U-boot如何引导Linux内核启动_uboot 引导linux系统-优快云博客

U-BOOT 全线移植分析系列之四 ―― U-boot 如何引导Linux 内核启动？

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【摘要】本节介绍了 U-boot 使用 go 或 bootm 启动 linux 内核的方法。首先介绍了 mkimage 的参数意义和 bootm 的详细执行流程。然后分析了如何利用 mkimage 生成内核映象的方法。对于 bootm 方式的内核是否压缩、－ a 、－ e 、运行地址等 16 种组合情况，给出了详细的测试过程，提出了 6 种可用方法种的三种最优解。

【关键字】： U-boot ； AT91RM9200 ； bootm ； mkimage ；－ a ；－ e ；－ c

四 U-boot 如何引导 Linux 内核启动？

4.1 GO 命令引导未用 mkimage 生成的内核

4.1.1 非压缩内核 Image

1) 运行地址！＝链接地址 0x20008000 ，不能启动

Uboot> tftp 21000000 Image;tftp 21100000 ramdisk;go 21000000

。。。。

done

Bytes transferred = 6993691 (6ab71b hex)

## Starting application at 0x21000000 ...

Error: a 在哪提示的？

2) 运行地址＝链接地址 0x20008000 ，不能启动，难道是 ramdisk 的问题

Uboot> tftp 20008000 Image;tftp 21100000 ramdisk;go 20008000

。。。。

done

Bytes transferred = 6993691 (6ab71b hex)

## Starting application at 0x21000000 ...

Error: a

4.1.2 压缩内核 zImage

1) 运行地址！＝链接地址 0x20008000 ，能启动，内核自解压成功，但是解压后的内核运行错误

Uboot> tftp 21000000 zImage;tftp 21100000 ramdisk;go 21000000

。。。。。。。。。。。

done

Bytes transferred = 6993691 (6ab71b hex)

## Starting application at 0x21000000 ...

Uncompressing Linux............................................................. don e, booting the kernel.

€?~?? 鄜屈

2) 运行地址＝＝链接地址 0x20008000 ，能启动，内核自解压成功，但是解压后的内核运行错误

Uboot> tftp 20008000 zImage;tftp 21100000 ramdisk; go 20008000

## Starting application at 0x20008000 ...

Uncompressing Linux............................................................. done, booting the kernel .

€?~?? 鄜屈

上面的 ramdisk 都是添加了 uboot 的头的，去掉头部再试试。去掉了还是不行， go 方法的 ramdisk 的地址是怎么设置的？？要详细看下 uboot 在 ramdisk 这块是如何跟内核交互的？

4.2 Mkimage 参数意义解析

通过 mkimage 这个 tool 可以给 zImage 添加一个 header ：

typedef struct image_header {

uint32_t ih_magic; /* Image Header Magic Number */

uint32_t ih_hcrc; /* Image Header CRC Checksum */

uint32_t ih_time; /* Image Creation Timestamp */

uint32_t ih_size; /* Image Data Size */

uint32_t ih_load; /* Data Load Address */

uint32_t ih_ep; /* Entry Point Address */

uint32_t ih_dcrc; /* Image Data CRC Checksum */

uint8_t ih_os; /* Operating System */

uint8_t ih_arch; /* CPU architecture */

uint8_t ih_type; /* Image Type */

uint8_t ih_comp; /* Compression Type */

uint8_t ih_name[IH_NMLEN]; /* Image Name */

} image_header_t;

此 header 是如何生成的？利用 u-boot 里面的 mkimage 工具来生成 uImage （ u-boot 源码包 /tools/mkimage.c )

这里解释一下参数的意义：

-A ==> set architecture to 'arch'

-O ==> set operating system to 'os'

-T ==> set image type to 'type' “kernel 或是 ramdisk”

-C ==> set compression type 'comp'

-a ==> set load address to 'addr' (hex)

-e ==> set entry point to 'ep' (hex) （内核启动时在此位置查询完整的内核印象）

-n ==> set image name to 'name'

-d ==> use image d ata from 'datafile'

-x ==> set XIP (execute in place ，即不进行文件的拷贝，在当前位置执行 )

