u-boot 向linux 內核傳遞啓動參數(詳細)
U-BOOT 在啓動內核時,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，系統的根設備標誌，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，啓
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
啓動的時候會將啓動參數的地址放入R2 中，然後再啓動內核。
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，定義於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。
然後看看 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（按什麼格式）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。這裏的 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)，等於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，標記爲ATAG_CORE，參
數類型爲 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，如系統的根設備標誌，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
單獨的採用一個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。由於不同類型的參數傳遞的信息內容也不盡相同，爲了綜
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，如參數標記若爲ATAG_MEM32，則聯合體中採用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裏開始以及到哪裏結束呢？
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爲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 函數來啓動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); //最後是構建參數tag 結構結束的tag 結構，標示參數已經結束，參數標記爲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爲struct tag 的結構，這樣
便於內核存取各個參數
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 裏），最後一句是作爲鏈表的最關鍵部分，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 結構體的最後都要調用這個宏，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，而後者是
設置命令行標記（比如“root=/dev/mtdblock2 init=/linuxrc console=ttySAC0”）
到最後可以看到調用：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於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,對於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 爲例:
在內核中始終這個值的地方是: arch\arm\mach-s3c2410\mach-smdk2410.c 的最後
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, 必須等於0x30000100, 否者將會出現無法啓動的問題.
內核啓動後,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. 因爲內核跑
起來後,MMU 已經工作, 必須要把0x300000100 這個物理地址轉成邏輯地址然後在操作.對於u- boot 傳給
內核的參數中(tag), 內核比較關係memory 的信息,比如memory 地址的起始,大小等.如果沒有得到,那麼內
核無法啓動,內核會進入BUG()函數,然後死在那裏.
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