如何启动内核vivi与Linux kernel的参数传递情景分析.docx
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如何启动内核vivi与Linuxkernel的参数传递情景分析
vivi开发笔记（十七）：
vivi与Linuxkernel的参数传递情景分析（上）
在上一部分提到过了，vivi作为bootloader，向内核传递启动参数是其本职工作之一。
要把这个情景分析清楚，不仅仅需要分析vivi的参数机制，而且要分析Linuxkernel的接收机制。
因为这是一个简单的通信过程，比起本科所学习的TCP/IP来简单的多，但是因为简单，所以在协议上并不规范，理解上反而不如TCP/IP协议。
下面就分为两个方面对此情景分析。
一、综述内核参数传递机制
现在内核参数传递机制有两种：
一种是基于structparam_struct，这种已经比较老了。
缺点是该结构每个成员的位置是固定的，受限比较大。
另外一种就是新的structtagway。
说新是相对的，Linuxkernel2.4.x都希望采用这种tag的方式。
关于这方面的资料，可以有如下参考（所给出的目录是基于linux-2.4.18的内核，以顶层Makefile所在目录为当前目录。
这里基于ARM架构的S3C2410，其他的SoC可以类比很容易得到）：
1、关于bootloader的理解--【Documentation/arm/booting】
此文档详细的讲述了bootloader的作用，具体内容如下：
[armlinux@lqmarm]$catBooting
BootingARMLinux
=================
Author:
RussellKing
Date:
18May2002
Thefollowingdocumentationisrelevantto2.4.18-rmk6andbeyond.
InordertobootARMLinux,yourequireabootloader,whichisasmall
programthatrunsbeforethemainkernel.Thebootloaderisexpected
toinitialisevariousdevices,andeventuallycalltheLinuxkernel,
passinginformationtothekernel.
Essentially,thebootloadershouldprovide（asaminimum）the
following:
1.SetupandinitialisetheRAM.
2.Initialiseoneserialport.
3.Detectthemachinetype.
4.Setupthekerneltaggedlist.
5.Callthekernelimage.
1.SetupandinitialiseRAM
---------------------------
Existingbootloaders:
MANDATORY
Newbootloaders:
MANDATORY
ThebootloaderisexpectedtofindandinitialiseallRAMthatthe
kernelwilluseforvolatiledatastorageinthesystem.Itperforms
thisinamachinedependentmanner.（Itmayuseinternalalgorithms
toautomaticallylocateandsizeallRAM,oritmayuseknowledgeof
theRAMinthemachine,oranyothermethodthebootloaderdesigner
seesfit.）
2.Initialiseoneserialport
-----------------------------
Existingbootloaders:
OPTIONAL,RECOMMENDED
Newbootloaders:
OPTIONAL,RECOMMENDED
Thebootloadershouldinitialiseandenableoneserialportonthe
target.Thisallowsthekernelserialdrivertoautomaticallydetect
whichserialportitshoulduseforthekernelconsole（generally
usedfordebuggingpurposes,orcommunicationwiththetarget.）
Asanalternative,thebootloadercanpasstherelevant'console='
optiontothekernelviathetaggedlistsspecifingtheport,and
serialformatoptionsasdescribedin
linux/Documentation/kernel-parameters.txt.
3.Detectthemachinetype
--------------------------
Existingbootloaders:
OPTIONAL
Newbootloaders:
MANDATORY
Thebootloadershoulddetectthemachinetypeitsrunningonbysome
method.Whetherthisisahardcodedvalueorsomealgorithmthat
looksattheconnectedhardwareisbeyondthescopeofthisdocument.
ThebootloadermustultimatelybeabletoprovideaMACH_TYPE_xxx
valuetothekernel.（seelinux/arch/arm/tools/mach-types）.
4.Setupthekerneltaggedlist
-------------------------------
Existingbootloaders:
OPTIONAL,HIGHLYRECOMMENDED
Newbootloaders:
MANDATORY
Thebootloadermustcreateandinitialisethekerneltaggedlist.
AvalidtaggedliststartswithATAG_COREandendswithATAG_NONE.
TheATAG_COREtagmayormaynotbeempty.AnemptyATAG_COREtag
hasthesizefieldsetto'2'（0x00000002）.TheATAG_NONEmustset
thesizefieldtozero.