对于 ARM linux 内核映象用法：

-A arm     -------- 架构是 arm
-O linux    -------- 操作系统是 linux
-T kernel -------- 类型是 kernel
-C none/bzip/gzip    -------- 压缩类型
-a 20008000 ---- image 的载入地址 (hex) ，通常为 0xX00008000
-e 200080XX---- 内核的入口地址 (hex) ， XX 为 0x40 或者 0x00
-n linux-XXX --- image 的名字，任意
-d nameXXX             ---- 无头信息的 image 文件名，你的源内核文件
uImageXXX    ---- 加了头信息之后的 image 文件名，任意取

4.3 Bootm 的流程分析

Bootm 命令在 /common/cmd_bootm.c 中 do_bootm 函数

》》》》》》》》》》》获取当前内核的地址，默认地址或者 bootm 的第一个参数

默认的加载地址或传递给 bootm 命令（优先）与实际的内核存放地址需要一致

if (argc < 2) {

addr = load_addr; // load_addr = CFG_LOAD_ADDR;

} else {

addr = simple_strtoul(argv[1], NULL, 16);

}

printf ("## Booting image at %08lx .../n", addr);

》》》》》》》》》》》》获得 image 头，没有 mkimage 的就返回了

memmove (&header, (char *)addr, sizeof(image_header_t));

》》》》》》》》》》》》打印头部信息

print_image_hdr ((image_header_t *)addr);

实例：

Image Name: dd-kernel-2.4.19

Image Type: ARM Linux Kernel Image (gzip compressed)

Data Size: 869574 Bytes = 849.2 kB

Load Address: 20008000

Entry Point: 20008000

》》》》》》》》》》》》校验 image 头部

printf (" Verifying Checksum ... "); printf ("OK/n");

》》》》》》》》》》》》检查 image 支持的体系结构即 —A 选项是否为 arm 或者 ppc 等

》》》》》》》》》》》》检查 image 的类型

TYPE_MULTI 是否指内核与文件系统一起，内核后面有个分界线

switch (hdr->ih_type)

case IH_TYPE_KERNEL:

name = "Kernel Image";

break;

case IH_TYPE_MULTI:

》》》》》》》》》》判断内核的压缩类型

此处的内核是否压缩非 zImage 和 Image 的概念，而是指内核在被 mkimage 处理前是否用 gunzip 等压缩过

switch (hdr->ih_comp) {

case IH_COMP_NONE: // 非压缩内核

if(ntohl(hdr->ih_load) == addr) {

// 当前内核存放的地址与－ a 指定的一致，则不搬动，－ e 必须必－ a 大 0x40

printf (" XIP %s ... ", name);

} else {

// 当前内核存放的地址与－ a 指定的不一致，则将内核搬到－ a 地址，此时－ a 与－ e 必相同

memmove ((void *) ntohl(hdr->ih_load), (uchar *)data, len);

。。。。

case IH_COMP_GZIP:

printf (" Uncompressing %s ... ", name);

if (gunzip ( (void *)ntohl(hdr->ih_load) , unc_len,

// 压缩内核，将除去头部的内核解压到 -a 指定的地址了，要求－ a 与－ e 相同

// 为防止解压缩时覆盖，对于压缩内核，内核存放地址最好在 —a 后面

(uchar *)data, (int *)&len) != 0) {

do_reset (cmdtp, flag, argc, argv);

}

break;

》》》》》》》》》》》》》》》》判断操作系统类型

switch (hdr->ih_os) {

default: /* handled by (original) Linux case */

case IH_OS_LINUX:

do_bootm_linux (cmdtp, flag, argc, argv, addr , len_ptr, verify);

// 前四个为传给 bootm 的， addr 为内核最初的存放地址，没有用处

break;

#ifdef CONFIG_PPC

static boot_os_Fcn do_bootm_linux;

#else

extern boot_os_Fcn do_bootm_linux;

由上可知，对于 ppc 和其他体系结构的 do_bootm_linux 函数实现是不一样的

》》》》》》》》》》》》》》启动 Linux 内核

do_bootm_linux (cmd_tbl_t *cmdtp, int flag,

int argc, char *argv[],

ulong addr,

ulong *len_ptr,

int verify)

》》》》》》》》》》》》获取命令行参数

if ((s = getenv("bootargs")) == NULL)

s = "";

strcpy (cmdline, s);

