MTK 驱动开发（5）---bootloader

最新推荐文章于 2025-06-12 16:39:55 发布

kyo_

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本文详细解析了MTK平台的启动过程，包括BootRom、Preloader、LK、Kernel四个阶段，重点分析了Preloader和LK阶段的启动逻辑、硬件初始化、加载Linux Kernel等关键步骤。

摘要生成于 C知道，由 DeepSeek-R1 满血版支持，前往体验 >

1、框架

MTK 平台的启动过程经过四个模块，分别是BootRom,Preloader,LK,Kernel.

2 、bootloader到kernel启动总逻辑流程图

3、Boot ROM

Boot ROM的主要功能流程如下：

1)设备上电起来后，跳转到Boot ROM，Boot ROM从Reset Vector 开始执行ARM 核。

2)内部SRAM 中初始化栈

3)初始化nand flash 或 emmc

4)把pre-loader加载起到ISRAM

5)跳到pre-loader

4、Preloader

4.1 Preloader主要功能

1)复位寄存器、堆栈的SP，禁止中断IRQ，建立起C运行环境

2)初始化Timer、Clock、UART、DDR等关键硬件

3)对代码进行鉴权

4）pre-loader初始化好DRAM后就将lk从flash（nand/emmc）中加载到DRAM中运行

4.2 Preloader- entry

PreLoader entry位于 mediatek /platform/MTXXXX//Preloader/src/init/init.s

源码流程如下：

./bootloader/preloader/platform/mt6580/src/init/init.s

.section .text.start
...

.globl _start
...

    /* set the cpu to SVC32 mode */
    MRS   r0,cpsr
    BIC   r0,r0,#0x1f
    ORR   r0,r0,#0xd3
    MSR   cpsr,r0

    /* disable interrupt */
    MRS r0, cpsr
    MOV r1, #INT_BIT
    ORR r0, r0, r1
    MSR cpsr_cxsf, r0

...
setup_stk :
    /* setup stack */
    LDR r0, stack
    LDR r1, stacksz
...

entry :
    LDR r0, =bldr_args_addr

    /* 跳转到C代码 main 入口 */
    B   main

4.3 Preloader- main

alps/mediatek /platform/$MTXXXX//Preloader/

void main(u32 *arg)
{
    struct bldr_command_handler handler;
    u32 jump_addr, jump_arg;

    /* get the bldr argument */
    bldr_param = (bl_param_t *)*arg;

// 初始化uart 
    mtk_uart_init(UART_SRC_CLK_FRQ, CFG_LOG_BAUDRATE);

// 这里干了很多事情，包括各种的平台硬件(timer，pmic，gpio，wdt...)初始化工作.
    bldr_pre_process();

    handler.priv = NULL;
    handler.attr = 0;
    handler.cb   = bldr_cmd_handler;

// 这里是获取启动模式等信息保存到全局变量g_boot_mode和g_meta_com_type 中.
    BOOTING_TIME_PROFILING_LOG("before bldr_handshake");
    bldr_handshake(&handler);
    BOOTING_TIME_PROFILING_LOG("bldr_handshake");

// 下面跟 secro img 相关，跟平台设计强相关.
    /* security check */
    sec_lib_read_secro();
    sec_boot_check();
    device_APC_dom_setup();

    BOOTING_TIME_PROFILING_LOG("sec_boot_check");

/* 如果已经实现EL3，那么进行tz预初始化 */
#if CFG_ATF_SUPPORT
    trustzone_pre_init();
#endif

/* bldr_load_images
此函数要做的事情就是把lk从ROM中指定位置load到DRAM中，开机log中可以看到具体信息：
[PART] load "lk" from 0x0000000001CC0200 (dev) to 0x81E00000 (mem) [SUCCESS]
这里准备好了jump到DRAM的具体地址，下面详细分析.
*/
    if (0 != bldr_load_images(&jump_addr)) {
        print("%s Second Bootloader Load Failed\n", MOD);
        goto error;
    }

/* 
该函数的实现体是platform_post_init，这里要干的事情其实比较简单，就是通过
hw_check_battery去判断当前系统是否存在电池（判断是否有电池ntc脚来区分），
如果不存在就陷入while(1)卡住了，所以在es阶段调试有时候
需要接电源调试的，就需要改这里面的逻辑才可正常开机 
*/
    bldr_post_process();

// atf 正式初始化，使用特有的系统调用方式实现.
#if CFG_ATF_SUPPORT
    trustzone_post_init();
#endif

/* 跳转传入lk的参数，包括boot time/mode/reason 等，这些参数在
   platform_set_boot_args 函数获取。
*/
    jump_arg = (u32)&(g_dram_buf->boottag);


