u-boot向linux內核傳遞啟動參數(詳細)
U-BOOT 在啟動內核時,會向內核傳遞一些參數.BootLoader 可以通過兩種方法傳遞參數給內核，一種是舊的參數結構方式（parameter_struct)，主要是 2.6 之前的內核使用的方式。另外一種就是現在的 2.6內核在用的參數鏈表 (tagged list) 方式。這些參數主要包括，系統的根設備標志，頁面大小，內存的起始地址和大小，RAMDISK的起始地址和大小，壓縮的RAMDISK根文件系統的起始地址和大小，當前內核命令參數等而這些參數是通過 struct tag來傳遞的。U-boot 把要傳遞給 kernel 的東西保存在 struct tag 數據結構中，啟動 kernel 時，把這個結構體的物理地址傳給kernel；Linux kernel 通過這個地址分析出u-boot傳遞的參數。大家都知道U-Boot啟動的時候會將啟動參數的地址放入R2中，然后再啟動內核。
首先看兩個重要的數據結構：
第一個是global_data，定義在include/asm-arm/global_data.h文件中：
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 */
#ifdef CONFIG_VFD
unsigned char vfd_type; /* display type */
#endif
#if 0
unsigned long cpu_clk; /* CPU clock in Hz! */
unsigned long bus_clk;
unsigned long ram_size; /* RAM size */
unsigned long reset_status; /* reset status register at boot */
#endif
void **jt; /* jump table */
} gd_t;
在同一個文件中有如下定義：
#define DECLARE_GLOBAL_DATA_PTR register volatile gd_t *gd asm ("r8")
在需要使用gd指針的時候，只需要加入DECLARE_GLOBAL_DATA_PTR這句話就可以了。可以知道，gd指針始終是放在r8中的。
其中的第一個變量，bd_t結構體，定義于include/asm-arm/u-boot.h中：
typedef struct bd_info {
int bi_baudrate; /* serial console baudrate */
unsigned long bi_ip_addr; /* IP Address */
unsigned char bi_enetaddr[6]; /* Ethernet adress */
struct environment_s *bi_env;
ulong bi_arch_number; /* unique id for this board */
ulong bi_boot_params; /* where this board expects params */
struct /* RAM configuration */
{
ulong start;
ulong size;
} bi_dram[CONFIG_NR_DRAM_BANKS];
#ifdef CONFIG_HAS_ETH1
/* second onboard ethernet port */
unsigned char bi_enet1addr[6];
#endif
} bd_t;
bd_t中的變量bi_boot_params，表示傳遞給內核的參數的位置。
然后看看gd和bd的初始化，在lib_arm/board.c中：
gd = (gd_t*)(_armboot_start - CFG_MALLOC_LEN - sizeof(gd_t));
memset ((void*)gd, 0, sizeof (gd_t));
gd->bd = (bd_t*)((char*)gd - sizeof(bd_t));
memset (gd->bd, 0, sizeof (bd_t));
說明這兩個結構體在內存中的位置是在uboot的代碼在往下的地址處，所以進行操作的時候不要覆蓋了這個位置！
在board/smdk2410/smdk2410.c中，有如下初始化：
gd->bd->bi_boot_params = 0x30000100; 說明參數位置在0x30000100。
現在，具體看看uboot是如何（按什么格式）把參數放入內存中。
內核參數鏈表的格式和說明可以從內核源代碼目錄樹中的 include/asm-arm/setup.h中找到，參數鏈表必須以ATAG_CORE 開始，以ATAG_NONE結束。這里的 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，而不是字節的個數)，等于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內核參數類型，包括：tag_core, tag_mem32，tag_ramdisk等。參數結構體之間的遍歷是通過函數 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：第一個內核參數結構體，標記為ATAG_CORE，參數類型為 tag_core。每個參數類型的定義請參考源代碼文件。
我們知道u-boot傳遞給內核的參數有很多個，如系統的根設備標志，頁面大小，內存的起始地址和大小，RAMDISK的起始地址和大小，壓縮的RAMDISK根文件系統的起始地址和大小等，而每個參數我們都是單獨的采用一個struct tag來標識的，之前提到的參數標記如ATAG_MEM32，ATAG_INTRD等就是用來標識該tag結構是用來存放的哪種類型的參數。由于不同類型的參數傳遞的信息內容也不盡相同，為了綜合不同參數的tag結構，所以在struct tag結構中定義了一個聯合體union，根據不同的參數標記符來選擇聯合體中不同的結構體來存儲參數的內容，如參數標記若為ATAG_MEM32，則聯合體中采用struct tag_mem32來存儲內存參數的內容。
然而內核是如何從gd->bd->bi_boot_params指定的地址上知道參數從哪里開始以及到哪里結束呢？
所以我們在構建各種參數tag時，在開始時先要構建一個參數標記為ATAG_CORE的tag結構標示從這個tag結構開始接下來就是參數
現來結合代碼分析在u-boot中是如何來構建這多個參數的tag結構：
/common/cmd_bootm.c 文件中，bootm 命令對應的do_bootm函數，當分析 uImage 中信息發現 OS 是 Linux 時 ，調用 ./lib_arm/bootm.c 文件中的do_bootm_linux 函數來啟動 Linux kernel 。
#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); //通過bd結構體中參數在內存中的存放地址gd->bd->bi_boot_params來構建初始化的tag結構，表明參數結構的開始
#ifdef CONFIG_SERIAL_TAG
setup_serial_tag (¶ms); //構建串口參數的tag結構
#endif
#ifdef CONFIG_REVISION_TAG
setup_revision_tag (¶ms);
#endif
#ifdef CONFIG_SETUP_MEMORY_TAGS
setup_memory_tags (bd); //構建內存參數的tag結構
