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Uboot在S3C2440上的移植詳解（六）

作者： 時間：2016-11-09 來源：網(wǎng)絡(luò) 收藏
一、移植環(huán)境

二、移植步驟

10）u-boot利用tftp服務(wù)下載內(nèi)核和利用nfs服務(wù)掛載nfs文件系統(tǒng)。
知識點(diǎn)：

  1. tftp服務(wù)的安裝與配置及測試；

  2. nfs服務(wù)的安裝與配置及測試；

  3. u-boot到kernel的參數(shù)傳遞(重點(diǎn))。

我們知道使用tftp下載內(nèi)核和使用nfs掛載文件系統(tǒng)的好處是，當(dāng)我們重新編譯內(nèi)核或文件系統(tǒng)后不用重新把這些鏡像文件再燒錄到flash上，而是把這些鏡像文件放到開發(fā)主機(jī)的tftp或nfs服務(wù)的主目錄下，通過網(wǎng)絡(luò)來加載他們，不用頻繁的往flash上燒，這樣一可以保護(hù)flash的使用壽命，二可以方便的調(diào)試內(nèi)核或文件系統(tǒng)，提高開發(fā)效率?？梢姡寀-boot實現(xiàn)這個功能是一件很有意義的事情。

實現(xiàn)這樣的功能很簡單，網(wǎng)上也有很多資料。但有很多細(xì)節(jié)的東西如果稍不注意就導(dǎo)致失敗，這里就結(jié)合本人實現(xiàn)的過程進(jìn)行講述和一些問題的分析。

  • tftp服務(wù)的安裝與配置及測試

要使用tftp服務(wù)及測試它要安裝兩個軟件包，一個就是tftp服務(wù)器，另外一個就是tftp客戶端，這里安裝客戶端只是用于在主機(jī)本地測試tftp服務(wù)器是否正常運(yùn)行的，來確保u-boot能夠訪問tftp服務(wù)(u-boot中已有tftp客戶端的功能，其實在前面幾篇中都已經(jīng)使用了tftp下載內(nèi)核或文件系統(tǒng)到開發(fā)板上，如果那里都做到了，這里就可以直接跳過)。

首先使用rpm命令查看你的主機(jī)上是否已經(jīng)安裝了tftp服務(wù)器和客戶端，如果沒有安裝就去下載這兩個軟件包進(jìn)行安裝或者可以使用yum命令進(jìn)行在線安裝，yum會自動的去搜索適合你主機(jī)平臺的最新軟件包進(jìn)行下載安裝，如果主機(jī)已經(jīng)安裝了，則會提示軟件包已經(jīng)安裝了最新的版本。如下圖所示：

配置tftp服務(wù)器，主要是配置tftp的主目錄及訪問權(quán)限。因tftp服務(wù)依賴于xinetd服務(wù)，所以一般tftp服務(wù)安裝好后其配置文件一般會在/etc/xinetd.d/目錄下：

  • nfs服務(wù)的安裝與配置及測試

以root的身份在控制臺輸入setup，在系統(tǒng)服務(wù)選項中選中nfs服務(wù)，如下圖：

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配置NFS服務(wù)器的共享主目錄，也要注意權(quán)限問題：

  • u-boot到kernel的參數(shù)傳遞

我們知道，在kernel配置選項Boot options中有一個Default kernel command string參數(shù)項，而在u-boot參數(shù)中也有一個bootargs參數(shù)項，他們都是供內(nèi)核啟動用的，那他們又有什么區(qū)別呢，內(nèi)核啟動時到底是用哪一個呢？兩種參數(shù)項分別如下圖所示(kernel中的參數(shù)指定是從開發(fā)板Flash分區(qū)上掛載文件系統(tǒng)，u-boot中的參數(shù)指定的是從NFS掛載文件系統(tǒng))：

實際上，內(nèi)核中的參數(shù)項是內(nèi)核默認(rèn)提供的，在內(nèi)核配置時去指定，而u-boot提供的則在u-boot啟動時傳遞到內(nèi)核中取代內(nèi)核提供的參數(shù)。所以當(dāng)u-boot沒有提供bootargs參數(shù)時，內(nèi)核啟動就是用內(nèi)核配置時指定的參數(shù)，當(dāng)u-boot提供了bootargs參數(shù)時就使用u-boot的參數(shù)。