/* 执行jump系统调用，从 pre-loader 跳转到 lk执行，

5、lk

5.1 lk主要功能

1）从Preloader 获取参数

2）MMU cache 使能

3）外设初始化

4）设置boot 模式

5）加载kernel

6) 跳转到kernel

5.2 lk-reset

lk执行入口：

位于.text.boot 这个section(段)，具体定义位置为：

./lk/arch/arm/system-onesegment.ld:10:   .text.boot : { *(.text.boot) }
./lk/arch/arm/system-twosegment.ld:10:  .text.boot : { *(.text.boot) }

该段的代码执行入口是crt0.S文件，位置为：

./lk/arch/arm/crt0.S

crt0.S 中会经过一系列的初始化准备操作，最终跳转到C代码入口kmain函数开始执行，这个是我们需要重点分析关注的，kmain的位置：

./lk/kernel/main.c

5.3 lk-main

5.4代码分析

1、crt0.S

.section ".text.boot"

...

.Lstack_setup:
    /* ==set up the stack for irq, fi==q, abort, undefined, system/user, and lastly supervisor mode */
    mrs     r0, cpsr
  bic     r0, r0, #0x1f

    ldr    r2, =abort_stack_top
    orr     r1, r0, #0x12 // irq
    msr     cpsr_c, r1
    ldr    r13, =irq_save_spot     /* save a pointer to a temporary dumping spot used during irq delivery */

    orr     r1, r0, #0x11 // fiq
    msr     cpsr_c, r1
    mov    sp, r2

    orr     r1, r0, #0x17 // abort
    msr     cpsr_c, r1
    mov    sp, r2

    orr     r1, r0, #0x1b // undefined
    msr     cpsr_c, r1
    mov    sp, r2

    orr     r1, r0, #0x1f // system
    msr     cpsr_c, r1
    mov    sp, r2

    orr    r1, r0, #0x13 // supervisor
    msr    cpsr_c, r1
    mov    sp, r2
...

    bl     kmain

crt0.S 小结：

这里主要干的事情就是建立fiq/irq/abort等各种模式的stack，初始化向量表，然后切换到管理模式（pre-loader运行在EL3, lk运行在EL1），最后跳转到C代码入口 kmain 执行.

2、kmain ：

void kmain(void)
{
    boot_time = get_timer(0);

    /* 早期初始化线程池的上下文，包括运行队列、线程链表的建立等，
       lk架构支持多线程，但是此阶段只有一个cpu处于online，所以也只有一条代码执行路径.
    */
    thread_init_early();

    /* 架构初始化，包括DRAM,MMU初始化使能，使能协处理器，
       preloader运行在ISRAM，属于物理地址，而lk运行在DRAM，可以选择开启MMU或者关闭，开启MMU可以加速lk的加载过程.
    */
    arch_early_init();

    /*
      平台硬件早期初始化，包括irq、timer，wdt，uart，led，pmic，i2c，gpio等,
       初始化平台硬件，建立lk基本运行环境。
    */
    platform_early_init();

    boot_time = get_timer(0);

    // 这个是保留的空函数.
    target_early_init();

    dprintf(CRITICAL, "welcome to lk\n\n");

    /*
      执行定义在system-onesegment.ld 描述段中的构造函数，不太清楚具体机制：
    __ctor_list = .;
    .ctors : { *(.ctors) }
    __ctor_end = .;
    */
    call_constructors();

    //内核堆链表上下文初始化等.
    heap_init();

    // 线程池初始化,前提是PLATFORM_HAS_DYNAMIC_TIMER需要支持.
    thread_init();

    // dpc系统是什么？据说是一个类似work_queue的东东，dpc的简称是什么就不清楚了.
    dpc_init();

    // 初始化内核定时器
    timer_init();

    // 创建系统初始化工作线程,执行app初始化，lk把业务部分当成一个app.
    thread_resume(thread_create("bootstrap2", &bootstrap2, NULL, DEFAULT_PRIORITY, DEFAULT_STACK_SIZE));

    // 使能中断.
    exit_critical_section();

    // become the idle thread
    thread_become_idle();
}

kmain 小结：

。初始化线程池，建立线程管理链表、运行队列等；

。初始化各种平台硬件，包括irq、timer，wdt，uart，led，pmic，i2c，gpio等，建立lk基本运行环境；

。初始化内核heap、内核timer等；

。创建系统初始化主线程，进入bootstrap2执行，使能中断，当前线程进入idle;

3、bootstrap2 分析：

static int bootstrap2(void *arg)
{
...
/*
  平台相关初始化，包括nand/emmc，LCM显示驱动，启动模式选择，加载logo资源，
  具体代码流程如下时序图.
*/
    platform_init();
...

