{
	int ret;

	/* find ramdisk */
	ret = boot_get_ramdisk(argc, argv, &images, IH_INITRD_ARCH,
			       &images.rd_start, &images.rd_end);
	if (ret) {
		puts("Ramdisk image is corrupt or invalid\n");
		return 1;
	}

#if defined(CONFIG_OF_LIBFDT)
	/* find flattened device tree */
	ret = boot_get_fdt(flag, argc, argv, IH_ARCH_DEFAULT, &images,
			   &images.ft_addr, &images.ft_len);
	if (ret) {
		puts("Could not find a valid device tree\n");
		return 1;
	}
	set_working_fdt_addr((ulong)images.ft_addr);
#endif

#if defined(CONFIG_FIT)
	/* find all of the loadables */
	ret = boot_get_loadable(argc, argv, &images, IH_ARCH_DEFAULT,
			       NULL, NULL);
	if (ret) {
		printf("Loadable(s) is corrupt or invalid\n");
		return 1;
	}
#endif

	return 0;
}

第 21 ~ 27 行（第 230~235 行）：查找 ramdisk，但是我们没有用到 ramdisk，因此这部分代码就不用关心了。

第 29 ~ 36 行（第 237~244 行）：查找设备树(dtb)文件，找到以后就将设备树的起始地址和长度分别写到 images 的 ft_addr 和 ft_len 成员变量中。我们使用 bootz 启动 Linux 的时候已经指明了设备树在DRAM 中的存储地址，因此 images.ft_addr=0X83000000，长度根据具体的设备树文件而定，比如我现在使用的设备树文件长度为 0X8C81的话，images.ft_len就为0X8C81。

三、do_bootm_states 函数

do_bootz 最后调用的就是函数 do_bootm_states ，而且在 bootz_start 中也调用了do_bootm_states 函数。

1. do_bootm_states 函数在哪？

do_bootm_states 函数定义在 common/bootm.c 中 ，函数内容如下：

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/**
 * Execute selected states of the bootm command.
 *
 * Note the arguments to this state must be the first argument, Any 'bootm'
 * or sub-command arguments must have already been taken.
 *
 * Note that if states contains more than one flag it MUST contain
 * BOOTM_STATE_START, since this handles and consumes the command line args.
 *
 * Also note that aside from boot_os_fn functions and bootm_load_os no other
 * functions we store the return value of in 'ret' may use a negative return
 * value, without special handling.
 *
 * @param cmdtp		Pointer to bootm command table entry
 * @param flag		Command flags (CMD_FLAG_...)
 * @param argc		Number of subcommand arguments (0 = no arguments)
 * @param argv		Arguments
 * @param states	Mask containing states to run (BOOTM_STATE_...)
 * @param images	Image header information
 * @param boot_progress 1 to show boot progress, 0 to not do this
 * @return 0 if ok, something else on error. Some errors will cause this
 *	function to perform a reboot! If states contains BOOTM_STATE_OS_GO
 *	then the intent is to boot an OS, so this function will not return
 *	unless the image type is standalone.
 */
int do_bootm_states(cmd_tbl_t *cmdtp, int flag, int argc, char * const argv[],
		    int states, bootm_headers_t *images, int boot_progress)
{
	boot_os_fn *boot_fn;
	ulong iflag = 0;
	int ret = 0, need_boot_fn;

	images->state |= states;

	/*
	 * Work through the states and see how far we get. We stop on
	 * any error.
	 */
	if (states & BOOTM_STATE_START)
		ret = bootm_start(cmdtp, flag, argc, argv);

	if (!ret && (states & BOOTM_STATE_FINDOS))
		ret = bootm_find_os(cmdtp, flag, argc, argv);

	if (!ret && (states & BOOTM_STATE_FINDOTHER)) {
		ret = bootm_find_other(cmdtp, flag, argc, argv);
		argc = 0;	/* consume the args */
	}

