【源码分析】Uboot启动流程详细分析（三）

最新推荐文章于 2025-12-23 17:28:54 发布

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笔者把Uboot启动流程分为了七个阶段：

第一阶段：CPU的关键初始化（中断、权限、MMU等）

第二阶段：初始化关键外设+打印信息+设置global_data信息

第三阶段：内存分配（用于uboot重定位）

第四阶段：重定位

第五阶段：继续初始化其他外设

第六阶段：开始主循环

第七阶段：bootz启动流程

6.6 第六阶段：开始主循环

uboot启动以后会进入3秒倒计时，如果在3秒倒计时结束之前按下回车键，那么就会进入uboot的命令模式，如果倒计时结束以后都没有按下回车键，那么就会自动启动Linux内核，这个功能就是由run_main_loop函数来完成的。

run_main_loop函数定义在common/board_r.c中

run_main_loop函数的流程如下：

1、在一个死循环中调用main_loop

main_loop函数的流程如下：

1、调用 bootstage_mark_name 函数，用于打印出启动进度

2、执行函数 setenv，设置版本号环境变量 ver 的值为 version_string

3、调用cli_init函数，该函数跟命令初始化有关，用于初始化hush shell相关的变量

4、调用bootdelay_process函数，此函数会读取环境变量bootdelay和bootcmd的内容，然后将bootdelay的值赋值给全局变量stored_bootdelay，返回值为环境变量bootcmd的值。

5、autoboot_command函数，用于判断倒计时结束前有没有被打断，无则调用默认bootcmd，有则返回调用函数

abortboot函数用于处理倒计时
如果倒计时自然结束，就执行函数run_command_list，此函数会执行参数 s 指定的一系列命令，也就是环境变量 bootcmd 的命令，bootcmd 里面保存着默认的启动命令，因此 linux 内核启动！
- 这个就是 uboot 中倒计时结束以后自动启动 linux 内核的原理。
如果倒计时结束之前按下了键盘上的按键，那么 run_command_list函数就不会执行，相当于 autoboot_command 是个空函数。就会回到main_loop函数执行 cli_loop 函数。该函数是命令处理函数，负责接收和处理输入的命令。

cli_loop 函数的流程如下：

cli_loop函数是uboot的命令行处理函数，负责接收和处理输入的命令

cli_loop->parse_file_outer->setup_file_in_str
						  ->parse_stream_outer->parse_stream
						  					  ->run_list->cmd_process

uboot 中命令是如何定义的

boot使用宏U_BOOT_CMD 来定义命令，宏U_BOOT_CMD定义在文件include/command.h中。
定义这个宏的目的是为了定义一个 cmd_tbl_t 类型的变量，并初始化这个变量的各个成员。
uboot 中的每个命令都存储在.u_boot_list 段中，每个命令都有一个名为 do_xxx(xxx 为具体的命令名)的函数，这个 do_xxx 函数就是具体的命令处理函数。命令处理函数就是cmd_tbl_t的cmd成员。
uboot 中的命令表其实就是 cmd_tbl_t 结构体数组

cmd_process 函数的流程如下：

uboot 中的命令表其实就是 cmd_tbl_t 结构体数组

cmd_process->find_cmd->ll_entry_start 通过该函数得到得到数组第一个元素，也即uboot中命令表的起始地址
					 ->ll_entry_count 通过该函数得到得到数组长度，也即uboot中命令表的长度
					 ->find_cmd_tbl 通过该函数在命令表中找到所需的命令。找到则返回这个命令
           ->cmd_call->(cmdtp->cmd) cmd成员就是具体的命令处理函数，返回值为命令的执行结果

6.7 第七阶段：bootz启动流程

本节要解决三个问题

bootz是如何启动Linux内核？

uboot的生命是怎么终止的呢？

linux又是怎么启动的呢？

image全局变量

不管是bootz还是bootm命令，在启动Linux内核的时候都会用到一个重要的全局变量： images，images在文件cmd/bootm.c定义
```
bootm_headers_t images;
```

bootm_headers_t类型定义在include/image.h中

typedef struct bootm_headers {
    ......
    /* os 成员变量是 image_info_t 类型的，为系统镜像信息 */
	image_info_t os; 	/* OS 镜像信息 */
	......
	/* 下面这 11 个宏定义表示 BOOT 的不同阶段 */
    #define BOOTM_STATE_START (0x00000001)
    #define BOOTM_STATE_FINDOS (0x00000002)
    #define BOOTM_STATE_FINDOTHER (0x00000004)
    #define BOOTM_STATE_LOADOS (0x00000008)
    #define BOOTM_STATE_RAMDISK (0x00000010)
    #define BOOTM_STATE_FDT (0x00000020)
    #define BOOTM_STATE_OS_CMDLINE (0x00000040)
    #define BOOTM_STATE_OS_BD_T (0x00000080)
    #define BOOTM_STATE_OS_PREP (0x00000100)
    #define BOOTM_STATE_OS_FAKE_GO (0x00000200)/*'Almost' run the OS*/
    #define BOOTM_STATE_OS_GO (0x00000400)
    ......
}

类型image_info_t，也就是系统镜像信息结构体，定义在include/image.h中

do_bootz函数

bootz 命令的执行函数为 do_bootz，定义在文件 cmd/bootm.c 中

do_bootz函数的流程如下：

1、调用cmd/bootm.c中的函数bootz_start(cmdtp, flag, argc, argv, &images)

调用函数do_bootm_states，执行BOOTM_STATE_START阶段：bootm_start函数
- bootm_start函数会对images变量进行清零、设置images.state = BOOTM_STATE_START
通过images的ep成员变量，设置系统镜像的入口点，images->ep = load_addr;。
- 使用 bootz 命令启动系统的时候就会设置系统在 DRAM 中的存储位置，这个存储位置就是系统镜像的入口点
调用 bootz_setup 函数，用于获取zImage信息，判断zImage是否正确
调用函数bootm_find_images查找设备树文件，找到以后就将设备树的起始地址和长度分别写到images 的 ft_addr 和 ft_len 成员变量中

2、调用函数 bootm_disable_interrupts，关闭中断

3、设置 images.os.os 为 IH_OS_LINUX，也就是设置系统镜像为 Linux，表示我们要启动的是 Linux 系统！后面会用到 images.os.os 来挑选具体的启动函数。

4、调用函数 do_bootm_states 来执行不同的 BOOT 阶段，这里要执行的 BOOT 阶段有：BOOTM_STATE_OS_PREP 、BOOTM_STATE_OS_FAKE_GO 和BOOTM_STATE_OS_GO

调用bootm_os_get_boot_func，用于根据images->os.os找到系统对应的启动函数。此时就是boot_fn=do_bootm_linux
接着，根据阶段的不同，会执行不同的逻辑
- 对于BOOTM_STATE_OS_PREP阶段：调用boot_selected_os->boot_fn()->boot_prep_linux：该函数完成启动Linux之前的一些工作，对于使用设备树来说，他会将bootargs传递给Linux内核。也就是向Linux内核传参。
- 对于BOOTM_STATE_OS_GO和BOOTM_STATE_OS_FAKE_GO阶段：调用boot_selected_os->boot_fn()->boot_jump_linux
  - kernel_entry(0, machid, r2);传入三个参数：第一个参数zero同样为0；第二个参数为机器ID；第三个参数ATAGS或者设备树(DTB)首地址。至此进入到内核函数，uboot执行完毕
    - Linux内核镜像文件的第一行代码就是函数kernel_entry，而images->ep保存着Linux 内核镜像的起始地址，起始地址保存的正是Linux内核第一行代码