/*
  app初始化，跳转到mt_boot_init入口开始执行,对应的 ".apps" 这个section.
*/
    apps_init();

    return 0;
}

这里的 apps_init 跳转机制还有点特别：

extern const struct app_descriptor __apps_start;
extern const struct app_descriptor __apps_end;
void apps_init(void)
{
    const struct app_descriptor *app;

    /* 这里具体干了什么？如何跳转到mt_boot_init入口？有点不知所云 
       依次遍历 从__apps_start 到__apps_end 又是什么东东？
    */
    for (app = &__apps_start; app != &__apps_end; app++) {
        if (app->init)
            app->init(app);
    }

...
}

这个__apps_start 跟 __apps_end哪里定义的？是怎么回事呢？这里就需要了解一点编译链接原理跟memory 布局的东东，这个实际上是指memory中的一个只读数据段的起始&结束地址区间，它定义在这个文件中：

./lk/arch/arm/system-onesegment.ld:47:        __apps_start = .;

.rodata : { 
...
    . = ALIGN(4);
    __apps_start = .;
    KEEP (*(.apps))
    __apps_end = .;
    . = ALIGN(4); 
    __rodata_end = . ;      
}

该mem地址区间是[__apps_start, __apps_end]，显然区间就是“.apps” 这个section内容了. 那么这个section是在哪里初始化的呢？继续看：

./lk/app/mt_boot/mt_boot.c:1724:

APP_START(mt_boot)
.init = mt_boot_init,
 APP_END

展开APP_START：

#define APP_START(appname) struct app_descriptor _app_##appname __SECTION(".apps") = { .name = #appname,
#define APP_END };

到这里就很明显了，编译链接系统会将mt_boot_init这个地址记录到”.apps”这个section中！所以下面代码要干的事情就很清晰了，执行app->init(app)后就等价于调用了void mt_boot_init(const struct app_descriptor *app) 函数.

for (app = &__apps_start; app != &__apps_end; app++) {
    if (app->init)
        app->init(app);
}

bootstrap2 函数小结：

。平台相关初始化，包括nand/emmc，显现相关驱动，启动模式选择，加载logo资源检测是否DA模式，检测分区中是否有KE信息，如果就KE信息，就从分区load 到DRAM，点亮背光，显示logo，禁止I/D-cache和MMU,跳转到DA（??）,配置二级cache的size 获取bat电压，判断是否低电量是否显示充电logo等，总之此函数干的事情比较多.时序图(platform_init)可以比较清晰直观的描述具体细节

。跳转到到mt_boot_init函数,对应的 “.apps” 这个section，相关机制上面已经详细描述，不再复述.

4、mt_boot_init 分析

void mt_boot_init(const struct app_descriptor *app)
{
    unsigned usb_init = 0;
    unsigned sz = 0;
    int sec_ret = 0;
    char tmp[SN_BUF_LEN+1] = {0};
    unsigned ser_len = 0;
    u64 key;
    u32 chip_code;
    char serial_num[SERIALNO_LEN];

    /* 获取串号字符串 */
    key = get_devinfo_with_index(13);
    key = (key << 32) | (unsigned int)get_devinfo_with_index(12);

    /* 芯片代码 */
    chip_code = board_machtype();

    if (key != 0)
        get_serial(key, chip_code, serial_num);
    else
        memcpy(serial_num, DEFAULT_SERIAL_NUM, SN_BUF_LEN);
    /* copy serial from serial_num to sn_buf */
    memcpy(sn_buf, serial_num, SN_BUF_LEN);
    dprintf(CRITICAL,"serial number %s\n",serial_num);

    /* 从特定分区获取产品sn号，如果获取失败就使用默认值 DEFAULT_SERIAL_NUM */
#ifdef SERIAL_NUM_FROM_BARCODE
    ser_len = read_product_info(tmp);
    if (ser_len == 0) {
        ser_len = strlen(DEFAULT_SERIAL_NUM);
        strncpy(tmp, DEFAULT_SERIAL_NUM, ser_len);
    }
    memset( sn_buf, 0, sizeof(sn_buf));
    strncpy( sn_buf, tmp, ser_len);
#endif
    sn_buf[SN_BUF_LEN] = '\0';
    surf_udc_device.serialno = sn_buf;

/* mtk平台默认不支持 fastboot */
    if (g_boot_mode == FASTBOOT)
        goto fastboot;

