U-boot传递RAM和Linux kernel读取RAM参数的解析

U-boot会给Linux Kernel传递很多参数，如：串口，RAM，videofb等。而Linux kernel也会读取和处理这些参数。两者之间通过struct tag来传递参数。U-boot把要传递给kernel的东西保存在struct tag数据结构中，启动kernel时，把这个结构体的物理地址传给kernel；Linux kernel通过这个地址，用parse_tags分析出传递过来的参数。

这里主要以U-boot传递RAM和Linux kernel读取RAM参数为例进行说明。

1、u-boot给kernel传RAM参数

 ./common/cmd_bootm.c文件中（指Uboot的根目录），bootm命令对应的do_bootm函数，当分析uImage中信息发现OS是Linux时，调用./lib_arm/bootm.c文件中的do_bootm_linux函数来启动Linux kernel。

在do_bootm_linux函数中：

void do_bootm_linux (cmd_tbl_t *cmdtp, int flag, int argc, char *argv[],\

                                   ulong addr, ulong *len_ptr, int verify)

{

......

#if defined (CONFIG_SETUP_MEMORY_TAGS) || \

    defined (CONFIG_CMDLINE_TAG) || \

    defined (CONFIG_INITRD_TAG) || \

    defined (CONFIG_SERIAL_TAG) || \

    defined (CONFIG_REVISION_TAG) || \

    defined (CONFIG_LCD) || \

    defined (CONFIG_VFD)

                            setup_start_tag (bd);      //初始化tag结构体开始

#ifdef CONFIG_SERIAL_TAG

                           setup_serial_tag (¶ms);

#endif

#ifdef CONFIG_REVISION_TAG

                            setup_revision_tag (¶ms);

#endif

#ifdef CONFIG_SETUP_MEMORY_TAGS

                           setup_memory_tags (bd);      //设置RAM参数

#endif

#ifdef CONFIG_CMDLINE_TAG

                           setup_commandline_tag (bd, commandline);

#endif

#ifdef CONFIG_INITRD_TAG

       if (initrd_start && initrd_end)

                           setup_initrd_tag (bd, initrd_start, initrd_end);

#endif

#if defined (CONFIG_VFD) || defined (CONFIG_LCD)

                         setup_videolfb_tag ((gd_t *) gd);

#endif

                         setup_end_tag (bd);              //初始化tag结构体结束

#endif

......

......

                         theKernel (0, machid, bd->bi_boot_params);

//传给Kernel的参数＝ (struct tag *)型的bd->bi_boot_params

//bd->bi_boot_params在board_init函数中初始化，如对于at91rm9200，初始化在at91rm9200dk.c的board_init中进行：bd->bi_boot_params=PHYS_SDRAM + 0x100;

//这个地址也是所有taglist的首地址，见下面的setup_start_tag函数

}

对于setup_start_tag和setup_memory_tags函数说明如下。

函数setup_start_tag也在此文件中定义，如下：

static void setup_start_tag (bd_t *bd)

{

       params = (struct tag *) bd->bi_boot_params;

//初始化(struct tag *)型的全局变量params为bd->bi_boot_params的地址，之后的setup tags相关函数如下面的setup_memory_tags就把其它tag的数据放在此地址的偏移地址上。

       params->hdr.tag = ATAG_CORE;

       params->hdr.size = tag_size (tag_core);

       params->u.core.flags = 0;

       params->u.core.pagesize = 0;

       params->u.core.rootdev = 0;

       params = tag_next (params);

}

RAM相关参数在bootm.c中的函数setup_memory_tags中初始化：

static void setup_memory_tags (bd_t *bd)

{

       int i;

       for (i = 0; i < CONFIG_NR_DRAM_BANKS; i++) {

              params->hdr.tag = ATAG_MEM;

              params->hdr.size = tag_size (tag_mem32);

              params->u.mem.start = bd->bi_dram[i].start;

              params->u.mem.size = bd->bi_dram[i].size;

              params = tag_next (params);

       }                   //初始化内存相关tag

}

2、Kernel读取U-boot传递的相关参数

对于Linux Kernel，ARM平台启动时，先执行arch/arm/kernel/head.S，此文件会调用arch/arm/kernel/head-common.S和arch/arm/mm/proc-arm920.S中的函数，并最后调用start_kernel：

......

b     start_kernel

......

init/main.c中的start_kernel函数中会调用setup_arch函数来处理各种平台相关的动作，包括了u-boot传递过来参数的分析和保存：

start_kernel()

{

......

       setup_arch(&command_line);

......

