u-boot分析（三）---boot命令实现以及内核的启动

上片博文总结出了u-boot的工作流程，今天我们来分析，u-boot的两个比较重要的内容

1.        U-boot命令的实现

2.        U-boot如何启动内核

l  命令实现

我们的u-boot可以解析输入的命令，比如print、setenv、saveenv等命令，我们下来对其的实现进行分析。

我们昨天分析到BL2最后停在了main_loop处，那么我们输入的命令肯定也是在这个函数中实现的，我们找到该函数，在main_loop函数中run_command函数很容易引起我们的关注，跳到该函数进行分析，在该函数中有下面几个比较重要的点

1.        从注释我们很容易知道这段代码是在对命令进行分离，并且u-boot支持’;’分离命令。

         /*
          * Find separator, or string end
          * Allow simple escape of ';' by writing "\;"
          */
         for (inquotes = , sep = str; *sep; sep++) {
             if ((*sep=='\'') &&
                 (*(sep-) != '\\'))
                 inquotes=!inquotes;
 
             if (!inquotes &&
                 (*sep == ';') &&    /* separator        */
                 ( sep != str) &&    /* past string start    */
                 (*(sep-) != '\\'))    /* and NOT escaped    */
                 break;
         }

2.        分离参数

         /* Extract arguments */
         if ((argc = parse_line (finaltoken, argv)) == ) {
             rc = -;    /* no command at all */
             continue;
         }

3.        用第一个参数argv[0]在命令列表中寻找对应的命令，并返回一个cmd_tbl_t类型的实例。我们可以猜到这个结构体应该保函了有关命令的一系列内容。

 /* Look up command in command table */
         if ((cmdtp = find_cmd(argv[])) == NULL) {
             printf ("Unknown command '%s' - try 'help'\n", argv[]);
             rc = -;    /* give up after bad command */
             continue;
         }

n  我们先看find_cmd，通过代码跟踪我们会在find_cmd_tbl函数中找到核心代码

 for (cmdtp = table;
          cmdtp != table + table_len;
          cmdtp++) {
         if (strncmp (cmd, cmdtp->name, len) == ) {
             if (len == strlen (cmdtp->name))
                 return cmdtp;    /* full match */
 
             cmdtp_temp = cmdtp;    /* abbreviated command ? */
             n_found++;
         }
     }

通过上面代码我们知道了其查找方法，但是相信很多人和我一样很疑惑这个命令表到底在什么地方。

按照我们对上面代码的阅读，和猜测我们可以知道这个表的开始地址是table，我们可以轻松的找到table的来源。

 cmd_tbl_t *find_cmd (const char *cmd)
 {
     int len = &__u_boot_cmd_end - &__u_boot_cmd_start;
     return find_cmd_tbl(cmd, &__u_boot_cmd_start, len);
 }

通过上面代码我们知道table等于__u_boot_cmd_start，通过全局搜索，我们找到这个地址的来源是\arch\arm\cpu\armv7\u-boot.lds

     __u_boot_cmd_start = .;
     .u_boot_cmd : { *(.u_boot_cmd) }
     __u_boot_cmd_end = .;

在__u_boot_cmd_start和__u_boot_cmd_end之间放了一个.u_boot_cmd段，我们再对这个段名进行搜索找到了下面的宏

 #define Struct_Section  __attribute__ ((unused,section (".u_boot_cmd")))//强制设置段属性为.u_boot_cmd

其肯定通过该宏又定义了什么东西，再经过搜索我们找到以下内容

 #define U_BOOT_CMD_COMPLETE(name,maxargs,rep,cmd,usage,help,comp) \
     cmd_tbl_t __u_boot_cmd_##name Struct_Section = \
         U_BOOT_CMD_MKENT_COMPLETE(name,maxargs,rep,cmd,usage,help,comp)

其又定义了一个宏，通过对宏的阅读我们可以知道，通过U_BOOT_CMD_COMPLETE这个宏可以定义一个cmd_tbl_t类型的结构体，并且将该结构体的段属性强制设置为.u_boot_cmd，再对这个宏搜索，找到的只有几个命令，完全对不上，但是我们又找到下面的宏

 #define U_BOOT_CMD(name,maxargs,rep,cmd,usage,help) \
     U_BOOT_CMD_COMPLETE(name,maxargs,rep,cmd,usage,help,NULL)