/* secure boot相关 */
#ifdef MTK_SECURITY_SW_SUPPORT
#if MTK_FORCE_VERIFIED_BOOT_SIG_VFY
    g_boot_state = BOOT_STATE_RED;
#else
    if (0 != sec_boot_check(0)) {
        g_boot_state = BOOT_STATE_RED;
    }
#endif
#endif

/* 这里干的事情就比较多了，跟进g_boot_mode选择各种启动模式，例如：
normal、facotry、fastboot、recovery等,然后从ROM中的boot.img分区找到(解压)
ramdisk跟zImage的地址loader到DRAM的特定地址中，kernel最终load到DRAM中的地址
(DRAM_PHY_ADDR + 0x8000) == 0x00008000.
read the data of boot (size = 0x811800)
*/
    boot_linux_from_storage();

fastboot:
    target_fastboot_init();
    if (!usb_init)
        /*Hong-Rong: wait for porting*/
        udc_init(&surf_udc_device);

    mt_part_dump();
    sz = target_get_max_flash_size();
    fastboot_init(target_get_scratch_address(), sz);
    udc_start();

}

mt_boot_init 分析小结：

。获取设备串号字符串、芯片代码、sn号等.

。如果实现了secure boot则进行sec boot的check工作；

。进入 boot_linux_from_storage 函数初始化,该函数很重要，干了很多事情，如下分析.

5、boot_linux_from_storage 分析：

int boot_linux_from_storage(void)
{
    int ret=0;
...

    switch (g_boot_mode) {
        case NORMAL_BOOT:
        case META_BOOT:
        case ADVMETA_BOOT:
        case SW_REBOOT:
        case ALARM_BOOT:
        case KERNEL_POWER_OFF_CHARGING_BOOT:
        case LOW_POWER_OFF_CHARGING_BOOT:
                        /* 检查boot分区的头部是否有bootopt标识，如果没有就报错 */
            ret = mboot_android_load_bootimg_hdr("boot", CFG_BOOTIMG_LOAD_ADDR);
            if (ret < 0) {
                msg_header_error("Android Boot Image");
            }

                       /* 64bit & 32bit kimg地址获取不一样*/
            if (g_is_64bit_kernel) {
                kimg_load_addr = (unsigned int)target_get_scratch_address();
            } else {
                kimg_load_addr = (g_boot_hdr!=NULL) ? g_boot_hdr->kernel_addr : CFG_BOOTIMG_LOAD_ADDR;
            }

                       /* 
                        从EMMC的boot分区取出bootimage载入到DRAM  
                        dprintf(CRITICAL, " > from - 0x%016llx (skip boot img hdr)\n",start_addr);
                        dprintf(CRITICAL, " > to   - 0x%x (starts with kernel img hdr)\n",addr);
                        len = dev->read(dev, start_addr, (uchar*)addr, g_bimg_sz); <<= 系统调用load到DRAM

                       开机log：
                              [3380]  > from - 0x0000000001d20800 (skip boot img hdr)
                              [3380]  > to   - 0x80008000 (starts with kernel img hdr)
                       */
            ret = mboot_android_load_bootimg("boot", kimg_load_addr);
            if (ret < 0) {
                msg_img_error("Android Boot Image");
            }

            dprintf(CRITICAL,"[PROFILE] ------- load boot.img takes %d ms -------- \n", (int)get_timer(time_load_bootimg));

            break;

        case RECOVERY_BOOT:
...
            break;

        case FACTORY_BOOT:
        case ATE_FACTORY_BOOT:
...

            break;
...

    }

    /* 重定位根文件系统（ramdisk）地址 */
    memcpy((g_boot_hdr!=NULL) ? (char *)g_boot_hdr->ramdisk_addr : (char *)CFG_RAMDISK_LOAD_ADDR, (char *)(g_rmem_off), g_rimg_sz);
    g_rmem_off = (g_boot_hdr!=NULL) ? g_boot_hdr->ramdisk_addr : CFG_RAMDISK_LOAD_ADDR;

...