》》》》》》》》》》》》赋内核启动地址

kernel = (void (*)(bd_t *, ulong, ulong, ulong, ulong)) hdr->ih_ep;

注意，对于压缩过的内核，会将内核解压到 -a 指定的地址，此时 -a 与 -e 地址必须相同

》》》》》》》》》》》判断 bootm 的命令参数中是否有 initrd

if (argc >= 3) {

addr = simple_strtoul(argv[2], NULL, 16);

printf ("## Loading RAMDisk Image at %08lx .../n", addr);

若有 initrd 则赋值，否则为 0

》》》》》》》》》》》》》》》启动 Linux 内核

* Linux Kernel Parameters:

* r3 : ptr to board info data

* r4: initrd_start or 0 if no initrd

* r5: initrd_end - unused if r4 is 0

* r6: Start of command line string

* r7: End of command line string

//*kbd = *(gd->bd); 在上面赋值的

(*kernel) ( kbd , initrd _start, initrd_end, cmd_start, cmd_end);

启动流程的总结：

对于非 gzip 压缩的内核， bootm 命令会首先判断 bootm xxxx 这个指定的地址 xxxx 是否与 -a 指定的加载地址相同。

(1) 如果不同的话会从这个地址开始提取出这个 64byte 的头部，对其进行分析，然后把去掉头部的内核复制到 -a 指定的 load 地址中去运行之（此时－ e 选型必须同 -a ）

(2) 如果相同的话那就让其原封不动的放在那，但 -e 指定的入口地址会推后 64byte ，以跳过这 64byte 的头部。

对于 gzip 压缩过的内核，因为 u-boot 要对其解压，因此运行地址是不能等于－ a 指定的地址的，且必须有一定的间隔，否则解压到－ a 的内核会覆盖当前运行的程序。此时要求－ a 等于－ e 指定的地址。

4.4 如何用 mkimage 生成 uImage

1> mkimage 如何指定入口参数 ( -e 0xxxxxx)

2> mkimage 指定了入口参数后，你用 tftpboot 下载 kernel 到哪个地址？

3> -c 如何指定？

u － boot 里面的解压和内核自解压的区别： u-boot 里面的解压实际上是 bootm 实现的，把 mkimage -C bzip2 或者 gzip 生成的 uImage 进行解压；而 kernel 的自解压是对 zImage 进行解压，发生在 bootm 解压之后。

U-boot 对内核添加头部时，前面已经用 gzip 压缩过一次内核了，而不是指原有的内核印象是否是压缩内核。指 uImage 本身被压缩了，即对原来的 zImage/Image 添加了 U-boot 的压缩方式，使得生成的 uImage 变小了。此时－ c gzip

若没有对 zImage/Image 用 gzip 命令压缩过，则 -c none 。

综合上面分析， mkimage 的影响因子为：

－ e ，内核的入口地址是否与－ a 相同

Tftpaddr ，即将内核加载到 RAM 中运行的地址，决定是否搬运或解压内核

－ c ，内核是否经过 gzip 压缩过，决定了是搬运还是解压

另外内核本身为非压缩的 Image 或 zImage 也是一个影响因子。组合情况共 2^4 =16 种

4.5 Bootm 命令引导 mkimage 生成的内核全程解析

4.5.1 非压缩的 Image 内核

（ 1 ） Mkimage 之前用 gzip 对 Image 进行压缩

<1> -a=-e = 0x20008000 ， tftpaddr= 0x21000000

解压到－ a 指定的地址，成功启动

Uboot> tftp 21000000 uImage-zip-8000;tftp 21100000 ramdisk;bootm 21000000

## Booting image at 21000000 ...

Image Name: dd-kernel-2.4.19-zip-8000

Image Type: ARM Linux Kernel Image (gzip compressed)

Data Size: 869629 Bytes = 849.2 kB

Load Address: 20008000

Entry Point: 20008000

Verifying Checksum ... OK

Uncompressing Kernel Image ... OK

Starting kernel ...