Anynumberoftagscanbeplacedinthelist.Itisundefined
whetherarepeatedtagappendstotheinformationcarriedbythe
previoustag,orwhetheritreplacestheinformationinits
entirety;sometagsbehaveastheformer,othersthelatter.
Thebootloadermustpassataminimumthesizeandlocationof
thesystemmemory,androotfilesystemlocation.Therefore,the
minimumtaggedlistshouldlook:
+-----------+
base->|ATAG_CORE||
+-----------+|
|ATAG_MEM||increasingaddress
+-----------+|
|ATAG_NONE||
+-----------+v
ThetaggedlistshouldbestoredinsystemRAM.
Thetaggedlistmustbeplacedinaregionofmemorywhereneither
thekerneldecompressornorinitrd'bootp'programwilloverwrite
it.Therecommendedplacementisinthefirst16KiBofRAM.
5.Callingthekernelimage
---------------------------
Existingbootloaders:
MANDATORY
Newbootloaders:
MANDATORY
TherearetwooptionsforcallingthekernelzImage.IfthezImage
isstoredinflash,andislinkedcorrectlytoberunfromflash,
thenitislegalforthebootloadertocallthezImageinflash
directly.
ThezImagemayalsobeplacedinsystemRAM（atanylocation）and
calledthere.Notethatthekerneluses16KofRAMbelowtheimage
tostorepagetables.Therecommendedplacementis32KiBintoRAM.
Ineithercase,thefollowingconditionsmustbemet:
-CPUregistersettings
r0=0,
r1=machinetypenumberdiscoveredin（3）above.
r2=physicaladdressoftaggedlistinsystemRAM.
-CPUmode
Allformsofinterruptsmustbedisabled（IRQsandFIQs）
TheCPUmustbeinSVCmode.（AspecialexceptionexistsforAngel）
-Caches,MMUs
TheMMUmustbeoff.
Instructioncachemaybeonoroff.
Datacachemustbeoff.
-Thebootloaderisexpectedtocallthekernelimagebyjumping
directlytothefirstinstructionofthekernelimage.
可以看出bootloader最少具备5项功能，上面比较清晰。
可以看出，现在2.4的内核都是希望采用taggedlist的方式来进行传递的，这里没有提到比较老的方式。
这里要特别注意的是，r2=physicaladdressoftaggedlistinsystemRAM.，这里的“必须”是针对于taggedlist而言的，如果采用param_struct，则并没有这个限制。
这在后面将会详细分析，而这正是可能导致疑惑的地方。
2、参数传递数据结构的定义位置【include/asm/setup.h】，在这里就可以看到两种参数传递方式了。
可以说，现在bootloader和Linuxkernel约定的参数传递机制就是这两种，必须严格按照这两种机制进行传输，否则的话，kernel可能因为无法识别bootloader传递过来的参数而导致无法启动。
关于这两种方式，在这里还有说明：
/*
*linux/include/asm/setup.h
*
*Copyright（C）1997-1999RussellKing
*
*Thisprogramisfreesoftware;youcanredistributeitand/ormodify
*itunderthetermsoftheGNUGeneralPublicLicenseversion2as
*publishedbytheFreeSoftwareFoundation.
*
*Structurepassedtokerneltotellitaboutthe
*hardwareit'srunningon.Seelinux/Documentation/arm/Setup
*formoreinfo.
*
*NOTE:
*Thisfilecontainstwowaystopassinformationfromtheboot
*loadertothekernel.Theoldstructparam_structisdeprecated,
*butitwillbekeptinthekernelfor5yearsfromnow
*（2001）.Thiswillallowbootloaderstoconverttothenewstruct
*tagway.