	/* Load the OS */
	if (!ret && (states & BOOTM_STATE_LOADOS)) {
		ulong load_end;

		iflag = bootm_disable_interrupts();
		ret = bootm_load_os(images, &load_end, 0);
		if (ret == 0)
			lmb_reserve(&images->lmb, images->os.load,
				    (load_end - images->os.load));
		else if (ret && ret != BOOTM_ERR_OVERLAP)
			goto err;
		else if (ret == BOOTM_ERR_OVERLAP)
			ret = 0;
#if defined(CONFIG_SILENT_CONSOLE) && !defined(CONFIG_SILENT_U_BOOT_ONLY)
		if (images->os.os == IH_OS_LINUX)
			fixup_silent_linux();
#endif
	}

	/* Relocate the ramdisk */
#ifdef CONFIG_SYS_BOOT_RAMDISK_HIGH
	if (!ret && (states & BOOTM_STATE_RAMDISK)) {
		ulong rd_len = images->rd_end - images->rd_start;

		ret = boot_ramdisk_high(&images->lmb, images->rd_start,
			rd_len, &images->initrd_start, &images->initrd_end);
		if (!ret) {
			setenv_hex("initrd_start", images->initrd_start);
			setenv_hex("initrd_end", images->initrd_end);
		}
	}
#endif
#if defined(CONFIG_OF_LIBFDT) && defined(CONFIG_LMB)
	if (!ret && (states & BOOTM_STATE_FDT)) {
		boot_fdt_add_mem_rsv_regions(&images->lmb, images->ft_addr);
		ret = boot_relocate_fdt(&images->lmb, &images->ft_addr,
					&images->ft_len);
	}
#endif

	/* From now on, we need the OS boot function */
	if (ret)
		return ret;
	boot_fn = bootm_os_get_boot_func(images->os.os);
	need_boot_fn = states & (BOOTM_STATE_OS_CMDLINE |
			BOOTM_STATE_OS_BD_T | BOOTM_STATE_OS_PREP |
			BOOTM_STATE_OS_FAKE_GO | BOOTM_STATE_OS_GO);
	if (boot_fn == NULL && need_boot_fn) {
		if (iflag)
			enable_interrupts();
		printf("ERROR: booting os '%s' (%d) is not supported\n",
		       genimg_get_os_name(images->os.os), images->os.os);
		bootstage_error(BOOTSTAGE_ID_CHECK_BOOT_OS);
		return 1;
	}

	/* Call various other states that are not generally used */
	if (!ret && (states & BOOTM_STATE_OS_CMDLINE))
		ret = boot_fn(BOOTM_STATE_OS_CMDLINE, argc, argv, images);
	if (!ret && (states & BOOTM_STATE_OS_BD_T))
		ret = boot_fn(BOOTM_STATE_OS_BD_T, argc, argv, images);
	if (!ret && (states & BOOTM_STATE_OS_PREP))
		ret = boot_fn(BOOTM_STATE_OS_PREP, argc, argv, images);

#ifdef CONFIG_TRACE
	/* Pretend to run the OS, then run a user command */
	if (!ret && (states & BOOTM_STATE_OS_FAKE_GO)) {
		char *cmd_list = getenv("fakegocmd");

		ret = boot_selected_os(argc, argv, BOOTM_STATE_OS_FAKE_GO,
				images, boot_fn);
		if (!ret && cmd_list)
			ret = run_command_list(cmd_list, -1, flag);
	}
#endif

	/* Check for unsupported subcommand. */
	if (ret) {
		puts("subcommand not supported\n");
		return ret;
	}

	/* Now run the OS! We hope this doesn't return */
	if (!ret && (states & BOOTM_STATE_OS_GO))
		ret = boot_selected_os(argc, argv, BOOTM_STATE_OS_GO,
				images, boot_fn);

	/* Deal with any fallout */
err:
	if (iflag)
		enable_interrupts();

	if (ret == BOOTM_ERR_UNIMPLEMENTED)
		bootstage_error(BOOTSTAGE_ID_DECOMP_UNIMPL);
	else if (ret == BOOTM_ERR_RESET)
		do_reset(cmdtp, flag, argc, argv);

	return ret;
}

2. 做了什么？

函数 do_bootm_states 根据不同的 BOOT 状态执行不同的代码段，通过如下代码来判断BOOT 状态： 

1
states & BOOTM_STATE_XXX

在 do_bootz 函数中会用到 BOOTM_STATE_OS_PREP 、BOOTM_STATE_OS_FAKE_GO 和 BOOTM_STATE_OS_GO 这三个 BOOT 状态，bootz_start 函数中会用到 BOOTM_STATE_START 这个 BOOT 状态。为了精简代码，方便分析，因此我们将上边的函数do_bootm_states 进行精简，只留下下面这 4 个 BOOT 状态对应的处理代码：