通过对U_BOOT_CMD的搜索我们找到了大量的命令定义。

至此我们可以完全清楚了这个命令表示怎么来的，其是通过U_BOOT_CMD这样一个宏去定义命令。随便可以找到例子：

 U_BOOT_CMD(
     help,    CONFIG_SYS_MAXARGS,    ,    do_help,
     "print command description/usage",
     "\n"
     "    - print brief description of all commands\n"
     "help command ...\n"
     "    - print detailed usage of 'command'"
 );

n  再来看cmd_tbl_t结构体，其中保函了命令名，最大参数，以及对应函数等内容。

 struct cmd_tbl_s {
     char        *name;        /* Command Name            */
     int        maxargs;    /* maximum number of arguments    */
     int        repeatable;    /* autorepeat allowed?        */
                     /* Implementation function    */
     int        (*cmd)(struct cmd_tbl_s *, int, int, char * const []);
     char        *usage;        /* Usage message    (short)    */
 #ifdef    CONFIG_SYS_LONGHELP
     char        *help;        /* Help  message    (long)    */
 #endif
 #ifdef CONFIG_AUTO_COMPLETE
     /* do auto completion on the arguments */
     int        (*complete)(int argc, char * const argv[], char last_char, int maxv, char *cmdv[]);
 #endif
 };

至此我们可以通过上面的内容实现我们自己的简单u-boot命令，下面是我实现的hello命令

 #include <common.h>
 #include <command.h>
 
 int do_hello(cmd_tbl_t * cmdtp, int flag, int argc, char * const argv[])
 {
     printf("hello u-boot");
     return ;
 }
 
 U_BOOT_CMD(
     hello,    CONFIG_SYS_MAXARGS,    ,    do_hello,
     "print hello",/*短帮助信息*/
     "\n hello cmd ............"//长帮帮助信息
     );

加入上面内容，并且修改common目录下的makefile，然后重新编译u-boot，就会完成我们自己的u-boot命令，至此我们的u-boot命令实现分析完毕。

l  启动内核

我们的u-boot可以通过nand、tftp等方式，将我们的内核加载至内存，对于这个过程今天就不重点去分析了，今天我们重点分析从内存中如何启动内核，我们都知道启动内核的时候要用到bootm命令，按照我们上面分析命令实现的经验，可以猜出其必然会去运行do_bootm函数。下面我们主要分析这个函数的实现。

我们的bootm只能启动uImage，然而uImage = zImage（真正的内核） + 头信息。所以我们首先来看看头信息：

typedef struct image_header {
    uint32_t    ih_magic;    /* Image Header Magic Number    */
    uint32_t    ih_hcrc;    /* Image Header CRC Checksum    */
    uint32_t    ih_time;    /* Image Creation Timestamp    */
    uint32_t    ih_size;    /* Image Data Size        */
    uint32_t    ih_load;    /* Data     Load  Address        */
    uint32_t    ih_ep;        /* Entry Point Address        */
    uint32_t    ih_dcrc;    /* Image Data CRC Checksum    */
    uint8_t        ih_os;        /* Operating System        */
    uint8_t        ih_arch;    /* CPU architecture        */
    uint8_t        ih_type;    /* Image Type            */
    uint8_t        ih_comp;    /* Compression Type        */
    uint8_t        ih_name[IH_NMLEN];    /* Image Name        */
} image_header_t;

这里面存放了大量的内核信息，我们也可以找到do_bootm中用这些信息进行内核的校验，加载地址的校验等工作。

假设我们启动的是linux（u-boot支持多种系统启动，下面代码列出），我们的u-boot会执行到do_bootm_linux函数

 static boot_os_fn *boot_os[] = {
 #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_CMD_ELF)
     [IH_OS_VXWORKS] = do_bootm_vxworks,
     [IH_OS_QNX] = do_bootm_qnxelf,
 #endif
 #ifdef CONFIG_INTEGRITY
     [IH_OS_INTEGRITY] = do_bootm_integrity,
 #endif
 };

下面我们来分析do_bootm_linux函数主要有以下内容

a)        和内核进行交接工作，为内核设置启动参数

#if defined (CONFIG_SETUP_MEMORY_TAGS) || \
    defined (CONFIG_CMDLINE_TAG) || \
    defined (CONFIG_INITRD_TAG) || \
    defined (CONFIG_SERIAL_TAG) || \
    defined (CONFIG_REVISION_TAG)
    setup_start_tag (bd);
#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);
#endif
#ifdef CONFIG_CMDLINE_TAG
    setup_commandline_tag (bd, commandline);
#endif
#ifdef CONFIG_INITRD_TAG
    if (images->rd_start && images->rd_end)
        setup_initrd_tag (bd, images->rd_start, images->rd_end);
#endif
    setup_end_tag(bd);
#endif

这些代码主要是将参数，按照固定的格式写到固定的地方。内核启动后将会去这个地址读取参数。

b)        跳到入口地址，启动内核

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

machid：我们的机器ID

bd->bi_boot_params：刚才提到的参数的地址

至此我们今天的工作全部结束。