/* 传入cmdline，设置selinux */
#if SELINUX_STATUS == 1
    cmdline_append("androidboot.selinux=disabled");
#elif SELINUX_STATUS == 2
    cmdline_append("androidboot.selinux=permissive");
#endif

/* 准备启动linux kernel */
    boot_linux((void *)CFG_BOOTIMG_LOAD_ADDR, (unsigned *)CFG_BOOTARGS_ADDR,
               (char *)cmdline_get(), board_machtype(), (void *)CFG_RAMDISK_LOAD_ADDR, g_rimg_sz);

    while (1) ;

    return 0;
}

boot_linux_from_storage 小结：

。跟据g_boot_mode选择各种启动模式，例如： normal、facotry、fastboot、recovery等,然后从EMMC中的boot分区找到(解压) ramdisk跟zImage的地址通过read系统调用load到DRAM址中， kernel最终load到DRAM的地址：(DRAM_PHY_ADDR + 0x8000)；

。重定位根文件系统地址；

。跳转到 boot_linux，正式拉起kernel；

6、boot_linux 分析：

boot_linux 实际上跑的是boot_linux_fdt,这个函数有对dtb的加载做出来，期间操作相当复杂，这里只简单关注主流程.

void boot_linux(void *kernel, unsigned *tags,
                char *cmdline, unsigned machtype,
                void *ramdisk, unsigned ramdisk_size)
{
...
// 新架构都是走fdt分支.
#ifdef DEVICE_TREE_SUPPORT
    boot_linux_fdt((void *)kernel, (unsigned *)tags,
                   (char *)cmdline, machtype,
                   (void *)ramdisk, ramdisk_size);

    while (1) ;
#endif
...

int boot_linux_fdt(void *kernel, unsigned *tags,
                   char *cmdline, unsigned machtype,
                   void *ramdisk, unsigned ramdisk_size)
{
...
    void (*entry)(unsigned,unsigned,unsigned*) = kernel;
...

// find dt from kernel img
    if (fdt32_to_cpu(*(unsigned int *)dtb_addr) == FDT_MAGIC) {
        dtb_size = fdt32_to_cpu(*(unsigned int *)(dtb_addr+0x4));
    } else {
        dprintf(CRITICAL,"Can't find device tree. Please check your kernel image\n");
        while (1) ;
    }
...

    if (!has_set_p2u) {
/* 控制进入kernel后uart的输出，非eng版本默认是关闭的，如果调试需要就可以改这里为
   "printk.disable_uart=0"
 */

#ifdef USER_BUILD
        sprintf(cmdline,"%s%s",cmdline," printk.disable_uart=1");
#else
        sprintf(cmdline,"%s%s",cmdline," printk.disable_uart=0 ddebug_query=\"file *mediatek* +p ; file *gpu* =_\"");
#endif
...
    }

...

// led,irq关闭
    platform_uninit();

// 关闭I/D-cache，关闭MMU，今天kernel的条件.
    arch_disable_cache(UCACHE);
    arch_disable_mmu();

// sec init
    extern void platform_sec_post_init(void)__attribute__((weak));
    if (platform_sec_post_init) {
        platform_sec_post_init();
    }

// 如果是正在充电，检测到power key后执行reset.
    if (kernel_charging_boot() == 1) {
        if (pmic_detect_powerkey()) {
            dprintf(CRITICAL,"[%s] PowerKey Pressed in Kernel Charging Mode Before Jumping to Kernel, Reboot Os\n", __func__);
            mtk_arch_reset(1);
        }
    }
#endif
...

// 输出关键信息。
    dprintf(CRITICAL,"cmdline: %s\n", cmdline);
    dprintf(CRITICAL,"lk boot time = %d ms\n", lk_t);
    dprintf(CRITICAL,"lk boot mode = %d\n", g_boot_mode);
    dprintf(CRITICAL,"lk boot reason = %s\n", g_boot_reason[boot_reason]);
    dprintf(CRITICAL,"lk finished --> jump to linux kernel %s\n\n", g_is_64bit_kernel ? "64Bit" : "32Bit");

// 执行系统调用，跳转到kernel，这里的entry实际上就是前面的kernel在DRAM的入口地址.
    if (g_is_64bit_kernel) {
        lk_jump64((u32)entry, (u32)tags, 0, KERNEL_64BITS);
    } else {
                dprintf(CRITICAL,"[mt_boot] boot_linux_fdt entry:0x%08x, machtype：%d\n",entry,machtype);
        entry(0, machtype, tags);
    }
    while (1);
    return 0;
}

开机log打印信息：

[4260] cmdline: console=tty0 console=ttyMT0,921600n1 root=/dev/ram vmalloc=496M androidboot.hardware=mt6580 androidboot.verifiedbootstate=green bootopt=64S3,32S1,32S1 printk.disable_uart=1 bootprof.pl_t=1718 bootprof.lk_t=2178 boot_reason=0 androidboot.serialno=0123456789ABCDEF androidboot.bootreason=power_key gpt=1

[4260] lk boot time = 2178 ms

[4260] lk boot mode = 0

[4260] lk boot reason = power_key

[4260] lk finished --> jump to linux kernel 32Bit

[4260] [mt_boot] boot_linux_fdt entry:0x80008000, machtype：6580