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X-010-UBOOT-使用booti命令启动kernel(Bubblegum-96平台)

作者：wowo 发布于：2016-8-24 22:34 分类：X Project

1. 前言

“X-009-KERNEL-Linux kernel的移植(Bubblegum-96平台)”中介绍了ARM64平台下，配置、编译、生成Linux kernel Image文件的方法。Image文件生成后，我们可以借助DFU工具将它下载到板子的DRAM中，然后借助u-boot boot有关的命令，加载并运行之（这个过程也称作引导）。

针对不同的Kernel image格式，u-boot提供了不同的boot指令，例如：

booti，引导ARM64 kernel image----Image；

bootz，引导ARM kernel image----zImage；

bootm，引导u-boot自定义的kernel image----uImage。

由于u-boot自定义的image格式（uImage），有着强大而又复杂的功能，本文暂时不想涉及，因此我们以booti命令为例，介绍u-boot的引导过程。

2. u-boot booti配置

2.1 bootm和booti

在u-boot中，bootm是一个可以执行位于memory中的应用程序的命令，在u-boot README中的介绍如下：

Boot Linux:
-----------

The "bootm" command is used to boot an application that is stored in
memory (RAM or Flash). In case of a Linux kernel image, the contents
of the "bootargs" environment variable is passed to the kernel as
parameters. You can check and modify this variable using the
"printenv" and "setenv" commands:

booti是bootm命令的一个子集，可用于执行位于memory中的ARM64 kernel Image，其格式如下：

booti addr [initrd[:size]] [fdt]

其中：addr是kernel Image文件所在的memory地址；[initrd[:size]]是initrd在memory中的位置和size，可以不指定，使用“-”代替即可；fdt是flat device tree（就是传说中的dtb文件）在memory中的地址，在ARM64中，它是必选的。

2.2 配置u-boot，使其支持booti

首先，使用u-boot的menuconfig，打开bootm的配置项：

cd ./build
make uboot-config

Command line interface  --->
        Boot commands  --->
                  [*] bootm

其次，由于booti命令需要“CONFIG_CMD_BOOTI”配置项，而该配置项在u-boot的kconfig架构中没有，因此我们需要在板子的配置头文件中增加，如下：

diff --git a/include/configs/bubblegum.h b/include/configs/bubblegum.h
index f0f00d3..e03fb09 100644
--- a/include/configs/bubblegum.h
+++ b/include/configs/bubblegum.h
@@ -71,4 +71,6 @@
#define CONFIG_BOARD_EARLY_INIT_F
+#define CONFIG_CMD_BOOTI
+
#endif

2.3 配置u-boot，使能对FDT library的支持

u-boot在boot ARM64 kernel Image的同时，也需要解析并校验flat device tree文件，然后将其传递给kernel。而这些需要FDT library的支持，如下：

cd ./build
make uboot-config

Library routines  --->
        [*] Enable the FDT library

2.4 编译并启动u-boot

cd ./build
make uboot

# 参考doc/README.bubblegum96中的介绍，执行u-boot，然后查看是否已经有booti命令

3. 使用booti boot Image文件

参考“X-009-KERNEL-Linux kernel的移植(Bubblegum-96平台)”中的成果，尝试在u-boot中使用booti命令，加载并执行kernel Image，步骤如下：

1）参考doc/README.bubblegum96中的介绍，下载并运行splboot.bin，初始化Bubblegum-96的DDR。

2）使用dfu工具，将kernel Image下载到DDR中：

sudo ../tools/dfu/dfu bubblegum 0x80000 out/linux/arch/arm64/boot/Image 0  #do not execute it

注1：DDR的起始地址为0x0，根据“X-009-KERNEL-Linux kernel的移植(Bubblegum-96平台)”中的介绍，我们需要把Image文件加载到0x80000处。