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int do_bootm_states(cmd_tbl_t *cmdtp, int flag, int argc, char *
                    const argv[],
                    int states, bootm_headers_t *images, int boot_progress)
{
	boot_os_fn *boot_fn;
	ulong iflag = 0;
	int ret = 0, need_boot_fn;

	images->state |= states;

	/*
	* Work through the states and see how far we get. We stop on
	* any error.
	*/
	if (states & BOOTM_STATE_START)
		ret = bootm_start(cmdtp, flag, argc, argv);
	// 中间部分省略 ......

	/* From now on, we need the OS boot function */
	if (ret)
		return ret;
	boot_fn = bootm_os_get_boot_func(images->os.os);
	need_boot_fn = states & (BOOTM_STATE_OS_CMDLINE |
	                         BOOTM_STATE_OS_BD_T | BOOTM_STATE_OS_PREP |
	                         BOOTM_STATE_OS_FAKE_GO | BOOTM_STATE_OS_GO);
	if (boot_fn == NULL && need_boot_fn)
	{
		if (iflag)
			enable_interrupts();
		printf("ERROR: booting os '%s' (%d) is not supported\n",
		       genimg_get_os_name(images->os.os), images->os.os);
		bootstage_error(BOOTSTAGE_ID_CHECK_BOOT_OS);
		return 1;
	}

	// 中间部分省略 ......
	if (!ret && (states & BOOTM_STATE_OS_PREP))
		ret = boot_fn(BOOTM_STATE_OS_PREP, argc, argv, images);

	#ifdef CONFIG_TRACE
	/* Pretend to run the OS, then run a user command */
	if (!ret && (states & BOOTM_STATE_OS_FAKE_GO))
	{
		char *cmd_list = getenv("fakegocmd");

		ret = boot_selected_os(argc, argv, BOOTM_STATE_OS_FAKE_GO,
		                       images, boot_fn);
		if (!ret && cmd_list)
			ret = run_command_list(cmd_list, -1, flag);
	}
	#endif

	/* Check for unsupported subcommand. */
	if (ret)
	{
		puts("subcommand not supported\n");
		return ret;
	}

	/* Now run the OS! We hope this doesn't return */
	if (!ret && (states & BOOTM_STATE_OS_GO))
		ret = boot_selected_os(argc, argv, BOOTM_STATE_OS_GO,
		                       images, boot_fn);
	// 中间部分省略 ......
	return ret;
}

第 15、16 行（第 604、 605 行）：处理 BOOTM_STATE_START 阶段， bootz_start 会执行这一段代码，这里调用函数 bootm_start。

点击查看 bootm_start 函数

函数定义在文件 common/bootm.c 中，函数内容如下： 

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static int bootm_start(cmd_tbl_t *cmdtp, int flag, int argc,
		       char * const argv[])
{
	memset((void *)&images, 0, sizeof(images));
	images.verify = getenv_yesno("verify");

	boot_start_lmb(&images);

	bootstage_mark_name(BOOTSTAGE_ID_BOOTM_START, "bootm_start");
	images.state = BOOTM_STATE_START;

	return 0;
}

第 22 行（第 658 行）：通过函数 bootm_os_get_boot_func 来查找系统启动函数，参数 images->os.os 就是系统类型，根据这个系统类型来选择对应的启动函数，在 do_bootz 中设置 images.os.os= IH_OS_LINUX。函数返回值就是找到的系统启动函数，这里找到的 Linux 系统启动函数为 do_bootm_linux，关于此函数查找系统启动函数的过程后边会再单独分析（第四节）。因此 boot_fn = do_bootm_linux ，后面执行 boot_fn函数的地方实际上是执行的 do_bootm_linux 函数。

第 37 行（第 676 行）：处理 BOOTM_STATE_OS_PREP 状态，调用函数 do_bootm_linux， do_bootm_linux 也是调用 boot_prep_linux 来完成具体的处理过程。 boot_prep_linux 主要用于处理环境变量bootargs， bootargs 保存着传递给 Linux kernel 的参数。