Linux version 2.4.19-rmk7 (root@dding) (gcc version 2.95.3 20010315 (release)) #42 四 10 月 11 14:15:35 CST 2007

AT91RM9200DK login: root

<2> -a=-e = 0x20008000 ， tftpaddr= 0x20008000

解压失败，启动失败

Uboot> tftp 20008000 uImage-zip-zImage-8000;tftp 21100000 ramdisk;bootm 20008000

Uboot> tftp 20008000 uImage-zip-8000;tftp 21100000 ramdisk;bootm 20008000

## Booting image at 20008000 ...

Image Name: dd-kernel-2.4.19-zip-8000

Image Type: ARM Linux Kernel Image (gzip compressed)

Data Size: 869629 Bytes = 849.2 kB

Load Address: 20008000

Entry Point: 20008000

Verifying Checksum ... OK

Uncompressing Kernel Image ... Error: inflate() returned -3

GUNZIP ERROR - must RESET board to recover

由于当前运行地址 tftpaddr 与解压缩后的地址－ a 重合了，导致解压缩失败，因此二者必须相隔一定的距离

<3> -a=0x20008000 ， -e = 0x20008040 ， tftpaddr= 0x21000000

能够解压到－ a 地址，但－ e 指定的入口不对，启动失败

Uboot> tftp 21000000 uImage-zip-8040;tftp 21100000 ramdisk;bootm 21000000

TFTP from server 192.168.0.12; our IP address is 192.168.0.15

Filename 'uImage-zip-8040'.

Load address: 0x21000000

。。。。。。。。。

## Booting image at 21000000 ...

Image Name: dd-kernel-2.4.19-zip-8040

Image Type: ARM Linux Kernel Image (gzip compressed)

Data Size: 869629 Bytes = 849.2 kB

Load Address: 20008000

Entry Point: 20008040

Verifying Checksum ... OK

Uncompressing Kernel Image ... OK

Starting kernel ... 死了

<4> -a=-e = 0x20008000 ， tftpaddr= 0x20008000

解压失败，入口也不对，启动失败

（ 2 ） Mkimage 之前未对 Image 进行压缩

<1> -a=-e = 0x20008000 tftpaddr= 0x21000000

搬动到－ a 指定的地址，成功启动

Uboot> tftp 21000000 uImage-nzip-8000;tftp 21100000 ramdisk;bootm 21000000

## Booting image at 21000000 ...

Image Name: dd-kernel-2.4.19-nzip-8000

Image Type: ARM Linux Kernel Image (uncompressed)

Data Size: 1873059 Bytes = 1.8 MB

Load Address: 20008000

Entry Point: 20008000

Verifying Checksum .. . Bad Data CRC

为什么总是校验失败呢？当前的内核印象为 1.8M ，难道太大了，后面的 ramdisk 将其覆盖？？

下面未拷贝 ramdisk ，校验成功，成功启动，无法安装跟文件系统，是因为无 ramdisk 。说明上面确实是覆盖了，因此要对于大的内核印象要合理设置 tftpaddr 的地址和 ramdisk 的地址

Addr （ ramdisk ）＝ 0x2110 0000

Addr （ tftpaddr ）＝ 0x2100 0000

Addr （ ramdisk ）－ Addr （ tftpaddr ）＝ 0x10 0000 ＝ 1M < 1.8M

Uboot> tftp 21000000 uImage-nzip-8000;bootm 21000000

## Booting image at 21000000 ...

Image Name: dd-kernel-2.4.19-nzip-8000

Image Type: ARM Linux Kernel Image (uncompressed)

Data Size: 1873059 Bytes = 1.8 MB

Load Address: 20008000

Entry Point: 20008000

Verifying Checksum ... OK

Starting kernel ...

Linux version 2.4.19-rmk7 (root@dding) (gcc version 2.95.3 20010315 (release)) #44 四 10 月 11 17:27:24 CST 2007

。。。。。。。

Kernel panic: VFS: Unable to mount root fs on 01:00

Addr （ ramdisk ） - 2M = 0x20f0 0000 ＝ Addr （ tftpaddr ）成功启动

Uboot> tftp 20f00000 uImage-nzip-8000;tftp 21100000 ramdisk;bootm 20f00000

## Booting image at 20f00000 ...

Image Name: dd-kernel-2.4.19-nzip-8000

Image Type: ARM Linux Kernel Image (uncompressed)

Data Size: 1873059 Bytes = 1.8 MB

Load Address: 20008000

Entry Point: 20008000

Verifying Checksum ... OK

Starting kernel ...