那么，u-boot是如果將參數(shù)信息傳遞到內(nèi)核中的呢？而內(nèi)核又是怎么接收u-boot傳遞過來的參數(shù)呢？這就涉及到一點(diǎn)點(diǎn)ARM寄存器的知識了。

我們知道，ARM有7種工作模式和37個寄存器(31個通用寄存器和6個狀態(tài)寄存器)，如下圖：
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ARM工作模式之間的轉(zhuǎn)換就是利用這些寄存器進(jìn)行，而u-boot參數(shù)的傳遞也利用了三個通用寄存器R0、R1和R2。關(guān)于ARM工作模式和寄存器在這里就不做講敘了，以后再講，這里你就理解成u-boot在啟動的時候把參數(shù)存放到這三個寄存器中，到內(nèi)核啟動時再把寄存器中的參數(shù)取出，當(dāng)然，他們并不是就這樣簡單的操作。下面我們看代碼一一分析。

首先，我們來分析一下u-boot是怎樣處理和發(fā)送要傳遞的參數(shù)，而u-boot要傳遞的參數(shù)又有哪些呢？除了我們最容易知道的bootargs(即內(nèi)核commandline)參數(shù)項外，要傳遞的參數(shù)還有MACH_TYPE(即我們所說的機(jī)器碼)、系統(tǒng)根設(shè)備信息(標(biāo)志，頁面大小)、內(nèi)存信息(起始地址，大小)、RAMDISK信息(起始地址，大小)、壓縮的RAMDISK根文件系統(tǒng)信息(起始地址，大小)。由此可見要傳遞的參數(shù)很多，這時候，u-boot就提供一種叫做參數(shù)鏈表(tagged list)的方式把這些參數(shù)組織起來，鏈表結(jié)構(gòu)體定義在：include/asm-arm/setup.h中，而實現(xiàn)鏈表的組織在lib_arm/bootm.c中：
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我們可以看到，鏈表的組織是由一系列函數(shù)實現(xiàn)，u-boot規(guī)定，鏈表必須以ATAG_CORE標(biāo)記開始，以ATAG_NONE標(biāo)記結(jié)束，中間就是一些參數(shù)標(biāo)記項，這點(diǎn)從代碼中可以體現(xiàn)出來。那么在這些函數(shù)中有一個bd的參數(shù)是至關(guān)重要的，它是一個bd_info類型的結(jié)構(gòu)體，定義在include/asm-arm/u-boot.h中，而這個結(jié)構(gòu)體又被一個global_data類型的結(jié)構(gòu)體所引用，定義在include/asm-arm/global_data.h中，如下：
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那么，那個bd參數(shù)到底是做什么用的呢？從定義中可以得知，bd記錄了機(jī)器碼、u-boot參數(shù)鏈表在內(nèi)存中的地址等信息，那又問，它在什么地方進(jìn)行記錄的呢？它就在我們自己開發(fā)板初始化代碼中記錄的，如：board/samsung/my2440/my2440.c中
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注意：bd_t被gd_t所引用，而在global_data.h中我們可以看到，u-boot定義了一個gd_t的全局指針變量*gd，所以在這里就可以直接使用gd來設(shè)置bd了。