第 40 ~ 51 行（第 679 ~ 689 行）：是处理 BOOTM_STATE_OS_FAKE_GO 状态的，但是要我们没有使能 TRACE功能，因此CONFIG_TRACE 也就没有定义，所以这段程序不会编译。

第 62 行（第 699 行）：调用函数 boot_selected_os 启动 Linux 内核，此函数第 4 个参数为 Linux 系统镜像头，第 5 个参数就是 Linux 系统启动函数 do_bootm_linux。

点击查看 boot_selected_os 函数

boot_selected_os 函数定义在文件 common/bootm_os.c 中，函数内容如下： 

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int boot_selected_os(int argc, char * const argv[], int state,
		     bootm_headers_t *images, boot_os_fn *boot_fn)
{
	arch_preboot_os();
	boot_fn(state, argc, argv, images);

	/* Stand-alone may return when 'autostart' is 'no' */
	if (images->os.type == IH_TYPE_STANDALONE ||
	    state == BOOTM_STATE_OS_FAKE_GO) /* We expect to return */
		return 0;
	bootstage_error(BOOTSTAGE_ID_BOOT_OS_RETURNED);
#ifdef DEBUG
	puts("\n## Control returned to monitor - resetting...\n");
#endif
	return BOOTM_ERR_RESET;
}

第 5 行（第 480 行）：调用 boot_fn 函数，也就是 do_bootm_linux 函数来启动 Linux 内核。

四、bootm_os_get_boot_func 函数

do_bootm_states 会调用 bootm_os_get_boot_func 来查找对应系统的启动函数 。

1. bootm_os_get_boot_func 函数在哪？

bootm_os_get_boot_func 函数定义在文件 common/bootm_os.c 中，函数内容如下： 

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boot_os_fn *bootm_os_get_boot_func(int os)
{
#ifdef CONFIG_NEEDS_MANUAL_RELOC
	static bool relocated;

	if (!relocated) {
		int i;

		/* relocate boot function table */
		for (i = 0; i < ARRAY_SIZE(boot_os); i++)
			if (boot_os[i] != NULL)
				boot_os[i] += gd->reloc_off;

		relocated = true;
	}
#endif
	return boot_os[os];
}

2. 做了什么

我们使用下边的行号进行分析：

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boot_os_fn *bootm_os_get_boot_func(int os)
{
#ifdef CONFIG_NEEDS_MANUAL_RELOC
	static bool relocated;

	if (!relocated) {
		int i;

		/* relocate boot function table */
		for (i = 0; i < ARRAY_SIZE(boot_os); i++)
			if (boot_os[i] != NULL)
				boot_os[i] += gd->reloc_off;

		relocated = true;
	}
#endif
	return boot_os[os];
}

第 3 ~ 16 行（第 495~508 行）：条件编译，在我们使用的这个 uboot 中没有用到，因此这段代码无效。

第 17 行（第 509 行）：boot_os 是个数组，这个数组里面存放着不同的系统对应的启动函数。

点击查看 boot_os

boot_os 定义在文件 common/bootm_os.c 中，如下所示： 

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static boot_os_fn *boot_os[] = {
	[IH_OS_U_BOOT] = do_bootm_standalone,
#ifdef CONFIG_BOOTM_LINUX
	[IH_OS_LINUX] = do_bootm_linux,
#endif
#ifdef CONFIG_BOOTM_NETBSD
	[IH_OS_NETBSD] = do_bootm_netbsd,
#endif
#ifdef CONFIG_LYNXKDI
	[IH_OS_LYNXOS] = do_bootm_lynxkdi,
#endif
#ifdef CONFIG_BOOTM_RTEMS
	[IH_OS_RTEMS] = do_bootm_rtems,
#endif
#if defined(CONFIG_BOOTM_OSE)
	[IH_OS_OSE] = do_bootm_ose,
#endif
#if defined(CONFIG_BOOTM_PLAN9)
	[IH_OS_PLAN9] = do_bootm_plan9,
#endif
#if defined(CONFIG_BOOTM_VXWORKS) && \
	(defined(CONFIG_PPC) || defined(CONFIG_ARM))
	[IH_OS_VXWORKS] = do_bootm_vxworks,
#endif
#if defined(CONFIG_CMD_ELF)
	[IH_OS_QNX] = do_bootm_qnxelf,
#endif
#ifdef CONFIG_INTEGRITY
	[IH_OS_INTEGRITY] = do_bootm_integrity,
#endif
#ifdef CONFIG_BOOTM_OPENRTOS
	[IH_OS_OPENRTOS] = do_bootm_openrtos,
#endif
};