Linux version 2.4.19-rmk7 (root@dding) (gcc version 2.95.3 20010315 (release)) #44 四 10 月 11 17:27:24 CST 2007

AT91RM9200DK login: root

<2> -a=-e = 0x20008000 ， tftpaddr= 0x20008000

不搬动，但－ e 地址不对，失败

<3> -a=0x20008000 ， -e = 0x20008040 ， tftpaddr= 0x20008000

不搬动，但未成功启动，入口地址对的啊？？？？？

Uboot> tftp 20008000 uImage-nzip-8040;tftp 21100000 ramdisk;bootm 20008000

## Booting image at 20008000 ...

Image Name: dd-kernel-2.4.19-nzip-8040

Image Type: ARM Linux Kernel Image (uncompressed)

Data Size: 1873059 Bytes = 1.8 MB

Load Address: 20008000

Entry Point: 20008040

Verifying Checksum ... OK

XIP Kernel Image ... OK

Starting kernel ... 死了？？？？

<4> -a=0x20008000 ， -e = 0x20008040 ， tftpaddr= 0x21000000

搬动，但－ e 地址不对，失败

4.5.2 压缩的 zImage 内核

（ 1 ） Mkimage 之前用 gzip 对 zImage 进行压缩，即－ c gzip

<1> -a=-e = 0x20008000 ， tftpaddr= 0x21000000

解压到－ a 指定的地址，成功启动

Uboot> tftp 21000000 uImage-zip-zImage-8000;tftp 21100000 ramdisk;bootm 21000000

TFTP from server 192.168.0.12; our IP address is 192.168.0.15

Filename 'uImage-zip-zImage-8000'.

Load address: 0x21000000

## Booting image at 21000000 ...

Image Name: dd-zip-zImage-8000

Image Type: ARM Linux Kernel Image (gzip compressed)

Data Size: 876753 Bytes = 856.2 kB

Load Address: 20008000

Entry Point: 20008000

Verifying Checksum ... OK

Uncompressing Kernel Image ... OK // U-boot 对内核解压

Starting kernel ...

Uncompressing Linux.. ............ 压缩内核 zImage 自解压 ......................... done, booting the kernel.

Linux version 2.4.19-rmk7 (root@dding) (gcc version 2.95.3 20010315 (release)) #43 四 10 月

AT91RM9200DK login: root

[root@AT91RM9200DK /root]$ls

<2> -a=-e = 0x20008000 ， tftpaddr= 0x20008000

解压失败，启动失败

Uboot> tftp 20008000 uImage-zip-zImage-8000;tftp 21100000 ramdisk;bootm 20008000

TFTP from server 192.168.0.12; our IP address is 192.168.0.15

Filename 'uImage-zip-zImage-8000'.

Load address: 0x20008000

## Booting image at 20008000 ...

Image Name: dd-zip-zImage-8000

Image Type: ARM Linux Kernel Image (gzip compressed)

Data Size: 876753 Bytes = 856.2 kB

Load Address: 20008000

Entry Point: 20008000

Verifying Checksum ... OK

Uncompressing Kernel Image ... Error: inflate() returned -3

GUNZIP ERROR - must RESET board to recover

由于当前运行地址 tftpaddr 与解压缩后的地址－ a 重合了，导致解压缩失败，因此二者必须相隔一定的距离

<3> -a=0x20008000 ， -e = 0x20008040 ， tftpaddr= 0x21000000 ，失败

Uboot> tftp 21000000 uImage-zip-zImage-8040;tftp 21000000 ramdisk;bootm 21000000

TFTP from server 192.168.0.12; our IP address is 192.168.0.15

Filename 'uImage-zip-zImage-8040'.

Load address: 0x21000000

。。。。。。。。。

## Booting image at 21000000 ...

Bad Magic Number 难道对于压缩内核，幻数对的条件是－ a ＝＝－ e 地址？？即压缩内核默认－ a ＝＝－ e ？？

此法肯定失败，但问题出在这，还真不对啊，不试了，感兴趣的朋友可以玩下

（ 2 ） Mkimage 之前未对 zImage 进行压缩，即－ c none

<1> -a=-e = 0x20008000 tftpaddr= 0x21000000

搬动到－ a 指定的地址，成功启动

Uboot> tftp 21000000 uImage-nzip-zImage-8000;tftp 21100000 ramdisk;bootm 21000000

## Booting image at 21000000 ...

Image Name: dd-nzip-zImage-8000

Image Type: ARM Linux Kernel Image (uncompressed)

Data Size: 881748 Bytes = 861.1 kB

Load Address: 20008000

Entry Point: 20008000

Verifying Checksum ... OK

Starting kernel ...