好了，我們還是接著分析這個參數(shù)鏈表是如何被傳遞的，組織參數(shù)鏈表的系列函數(shù)在一個叫do_bootm_linux的函數(shù)中被調(diào)用的，還是定義在lib_arm/bootm.c中
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從這個函數(shù)中我們可以看到，要使參數(shù)傳遞生效必須需要CONFIG_SETUP_MEMORY_TAGS和CONFIG_CMDLINE_TAG這兩個宏的支持，所以需要在include/configs/my2440.h中定義它們。原來我就是沒定義它們，在使用NFS掛載文件系統(tǒng)時就出現(xiàn)問題。同時，theKernel這個函數(shù)指針是u-boot參數(shù)傳遞的至關(guān)點(diǎn)，我們知道，函數(shù)在內(nèi)存中執(zhí)行的時候其實就是一個地址，而在代碼中首先將這個函數(shù)指針指向kernel的入口地址，最后還將0、機(jī)器碼和u-boot參數(shù)項在內(nèi)存中的地址帶給這個入口地址，故執(zhí)行這個入口地址的時候即kernel啟動的時候可以有這三個參數(shù)進(jìn)行接收。那么，這個入口地址(kernel啟動地址或者說kernel入口地址)是怎么來的是誰指定的，又是多少呢？看代碼，是從一個bootm_headers_t類型的結(jié)構(gòu)體的成員ep取得的，而這個結(jié)構(gòu)體是從調(diào)用do_bootm_linux的地方傳遞過來的。bootm_headers_t定義在include/image.h中，do_bootm_linux在common/cmd_bootm.c中被調(diào)用，如下：
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從代碼中可以清楚的看到對bootm_headers_t的成員ep進(jìn)行了賦值，但是還是不夠直觀這個入口地址到底是多少？只知道是使用image_get_ep函數(shù)從bootm_headers_t中的legacy_hdr_os_copy上取得的，那它在什么地方被賦值的呢？原來在image_set_ep函數(shù)中，定義在tools/mkimage.c中，如下：
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我們再想想，這個mkimage.c是做什么用的？原來是用它來制作u-boot格式的內(nèi)核——uImage，還記得怎樣使用mkimage來制作uImage吧，在“u-boot-2009.08在2440上的移植詳解（四）”中講到，如下：

mkimage [-x]-A arch -O os -T type -C comp -a addr -e ep -n name -d data_file[:data_file...] image

選項：
-A：set architecture to arch//用于指定CPU類型，比如ARM
-O：set operating system to os//用于指定操作系統(tǒng)，比如Linux
-T：set image type to type//用于指定image類型，比如Kernel
-C：set compression type comp//指定壓縮類型
-a：set load address to addr(hex)//指定image的載入地址
-e：set entry point to ep(hex)//內(nèi)核的入口地址，一般為image的載入地址+0x40（信息頭的大?。?br />-n：set image name to name//image在頭結(jié)構(gòu)中的命名
-d：use image data from datafile//無頭信息的image文件名
-x：set XIP (execute in place)//設(shè)置執(zhí)行位置

例如：
mkimage -n linux-2.6.30.4-A arm -O linux -T kernel -C none -a 0x30008000 -e 0x30008000 -d zImage uImage.img

呵呵，相信此時的你撥云見日，茅塞頓開了吧！這個入口地址就是0x30008000，這也正是為什么u-boot一定要使用uImage的格式來啟動內(nèi)核的原因之一。注意：這里有個kernel入口地址0x30008000，在上面還提到一個u-boot參數(shù)鏈表在內(nèi)存中的地址0x30000100，試想如果這里指定的kernel入口地址覆蓋了參數(shù)鏈表的地址會怎么樣？

好了，把上面每個步驟從下往上看就可以知道u-boot參數(shù)項在u-boot端的傳遞的整個流程了，那么，接下來再分析u-boot參數(shù)項在kernel端是怎樣接收的。

kernel啟動的流程如下圖所示：
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在文件arch/arm/boot/compressed/head.S中，start是zImage的起始點(diǎn)，部分代碼如下：

start:
......

.word 0x016f2818 @ Magic numbers to help the loader
.word start @ absolute load/run zImage address
.word _edata @ zImage end address
1:mov r7, r1 @ save architecture ID
mov r8, r2 @ save atags pointer
......

wont_overwrite: mov r0, r4
mov r3, r7
bl decompress_kernel
b call_kernel

......

call_kernel: bl cache_clean_flush
bl cache_off
mov r0, #0 @ must be zero
mov r1, r7 @ restore architecture number
mov r2, r8 @ restore atags pointer
mov pc, r4 @ call kernel

......

首先，將u-boot傳遞過來的r1(機(jī)器碼)、r2(參數(shù)鏈表在內(nèi)在中的物理地址)分別保存到ARM寄存器r7、r8中，再將r7作為參數(shù)傳遞給解壓函數(shù)decompress_kernel()，在這個解壓函數(shù)中再將r7傳遞給全局變量__machine_arch_type，然后在跳轉(zhuǎn)到vmlinux入口之前再將r7、r8還原到r1、r2中。

在arch/arm/kernel/head.S文件中，內(nèi)核vmlinux入口的部分代碼如下：

ENTRY(stext)
setmode PSR_F_BIT | PSR_I_BIT | SVC_MODE, r9 @ ensure svc mode @ andirqs disabled
mrc p15, 0, r9, c0, c0 @ get processor id
bl __lookup_processor_type @ r5=procinfo r9=cpuid
movs r10, r5 @ invalid processor (r5=0)?
beq __error_p @ yes, error p
bl __lookup_machine_type @ r5=machinfo
movs r8, r5 @ invalid machine (r5=0)?
beq __error_a @ yes, error a
bl __vet_atags
bl __create_page_tables

......