第 4 行（ 第 438 行）：是 Linux 系统对应的启动函数 do_bootm_linux 。

五、do_bootm_linux 函数

1. do_bootm_linux 函数在哪？

do_bootm_linux 就是最终启动 Linux 内核的函数，此函数定义在文件 arch/arm/lib/bootm.c，函数内容如下： 

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/* Main Entry point for arm bootm implementation
 *
 * Modeled after the powerpc implementation
 * DIFFERENCE: Instead of calling prep and go at the end
 * they are called if subcommand is equal 0.
 */
int do_bootm_linux(int flag, int argc, char * const argv[],
		   bootm_headers_t *images)
{
	/* No need for those on ARM */
	if (flag & BOOTM_STATE_OS_BD_T || flag & BOOTM_STATE_OS_CMDLINE)
		return -1;

	if (flag & BOOTM_STATE_OS_PREP) {
		boot_prep_linux(images);
		return 0;
	}

	if (flag & (BOOTM_STATE_OS_GO | BOOTM_STATE_OS_FAKE_GO)) {
		boot_jump_linux(images, flag);
		return 0;
	}

	boot_prep_linux(images);
	boot_jump_linux(images, flag);
	return 0;
}

2. 做了什么？

我们以下边的行号进行分析：

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int do_bootm_linux(int flag, int argc, char * const argv[],
		   bootm_headers_t *images)
{
	/* No need for those on ARM */
	if (flag & BOOTM_STATE_OS_BD_T || flag & BOOTM_STATE_OS_CMDLINE)
		return -1;

	if (flag & BOOTM_STATE_OS_PREP) {
		boot_prep_linux(images);
		return 0;
	}

	if (flag & (BOOTM_STATE_OS_GO | BOOTM_STATE_OS_FAKE_GO)) {
		boot_jump_linux(images, flag);
		return 0;
	}

	boot_prep_linux(images);
	boot_jump_linux(images, flag);
	return 0;
}

第 13 行（第 351 行）：如果参数flag等于BOOTM_STATE_OS_GO或者BOOTM_STATE_OS_FAKE_GO 的话就执行 boot_jump_linux 函数。 boot_selected_os 函数在调用 do_bootm_linux 的时候会将 flag设置为 BOOTM_STATE_OS_GO。

第 14 行（第 352 行）：执行函数 boot_jump_linux，这个函数可以看下一小节。

3. boot_jump_linux

此函数定义在文件 arch/arm/lib/bootm.c 中，函数内容如下： 

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static void boot_jump_linux(bootm_headers_t *images, int flag)
{
#ifdef CONFIG_ARM64
	void (*kernel_entry)(void *fdt_addr, void *res0, void *res1,
			void *res2);
	int fake = (flag & BOOTM_STATE_OS_FAKE_GO);

	kernel_entry = (void (*)(void *fdt_addr, void *res0, void *res1,
				void *res2))images->ep;

	debug("## Transferring control to Linux (at address %lx)...\n",
		(ulong) kernel_entry);
	bootstage_mark(BOOTSTAGE_ID_RUN_OS);

	announce_and_cleanup(fake);

	if (!fake) {
		do_nonsec_virt_switch();
		kernel_entry(images->ft_addr, NULL, NULL, NULL);
	}
#else
	unsigned long machid = gd->bd->bi_arch_number;
	char *s;
	void (*kernel_entry)(int zero, int arch, uint params);
	unsigned long r2;
	int fake = (flag & BOOTM_STATE_OS_FAKE_GO);

	kernel_entry = (void (*)(int, int, uint))images->ep;

	s = getenv("machid");
	if (s) {
		if (strict_strtoul(s, 16, &machid) < 0) {
			debug("strict_strtoul failed!\n");
			return;
		}
		printf("Using machid 0x%lx from environment\n", machid);
	}