Uncompressing Linux............................................................. done, booting the kernel.

Linux version 2.4.19-rmk7 (root@dding) (gcc version 2.95.3 20010315 (release)) #43 四 10 月 11 14:25:14 CST 2007

AT91RM9200DK login:

<2> -a=-e = 0x20008000 ， tftpaddr= 0x20008000

不搬动，但－ e 地址不对，失败

Uboot> tftp 20008000 uImage-nzip-zImage-8000;tftp 21100000 ramdisk;bootm 20008000

## Booting image at 20008000 ...

Image Name: dd-nzip-zImage-8000

Image Type: ARM Linux Kernel Image (uncompressed)

Data Size: 881748 Bytes = 861.1 kB

Load Address: 20008000

Entry Point: 20008000

Verifying Checksum ... OK

XIP Kernel Image ... OK

Starting kernel ... 死了。。。

<3> -a=0x20008000 ， -e = 0x20008040 ， tftpaddr= 0x20008000

不搬动，成功启动

Uboot> tftp 20008000 uImage-nzip-zImage-8040;tftp 21100000 ramdisk;bootm 20008000

## Booting image at 20008000 ...

Image Name: dd-nzip-zImage-8040

Image Type: ARM Linux Kernel Image (uncompressed)

Data Size: 881748 Bytes = 861.1 kB

Load Address: 20008000

Entry Point: 20008040

Verifying Checksum ... OK

XIP Kernel Image ... OK

Starting kernel ...

Uncompressing Linux............................................................. done, booting the kernel.

Linux version 2.4.19-rmk7 (root@dding) (gcc version 2.95.3 20010315 (release)) #43 四 10 月 11 14:25:14 CST 2007

AT91RM9200DK login:

<4> -a=0x20008000 ， -e = 0x20008040 ， tftpaddr= 0x21000000

搬动，但－ e 地址不对，失败

4.5.3 关于压缩及非压缩内核 bootm 启动的全面总结

由上面的 16 个例子，我们可以看出，能够启动内核的由以下几种情况：

各种情况对应的统一 ramdiskaddr= 0x21100000

<1> 非压缩的 Image 内核：

-a=-e = 0x20008000 ， –c=none ， tftpaddr= 0x20f00000

此法主要由于内核太大，导致 tftpaddr 做了一定的修正

-a= 0x20008000 ， -e = 0x20008040 ， –c=none ， tftpaddr=0x20008000

此法理论上可行，但我未试验成功，有兴趣的朋友可以探究下

对于非压缩的 Image 内核， mkimage 之前不压缩的话，内核印象较大，此法不常用

-a=-e = 0x20008000 ， –c=gzip ， tftpaddr= 0x21000000

–c=gzip 压缩内核必须解压，只有这种情况成功；其他解压覆盖或者－ e 入口不对

<2> 压缩的 zImage 内核：

-a=-e = 0x20008000 ， –c=none ， tftpaddr= 0x21000000

-a= 0x20008000 ， -e = 0x20008040 ， –c=none ， tftpaddr=0x20008000

-a=-e = 0x20008000 ， –c=gzip ， tftpaddr= 0x21000000

–c=gzip 压缩内核必须解压，只有这种情况成功；其他解压覆盖或者－ e 入口不对

zImage 已经压缩过一次了，一般无需再压缩，此法不常用

常见方法：

<1> 非压缩的 Image 内核：

-a=-e = 0x20008000 ， –c=gzip ， tftpaddr= 0x21000000

<2> 压缩的 zImage 内核：

-a=-e = 0x20008000 ， –c=none ， tftpaddr= 0x21000000

-a= 0x20008000 ， -e = 0x20008040 ， –c=none ， tftpaddr=0x20008000

待续：

U-boot 如何向 Linux 内核传递命令行参数？

Go 引导内核的详细方法？

Ramdisk 与 initrd 怎么传给内核？