首先從ARM特殊寄存器（CP15）中獲得ARM內(nèi)核的類型，從處理器內(nèi)核描述符（proc_info_list）表（__proc_info_begin—__proc_info_end）中查詢有無此ARM 內(nèi)核的類型，如果無就出錯退出。處理器內(nèi)核描述符定義在include/asm-arm/procinfo.h中，具體的函數(shù)實現(xiàn)在 arch/arm/mm/proc-xxx.S中，在編譯連接過程中將各種處理器內(nèi)核描述符組合成表。接著從機(jī)器描述（machine_desc）表（__mach_info_begin—__mach_info_end）中查詢有無r1寄存器指定的機(jī)器碼，如果沒有就出錯退出，所以這也說明了為什么在u-boot中指定的機(jī)器碼一定要與內(nèi)核中指定的一致，否則內(nèi)核就無法啟動。機(jī)器編號mach_type_xxx在arch/arm/tools/mach-types文件中說明，每個機(jī)器描述符中包括一個唯一的機(jī)器編號，機(jī)器描述符的定義在 include/asm-arm/mach/arch.h中，具體實現(xiàn)在arch/arm/mach-xxxx文件夾中，在編譯連接過程中將基于同一種處理器的不同機(jī)器描述符組合成表。例如，S3C2440處理器的機(jī)器碼為1008的機(jī)器描述符如下所示：

MACHINE_START(SMDK2440,"SMDK2440")
/* Maintainer: Ben Dooks */
.phys_io = S3C2410_PA_UART,
.io_pg_offst =(((u32)S3C24XX_VA_UART)>> 18)& 0xfffc,
.boot_params = S3C2410_SDRAM_PA + 0x100,//注意：這個地址就是與u-boot中參數(shù)鏈表在內(nèi)存中的物理地址相對應(yīng)

.init_irq = s3c24xx_init_irq,
.map_io = smdk2440_map_io,
.init_machine = smdk2440_machine_init,
.timer =&s3c24xx_timer,
MACHINE_END

最后就打開MMU，并跳轉(zhuǎn)到 init/main.c的start_kernel（）初始化系統(tǒng)。函數(shù)start_kernel（）的部分代碼如下：

asmlinkage void __init start_kernel(void)
{
......
setup_arch(&command_line);
......
}

函數(shù)setup_arch在arch/arm/kernel/setup.c中實現(xiàn)，部分代碼如下：

void __init setup_arch(char**cmdline_p)
{
......
setup_processor();
mdesc = setup_machine(machine_arch_type);
......
parse_tags(tags);
......
}

setup_processor（）函數(shù)從處理器內(nèi)核描述符表中找到匹配的描述符，并初始化一些處理器
變量。setup_machine（）用機(jī)器編號（在解壓函數(shù)decompress_kernel 中被賦值）作為參數(shù)返回機(jī)器描述符。從機(jī)器描述符中獲得內(nèi)核參數(shù)的物理地址，賦值給tags 變量。然后調(diào)用parse_tags（）函數(shù)分析內(nèi)核參數(shù)鏈表，把各個參數(shù)值傳遞給全局變量。這樣內(nèi)核就收到了u-boot傳遞的參數(shù)。

  • tftp下載內(nèi)核和nfs掛載文件系統(tǒng)

好了，上面tftp服務(wù)和nfs服務(wù)都已經(jīng)準(zhǔn)備好了，u-boot到kernel的參數(shù)傳遞也沒問題了，接下來就設(shè)置一下u-boot環(huán)境變量中的參數(shù)項和kernel的配置選項使之能使用tftp自動下載kernal和通過網(wǎng)絡(luò)自動掛載nfs文件系統(tǒng)。u-boot環(huán)境變量設(shè)置如下：
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bootcmd參數(shù)項就是使用tftp把主機(jī)tftp主目錄下的uImage下載到開發(fā)板SDRAM中的0x31000000位置，接著使用bootm命令執(zhí)行引導(dǎo)內(nèi)核啟動。