*/
这说明，现在参数传递必须要采用tag方式，因为现在新的kernel已经不支持param_struct方式了。
不幸的是，vivi还是采用的param_struct方式。
这里暂时以param_struct为主分析，考虑以后更新为tag方式。
在这里你也可以参考【Documentation/arm/setup】，里面有关于选项具体含义的详细说明。
（在这里多说几句。
Linux的Documentation是一个很好的学习库，几乎所有的问题在这里都能有初步的解答。
如果要想继续深入，那么就要读源代码了。
学习上，先看README，然后翻阅Documentation，无疑是一条捷径。
而且，是否有完备的文档，也是判断这个软件是否优秀的重要标准。
）
二、vivi设置Linux参数分析
上面对bootloader与Linuxkernel之间参数传递的两种方式已经有了一个总体的理解。
下面就来先看vivi部分如何设置Linux参数。
【init/main.c】boot_or_vivi（）-->run_autoboot（）-->exec_string（"boot"）
到此，也就是要执行boot命令。
与命令相关部分都在【lib/command.c】中，找到boot_cmd，然后跟踪至【lib/boot_kernel.c】，boot的执行行为函数为command_boot（），继续分析：
【lib/boot_kernel.c】command_boot（）-->
主要就是三步工作。
·获取media_type。
media_type=get_param_value（"media_type",&ret）;
media_type是重要的，因为对于不同的存储介质，底层的驱动函数是不同的。
通过media_type这个顶层抽象，实现了与底层驱动的联系。
[armlinux@lqminclude]$catboot_kernel.h
#ifndef_VIVI_BOOT_KERNEL_H_
#define_VIVI_BOOT_KERNEL_H_
/*
*MediaType:
Atypeofstoragedevicethatcontainsthelinuxkernel
*
*+----------------+-----------------------------------------+
*|Value（Integer）|Type|
*+----------------+-----------------------------------------+
*|0|UNKNOWN|
*|1|RAM|
*|2|NORFlashMemory|
*|3|SMC（NANDFlashMemory）ontheS3C2410|
*+----------------+-----------------------------------------+
*/
enum{
MT_UNKNOWN=0,
MT_RAM,
MT_NOR_FLASH,
MT_SMC_S3C2410
};
#endif/*_VIVI_BOOT_KERNEL_H_*/
上面就是vivi支持的media_type，现在此开发板是MT_SMC_S3C2410，也就是nandflashmemory的选择部分。
·获取nandflash的kernel分区信息，为下载做好准备
kernel_part=get_mtd_partition（"kernel"）;
if（kernel_part==NULL）{
printk（"Can'tfinddefault'kernel'partition\n"）;
return;
}
from=kernel_part->offset;
size=kernel_part->size;
这里获得了kernel所在nandflash的起始地址和大小。
这里应该注意，虽然kernel_part->offset是偏移量，但是这个偏移是相对于0x00000000而言，所以这时的offset就是对应的起始地址。
当然，对nandflash来说，这里的地址并非是内存映射，需要做一系列的变化，具体是在nand_read_ll函数中，前面的基本实验已经做过了。
·启动内核
boot_kernel（from,size,media_type）;
利用前面得到的media_type，from，size就可以来启动内核了，当然还有多步工作要去做。
具体包括如下内容：
（1）获取内存基地址
boot_mem_base=get_param_value（"boot_mem_base",&ret）;
在vivi中，sdram是从0x30000000开始的，所以这里的boot_mem_base就是0x30000000.
（2）把kernel映象从nandflash复制到sdram的固定位置
to=boot_mem_base+LINUX_KERNEL_OFFSET;
printk（"Copylinuxkernelfrom0x%08lxto0x%08lx,size=0x%08lx...",
from,to,size）;
ret=copy_kernel_img（to,（char*）from,size,media_type）;
这里LINUX_KERNEL_OFFSET是0x8000，关于为什么是0x8000，这是历史原因造成的，是Linux内核的一个约定，具体可以查看Linux内核的源代码中的arch/arm/kernel/head_armv.S，如下：
/*
*Weplacethepagetables16KbelowTEXTADDR.Therefore,wemustmakesure
*thatTEXTADDRiscorrectlyset.Currently,weexpecttheleastsignificant
*"short"tobe0x8000,butwecouldprobablyrelaxthisrestrictionto
*TEXTADDR>PAGE_OFFSET+0x4000
*
*Notethatswapper_pg_diristhevirtualaddressofthepagetables,and
*pgtblgivesusaposition-independentreferencetothesetables.Wecan
*dothisbecausestext==TEXTADDR
*
*swapper_pg_dir,pgtblandkrnladrareallcloselyrelated.
*/
可以看出，TEXTADDR就是stext的地址，本开发板上为0x30008000，在0x30008000往下，会放置16K的页表，预计是0x8000.不过此处可能会放松这个限制。
另外，我们的一些参数也会放到内存起始区域。
这在后面就可以看到。
总之，这个地方的位置boot_mem_base也就是kernel的第一条指令所在地，最后的程序跳转要跳到这个位置。
（
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