#endif
#ifdef CONFIG_CMDLINE_TAG
setup_commandline_tag (bd, commandline); //構建命令行參數的tag結構
#endif
#ifdef CONFIG_INITRD_TAG
if (initrd_start && initrd_end)
setup_initrd_tag (bd, initrd_start, initrd_end); //構建ramdisk參數的tag結構
#endif
#if defined (CONFIG_VFD) || defined (CONFIG_LCD)
setup_videolfb_tag ((gd_t *) gd);
#endif
setup_end_tag (bd); //最后是構建參數tag結構結束的tag結構，標示參數已經結束，參數標記為ATAG_NONE
#endif
注意上面參數的tag結構的構建是有宏的約束的，再來看看具體是怎樣構建每個tag結構的：
#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)
static void setup_start_tag (bd_t *bd)
{
params = (struct tag *) bd->bi_boot_params;//將指定的內存中存放參數列表的地址強制轉化為struct tag的結構，這樣便于內核存取各個參數
params->hdr.tag = ATAG_CORE; //標示這個tag結構是用來標示參數結構的開始
params->hdr.size = tag_size (tag_core); //存放整個tag結構的大小
params->u.core.flags = 0;
params->u.core.pagesize = 0;
params->u.core.rootdev = 0;
params = tag_next (params);
}
其中用到了一個重要的指針:params，這是一個指向struct tag的指針，在文件的開始處聲明，可以被這個文件中的所有函數訪問：static struct tag *params;
tag和tag_header和內核中的結構一模一樣。tag_header中的tag字段表示的是這個tag的類型，在內核和Bootloader中通過一些固定的整形常量來表示：
#define ATAG_CORE 0x54410001
#define ATAG_NONE 0x00000000
#define ATAG_CORE 0x54410001
#define ATAG_MEM 0x54410002
#define ATAG_VIDEOTEXT 0x54410003
#define ATAG_RAMDISK 0x54410004
#define ATAG_INITRD 0x54410005
#define ATAG_INITRD2 0x54420005
#define ATAG_SERIAL 0x54410006
#define ATAG_REVISION 0x54410007
#define ATAG_VIDEOLFB 0x54410008
#define ATAG_CMDLINE 0x54410009
#define ATAG_ACORN 0x41000101
#define ATAG_MEMCLK 0x41000402
上面是初始化tag鏈表（在SDRAM里），最后一句是作為鏈表的最關鍵部分，它的定義是：
#define tag_next(t) ((struct tag *)((u32 *)(t) + (t)->hdr.size)) 作用是指向下一個tag結構體。一般在每個參數的tag結構體的最后都要調用這個宏，內核在遇到這個宏就可以直接跳轉到下一個參數tag結構體的地址上來存取。
再來看看其他參數種類的tag結構的構建
#ifdef CONFIG_SETUP_MEMORY_TAGS
static void setup_memory_tags (bd_t *bd)
{
int i;
for (i = 0; i < CONFIG_NR_DRAM_BANKS; i++) {
params->hdr.tag = ATAG_MEM;
params->hdr.size = tag_size (tag_mem32);
params->u.mem.start = bd->bi_dram[i].start;
params->u.mem.size = bd->bi_dram[i].size;
params = tag_next (params);
}
}
其中 defined (CONFIG_SETUP_MEMORY_TAGS) 和 defined (CONFIG_CMDLINE_TAG) 是必不可少的。前者是標記內存的信息，而后者是設置命令行標記（比如“root=/dev/mtdblock2 init=/linuxrc console=ttySAC0”）
到最后可以看到調用：theKernel (0, machid, bd->bi_boot_params);
當然,有很多的宏來選擇是否傳遞相應的tag到linux kenel.實際是這些所以針對于 bd->bi_boot_params 這個變量.這個變量是個整形變量,代表存放所有tag的buffer的地址.
例如,在 smdk2410.c 中的 board_init() 函數中,對于這個變量進行了如下賦值:
gd->bd->bi_boot_params = 0x30000100;
0x30000100 這個值可以隨意指定, 但是要保證和內核中相應的mach_type 一致.以smdk2410為例:
在內核中始終這個值的地方是: arch/arm/mach-s3c2410/mach-smdk2410.c的最后
MACHINE_START(SMDK2410, "SMDK2410")
.phys_ram = S3C2410_SDRAM_PA,
.phys_io = S3C2410_PA_UART,
.io_pg_offst = (((u32)S3C24XX_VA_UART) >> 18) & 0xfffc,
.boot_params = S3C2410_SDRAM_PA + 0x100,
.map_io = smdk2410_map_io,
.init_irq = smdk2410_init_irq,
.timer = &s3c24xx_timer,
MACHINE_END
紅色部分的值, 必須等于0x30000100, 否者將會出現無法啟動的問題.
內核啟動后,會讀取0x300000100位置的值, 當然,內核會把這個地址轉換成邏輯地址在操作. 因為內核跑起來后,MMU已經工作, 必須要把0x300000100這個物理地址轉成邏輯地址然后在操作.對于u- boot傳給內核的參數中(tag), 內核比較關系memory的信息,比如memory地址的起始,大小等.如果沒有得到,那么內核無法啟 動,內核會進入BUG()函數,然后死在那里.
而memory的信息是由 CONFIG_SETUP_MEMORY_TAGS 宏決定的. 因此當這個宏沒有被定義時,內核跑不起來. 初始化meminfo時會失敗. 現象就是:
Starting Kernel ...
死掉.
一般需要定義:
#define CONFIG_SETUP_MEMORY_TAGS
#define CONFIG_CMDLINE_TAG
// 傳給 Kernel 的參數＝ (struct tag *) 型的 bd->bi_boot_params
RFID管理系統集成商 RFID中間件 條碼系統中間層 物聯網軟件集成