3）使用dfu工具，将kernel dtb文件下载到DDR中：

sudo ../tools/dfu/dfu bubblegum 0x1000000 out/linux/arch/arm64/boot/dts/actions/s900-bubblegum.dtb 0  #do not execute it

注2：我们将dtb文件放置到kernel Image之后16MB（0x1000000）的位置处。在kernel Image不大于16MB的情况下，不会覆盖kernel，否则需要加大该地址。

4）使用dfu工具，下载并执行u-boot：

sudo ../tools/dfu/dfu bubblegum 0x11000000 out/u-boot/u-boot-dtb.bin 1

注3：我们的u-boot位于272MB左右的位置，互不干涉。

5）boot kernel

执行booti命令，boot kernel（三个参数依次是kernel地址、initrd、dtb地址）：

booti 0x80000 - 0x1000000

执行结果如下：

[xprj]# booti 0x80000 - 0x1000000
## Current stack ends at 0x3ffbc4f0 *  kernel: cmdline image address = 0x00080000
## Skipping init Ramdisk
## No init Ramdisk
   ramdisk start = 0x00000000, ramdisk end = 0x00000000
*  fdt: cmdline image address = 0x01000000
## Checking for 'FDT'/'FDT Image' at 01000000
Wrong FIT format: no description
*  fdt: raw FDT blob
## Flattened Device Tree blob at 01000000
   Booting using the fdt blob at 0x1000000
   of_flat_tree at 0x01000000 size 0x000000a9
Initial value for argc=3
Final value for argc=3
## FIT configuration was not specified
using: FDT
## initrd_high = 0x3fffffff, copy_to_ram = 1
   ramdisk load start = 0x00000000, ramdisk load end = 0x00000000
## device tree at 0000000001000000 ... 00000000010000a8 (len=12457 [0x30A9])
   Loading Device Tree to 000000003ffb8000, end 000000003ffbb0a8 ... OK
Initial value for argc=3
Final value for argc=3
## Transferring control to Linux (at address 80000)...

Starting kernel ...

flushing dcache successfully.

看着好像已经okay了，不过有个地方需要重点解释一下（上面黄色部分）。

还记得我们在“u-boot启动流程分析(2)_板级(board)部分”中，介绍u-boot relocation的时候，提到过：“u-boot会被relocated到memory的高端位置执行”。上面“Current stack ends at 0x3ffbc4f0 ”可以佐证（u-boot代码当前的栈是在0x3ffbc4f0处，是高端地址）。

这样做的好处很明显：kernel是在低端运行（例如0x80000之后），u-boot在高端，相隔十万八千里，互不干涉。

与此同时，booti在boot kernel之前，将dtb文件也搬到高端地址了（000000003ffb8000），这样做可以避免kernel在执行的时候，破坏内存中的device tree信息。挺好！

4. 修改kernel代码，点亮LED

经过上面的步骤，kernel貌似被成功boot了，但怎么证明呢？

在kernel的入口处点一下LED吧，改动的代码如下（不过多解释，也不再上传到github了，太野了~~~）：

diff --git a/arch/arm64/kernel/head.S b/arch/arm64/kernel/head.S
index 85da0f5..449feae 100644
--- a/arch/arm64/kernel/head.S
+++ b/arch/arm64/kernel/head.S
@@ -210,6 +210,14 @@ section_table:
#endif
 
ENTRY(stext)
+loop_test:
+       ldr     x1, =0xffffffff
+       ldr     x0, =0xe01b0000
+       str     x1, [x0]
+       ldr     x0, =0xe01b0008
+       str     x1, [x0]
+       b       loop_test
+
        bl      preserve_boot_args
        bl      el2_setup                       // Drop to EL1, w20=cpu_boot_mode
        mov     x23, xzr                        // KASLR offset, defaults to 0

再次编译后，按照第3章的步骤，再次boot之，应该就能看到灯亮了。虽然只是小小的一步，但后面的事情就好办了。

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标签: arm64 u-boot dtb bootm booti Image

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