而bootargs參數(shù)項就是內(nèi)核啟動的命令行參數(shù)，u-boot就是把這個參數(shù)項傳遞給了內(nèi)核，通過nfs掛載文件系統(tǒng)。這里一定要注意serverip和ipaddr的設(shè)置(即服務(wù)器IP或者開發(fā)主機(jī)IP和開發(fā)板的IP)。另外要注意，內(nèi)核要能使用nfs也要配置相應(yīng)的選項，如下：

File systems --->
Network File Systems --->
<*> NFS file system support ## 必選
[*] Provide NFSv3 client support ## 可選
[*] Root file system on NFS ## 必選
Networking --->
[*] Networking support
Networking options --->
[*] IP: kernel level autoconfiguration ## 必選

運(yùn)行結(jié)果如下：

a. tftp下載內(nèi)核，并引導(dǎo)內(nèi)核啟動：
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b. u-boot傳遞的命令行參數(shù)被內(nèi)核所接收：
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c. 內(nèi)核通過nfs掛載文件系統(tǒng)：
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d. 查看掛載的nfs文件系統(tǒng)，發(fā)現(xiàn)完全與主機(jī)nfs服務(wù)器主目錄中的文件系統(tǒng)一致，說明成功！
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[root@localhost home]# vi /etc/exports //如果沒有這個文件就創(chuàng)建它，添加下面一行配置信息，注意格式一定要正確，否則導(dǎo)致服務(wù)不正常

/home/filesystem *(rw,no_root_squash,sync)

注釋：“/home/filesystem”是NFS服務(wù)器的主目錄，注意目錄的權(quán)限

“*”表示所有的IP都可以訪問NFS主目錄

“rw”表示可讀可寫

”no_root_squash“表示登入到NFS主機(jī)的用戶如果是ROOT用戶，他就擁有ROOT的權(quán)限

“sync”表示同步

[root@localhost home]# service nfs restart //重新啟動NFS服務(wù)，使配置文件生效

測試NFS服務(wù)是否正常。將事先準(zhǔn)備好的文件系統(tǒng)放到NFS主目錄下，如下：

[root@localhost home]# ls /home/filesystem/
bin dev home lib mnt root sum100 tmp var
debug etc hostname linuxrc proc sbin sys usr
[root@localhost home]#

//在主機(jī)本地測試NFS服務(wù),將NFS主目錄下的文件系統(tǒng)掛載到/mnt目錄下，192.168.1.101是主機(jī)的IP

[root@localhost home]#mount -o nolock -t nfs 192.168.1.101:/home/filesystem /mnt

可以看到/mnt目錄下的內(nèi)容和NFS主目錄/home/filesystem下的內(nèi)容完全一致，說明NFS服務(wù)正常：
650) this.width=650;" src="http://www.embeddedlinux.org.cn/uploads/allimg/130316/10325421.png" style="padding:0px;margin:0px;border:0px;" />

[root@localhost home]# vi /etc/xinetd.d/tftp

service tftp
{
disable =no
socket_type = dgram
protocol = udp
wait= yes
user = root
server =/usr/sbin/in.tftpd
server_args =-s /home/tftp-root -c //主要是修改這里，指定tftp服務(wù)器的主目錄，-c選項是指可以創(chuàng)建文件
per_source = 11
cps = 100 2
flags = IPv4
}

創(chuàng)建剛才指定的tftp服務(wù)器主目錄，也要注意主目錄的可讀可寫的權(quán)限：

[root@localhost home]#mkdir /home/tftp-root
[root@localhost home]#chmod 777 /home/tftp-root

啟動和測試tftp服務(wù)：

[root@localhost home]#service xinetd restart //重啟xinetd服務(wù)就會啟動其下的所有服務(wù)，也包括tftp服務(wù)
[root@localhost home]#service iptables stop //關(guān)閉防火墻
[root@localhost home]#tftp 主機(jī)IP地址
tftp>get 要下載的文件

tftp>put 要上傳的文件

tftp>q
[root@localhost home]#

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