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嵌入式Linux之我行——u-boot-2009.08在2440上的移植詳解(六)

作者: 時間:2016-11-20 來源:網絡 收藏

一、移植環(huán)境

本文引用地址:http://m.butianyuan.cn/article/201611/319007.htm
  • 機:VMWare--Fedora 9
  • 開發(fā)板:Mini2440--64MB Nand,Kernel:2.6.30.4
  • 編譯器:arm123.com.cn/linux/arm-linux-gcc-4.3.2.tgz" target="_blank">arm-linux-gcc-4.3.2.tgz
  • u-boot:u-boot-2009.08.tar.bz2

二、移植步驟

10)u-boot利用tftp服務下載內核和利用nfs服務掛載nfs文件系統(tǒng)。
知識點:
  1. tftp服務的安裝與配置及測試;
  2. nfs服務的安裝與配置及測試;
  3. u-boot到kernel的參數(shù)傳遞(重點)。

我們知道使用tftp下載內核和使用nfs掛載文件系統(tǒng)的好處是,當我們重新編譯內核或文件系統(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)主機的tftp或nfs服務的主目錄下,通過網絡來加載他們,不用頻繁的往flash上燒,這樣一可以保護flash的使用壽命,二可以方便的調試內核或文件系統(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,網上也有很多資料。但有很多細節(jié)的東西如果稍不注意就導致失敗,這里就結合本人實現(xiàn)的過程進行講述和一些問題的分析。

  • tftp服務的安裝與配置及測試

要使用tftp服務及測試它要安裝兩個軟件包,一個就是tftp服務器,另外一個就是tftp客戶端,這里安裝客戶端只是用于在主機本地測試tftp服務器是否正常運行的,來確保u-boot能夠訪問tftp服務(u-boot中已有tftp客戶端的功能,其實在前面幾篇中都已經使用了tftp下載內核或文件系統(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命令查看你的主機上是否已經安裝了tftp服務器和客戶端,如果沒有安裝就去下載這兩個軟件包進行安裝或者可以使用yum命令進行在線安裝,yum會自動的去搜索適合你主機平臺的最新軟件包進行下載安裝,如果主機已經安裝了,則會提示軟件包已經安裝了最新的版本。如下圖所示:

配置tftp服務器,主要是配置tftp的主目錄及訪問權限。因tftp服務依賴于xinetd服務,所以一般tftp服務安裝好后其配置文件一般會在/etc/xinetd.d/目錄下:

[root@localhosthome]# 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服務器主目錄,也要注意主目錄的可讀可寫的權限:

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

啟動和測試tftp服務:

[root@localhosthome]#service xinetd restart //重啟xinetd服務就會啟動其下的所有服務,也包括tftp服務
[root@localhosthome]#service iptables stop //關閉防火墻
[root@localhosthome]#tftp 主機IP地址
tftp>get要下載的文件

tftp>put要上傳的文件

tftp>q
[root@localhosthome]#

  • nfs服務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)服務選項中選中nfs服務,如下圖:

配置NFS服務器的共享主目錄,也要注意權限問題:

[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,否則導致服務不正常

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

注釋:“/home/filesystem”是NFS服務器的主目錄,注意目錄的權限

“*”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主機的用戶如果是ROOT用戶,他就擁有ROOT的權限

“sync”表示同步

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

測試NFS服務是否正常。將事先準備好的文件系統(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]#

//在主機本地測試NFS服務,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目錄下的內容和NFS主目錄/home/filesystem下的內容完全一致,說明NFS服務正常:

  • 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,他們都是供內核啟動用的,那他們又有什么區(qū)別呢,內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,內核中的參數(shù)項是內核默認提供的,在內核配置時去指定,而u-boot提供的則在u-boot啟動時傳遞到內核中取代內核提供的參數(shù)。所以當u-boot沒有提供bootargs參數(shù)時,內核啟動就是用內核配置時指定的參數(shù),當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)信息傳遞到內核中的呢?而內核又是怎么接收u-boot傳遞過來的參數(shù)呢?這就涉及到一點點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:

ARM工作模式之間的轉換就是利用這些寄存器進行,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,到內核啟動時再把寄存器中的參數(shù)取出,當然,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(即我們所說的機器碼)、系統(tǒng)根設備信息(標志,頁面大小)、內存信息(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,鏈表結構體定義在:include/asm-arm/setup.h中,而實現(xiàn)鏈表的組織在lib_arm/bootm.c中:

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標記開始,以ATAG_NONE標記結束,中間就是一些參數(shù)標記項,這點從代碼中可以體現(xiàn)出來。那么在這些函數(shù)中有一個bd的參數(shù)是至關重要的,它是一個bd_info類型的結構體,定義在include/asm-arm/u-boot.h中,而這個結構體又被一個global_data類型的結構體所引用,定義在include/asm-arm/global_data.h中,如下:

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記錄了機器碼、u-boot參數(shù)鏈表在內存中的地址等信息,那又問,它在什么地方進行記錄的呢?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

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)中被調用的,還是定義在lib_arm/bootm.c中

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)傳遞的至關點,我們知道,函數(shù)在內存中執(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、機器碼和u-boot參數(shù)項在內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類型的結構體的成員ep取得的,而這個結構體是從調用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中被調用,如下:
從代碼中可以清楚的看到對bootm_headers_t的成員ep進行了賦值,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:
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 toarch//用于指定CPU類型,比如ARM
-O:set operatingsystemtoos//用于指定操作系統(tǒng),比如Linux
-T:set image type totype//用于指定image類型,比如Kernel
-C:set compression typecomp//指定壓縮類型
-a:set load address toaddr(hex)//指定image的載入地址
-e:set entry point toep(hex)//內核的入口地址,一般為image的載入地址+0x40(信息頭的大?。?br />-n:set image name toname//image在頭結構中的命名
-d:use image data fromdatafile//無頭信息的image文件名
-x:set XIP(execute in place)//設置執(zhí)行位置

例如:
mkimage-nlinux-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:
在文件arch/arm/boot/compressed/head.S中,start是zImage的起始點,部分代碼如下:

start:
......

.word0x016f2818@ Magic numbers to help the loader
.wordstart@ absolute load/run zImage address
.word_edata@ zImage end address
1:movr7, r1 @ save architecture ID
movr8, r2 @ save atags pointer
......

wont_overwrite:movr0, r4
movr3, r7
bldecompress_kernel
bcall_kernel

......

call_kernel:blcache_clean_flush
blcache_off
movr0, #0@ must be zero
movr1, r7@ restore architecture number
movr2, r8@ restore atags pointer
movpc, r4@ call kernel

......

首先,將u-boot傳遞過來的r1(機器碼)、r2(參數(shù)鏈表在內在中的物理地址)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,內核vmlinux入口的部分代碼如下:

ENTRY(stext)
setmodePSR_F_BIT|PSR_I_BIT|SVC_MODE,r9 @ ensure svc mode @andirqs disabled
mrcp15,0,r9,c0,c0@ get processor id
bl __lookup_processor_type@ r5=procinfo r9=cpuid
movsr10,r5 @ invalid processor(r5=0)?
beq__error_p @ yes,errorp
bl __lookup_machine_type@ r5=machinfo
movsr8,r5 @ invalid machine(r5=0)?
beq__error_a @ yes,errora
bl __vet_atags
bl __create_page_tables

......


首先從ARM特殊寄存器(CP15)中獲得ARM內核的類型,從處理器內核描述符(proc_info_list)表(__proc_info_begin—__proc_info_end)中查詢有無此ARM 內核的類型,如果無就出錯退出。處理器內核描述符定義在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核描述符組合成表。接著從機器描述(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中指定的機器碼一定要與內核中指定的一致,否則內核就無法啟動。機器編號mach_type_xxx在arch/arm/tools/mach-types文件中說明,每個機器描述符中包括一個唯一的機器編號,機器描述符的定義在 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器描述符組合成表。例如,S3C2440處理器的機器碼為1008的機器描述符如下所示:

MACHINE_START(SMDK2440,"SMDK2440")

.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)鏈表在內存中的物理地址相對應

.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:

asmlinkagevoid__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()用機器編號(在解壓函數(shù)decompress_kernel 中被賦值)作為參數(shù)返回機器描述符。從機器描述符中獲得內核參數(shù)的物理地址,賦值給tags 變量。然后調用parse_tags()函數(shù)分析內核參數(shù)鏈表,把各個參數(shù)值傳遞給全局變量。這樣內核就收到了u-boot傳遞的參數(shù)。

  • tftp下載內核和nfs掛載文件系統(tǒng)

好了,上面tftp服務和nfs服務都已經準備好了,u-boot到kernel的參數(shù)傳遞也沒問題了,接下來就設置一下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和通過網絡自動掛載nfs文件系統(tǒng)。u-boot環(huán)境變量設置如下:

bootcmd參數(shù)項就是使用tftp把主機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)行引導內核啟動。

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

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


運行結果如下:

a. tftp下載內核,并引導內核啟動:

b. u-boot傳遞的命令行參數(shù)被內核所接收:

c. 內核通過nfs掛載文件系統(tǒng):

d.查看掛載的nfs文件系統(tǒng),發(fā)現(xiàn)完全與主機nfs服務器主目錄中的文件系統(tǒng)一致,說明成功!



關鍵詞: Linuxu-boot244

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