	debug("## Transferring control to Linux (at address %08lx)" \
		"...\n", (ulong) kernel_entry);
	bootstage_mark(BOOTSTAGE_ID_RUN_OS);
	announce_and_cleanup(fake);

	if (IMAGE_ENABLE_OF_LIBFDT && images->ft_len)
		r2 = (unsigned long)images->ft_addr;
	else
		r2 = gd->bd->bi_boot_params;

	if (!fake) {
#ifdef CONFIG_ARMV7_NONSEC
		if (armv7_boot_nonsec()) {
			armv7_init_nonsec();
			secure_ram_addr(_do_nonsec_entry)(kernel_entry,
							  0, machid, r2);
		} else
#endif
			kernel_entry(0, machid, r2);
	}
#endif
}

第 3 ~ 21 行（第 274~292 行）：是 64 位 ARM 芯片对应的代码， Cortex-A7 是 32 位芯片，因此用不到。

第 22 行（第 293 行）：变量 machid 保存机器 ID，如果不使用设备树的话这个机器 ID 会被传递给 Linux内核， Linux 内核会在自己的机器 ID 列表里面查找是否存在与 uboot 传递进来的 machid 匹配的项目，如果存在就说明 Linux 内核支持这个机器，那么 Linux 就会启动！如果使用设备树的话这个 machid 就无效了，设备树存有一个“兼容性”这个属性， Linux 内核会比较“兼容性”属性的值(字符串)来查看是否支持这个机器。】、

第 24 行（第 295 行）函数 kernel_entry，看名字“内核_进入”，说明此函数是进入 Linux 内核的，也就是最终的启动内核函数。此函数有三个参数： zero， arch， params，第一个参数 zero 同样为 0；第二个参数为机器 ID； 第三个参数 ATAGS 或者设备树(DTB)首地址，ATAGS 是传统的方法，用于传递一些命令行信息，如果使用设备树的话就要传递设备树(DTB)。

第 28 行（第 299 行）：获取 kernel_entry 函数，函数 kernel_entry 并不是 uboot 定义的，而是 Linux 内核定义的， Linux 内核镜像文件的第一行代码就是函数 kernel_entry，而 images->ep 保存着 Linux内核镜像的起始地址，起始地址保存的正是 Linux 内核第一行代码。

第 42 行（第 313 行）：调用函数 announce_and_cleanup 来打印一些信息并做一些清理工作。

点击查看 announce_and_cleanup 函数

此函数定义在文件 arch/arm/lib/bootm.c 中，函数内容如下：

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static void announce_and_cleanup(int fake)
{
	printf("\nStarting kernel ...%s\n\n", fake ?
		"(fake run for tracing)" : "");
	bootstage_mark_name(BOOTSTAGE_ID_BOOTM_HANDOFF, "start_kernel");
#ifdef CONFIG_BOOTSTAGE_FDT
	bootstage_fdt_add_report();
#endif
#ifdef CONFIG_BOOTSTAGE_REPORT
	bootstage_report();
#endif

#ifdef CONFIG_USB_DEVICE
	udc_disconnect();
#endif
	cleanup_before_linux();
}

第 3 行（第 74 行）：在启动 Linux 之前输出“Starting kernel …”信息 。

image-20221016170514552

第 16 行（第 87 行）：调用 cleanup_before_linux 函数做一些清理工作。

第 44 ~ 47 行（第 315 ~ 318 行）：是设置寄存器 r2 的值，Linux 内核一开始是汇编代码，因此函数 kernel_entry 就是个汇编函数。向汇编函数传递参数要使用 r0、 r1 和 r2(参数数量不超过 3 个的时候)，所以 r2 寄存器就是函数 kernel_entry 的第三个参数。

第 45 行（第 316 行）：如果使用设备树的话， r2 应该是设备树的起始地址，而设备树地址保存在 images的 ftd_addr 成员变量中。

第 46 行（第 317 行）：如果不使用设备树的话， r2 应该是 uboot 传递给 Linux 的参数起始地址，也就是环境变量 bootargs 的值。

第 57 行（第 328 行）：调用 kernel_entry 函数进入 Linux 内核， uboot 的使命也就完成了。

六、bootz 命令总结

bootz