}

其中，setup_arch函数在arch/arm/kernel/setup.c文件中实现，如下：

void __init setup_arch(char **cmdline_p)

{

       struct tag *tags = (struct tag *)&init_tags;

       struct machine_desc *mdesc;

       char *from = default_command_line;

       setup_processor();

       mdesc = setup_machine(machine_arch_type);

       machine_name = mdesc->name;

       if (mdesc->soft_reboot)

              reboot_setup("s");

       if (__atags_pointer)             

//指向各种tag起始位置的指针，定义如下：

//unsigned int __atags_pointer __initdata;

//此指针指向__initdata段，各种tag的信息保存在这个段中。

              tags = phys_to_virt(__atags_pointer);

       else if (mdesc->boot_params)

              tags = phys_to_virt(mdesc->boot_params);

       if (tags->hdr.tag != ATAG_CORE)

              convert_to_tag_list(tags);

       if (tags->hdr.tag != ATAG_CORE)

              tags = (struct tag *)&init_tags;

       if (mdesc->fixup)

              mdesc->fixup(mdesc, tags, &from, &meminfo);

       if (tags->hdr.tag == ATAG_CORE) {

              if (meminfo.nr_banks != 0)

                     squash_mem_tags(tags);

              save_atags(tags);

              parse_tags(tags);

//处理各种tags，其中包括了RAM参数的处理。

//这个函数处理如下tags：

__tagtable(ATAG_MEM, parse_tag_mem32);

__tagtable(ATAG_VIDEOTEXT, parse_tag_videotext);

__tagtable(ATAG_RAMDISK, parse_tag_ramdisk);

__tagtable(ATAG_SERIAL, parse_tag_serialnr);

__tagtable(ATAG_REVISION, parse_tag_revision);

__tagtable(ATAG_CMDLINE, parse_tag_cmdline);

       }

       init_mm.start_code = (unsigned long) &_text;

       init_mm.end_code   = (unsigned long) &_etext;

       init_mm.end_data   = (unsigned long) &_edata;

       init_mm.brk       = (unsigned long) &_end;

       memcpy(boot_command_line, from, COMMAND_LINE_SIZE);

       boot_command_line[COMMAND_LINE_SIZE-1] = '\0';

       parse_cmdline(cmdline_p, from); //处理编译内核时指定的cmdline或u-boot传递的cmdline

       paging_init(&meminfo, mdesc);

       request_standard_resources(&meminfo, mdesc);

#ifdef CONFIG_SMP

       smp_init_cpus();

#endif

       cpu_init();

       init_arch_irq = mdesc->init_irq;

       system_timer = mdesc->timer;

       init_machine = mdesc->init_machine;

#ifdef CONFIG_VT

#if defined(CONFIG_VGA_CONSOLE)

       conswitchp = &vga_con;

#elif defined(CONFIG_DUMMY_CONSOLE)

       conswitchp = &dummy_con;

#endif

#endif

       early_trap_init();

}

对于处理RAM的tag，调用了parse_tag_mem32函数：

static int __init parse_tag_mem32(const struct tag *tag)

{

......

       arm_add_memory(tag->u.mem.start, tag->u.mem.size);

......

}

__tagtable(ATAG_MEM, parse_tag_mem32);

上述的arm_add_memory函数定义如下：

static void __init arm_add_memory(unsigned long start, unsigned long size)

{

       struct membank *bank;

       size -= start & ~PAGE_MASK;

       bank = &meminfo.bank[meminfo.nr_banks++];

       bank->start = PAGE_ALIGN(start);

       bank->size = size & PAGE_MASK;

       bank->node = PHYS_TO_NID(start);

}

如上可见，parse_tag_mem32函数调用arm_add_memory函数把RAM的start和size等参数保存到了meminfo结构的meminfo结构体中。最后，在setup_arch中执行下面语句：

  paging_init(&meminfo, mdesc);

对没有MMU的平台上调用arch/arm/mm/nommu.c中的paging_init，否则调用arch/arm/mm/mmu.c中的paging_init函数。这里暂不分析mmu.c中的paging_init函数。

3、关于U-boot中的bd和gd

U-boot中有一个用来保存很多有用信息的全局结构体－－gd_t（global data缩写），其中包括了bd变量，可以说gd_t结构体包括了u-boot中所有重要全局变量。最后传递给内核的参数，都是从gd和bd中来的，如上述的setup_memory_tags函数的作用就是用bd中的值来初始化RAM相应的tag。

对于ARM平台这个结构体的定义大致如下：

include/asm-arm/global_data.h

typedef    struct      global_data {

       bd_t        *bd;

       unsigned long flags;

       unsigned long baudrate;

       unsigned long have_console; /* serial_init() was called */

       unsigned long reloc_off;       /* Relocation Offset */

       unsigned long env_addr;       /* Address of Environment struct */

       unsigned long env_valid;       /* Checksum of Environment valid? */

       unsigned long fb_base; /* base address of frame buffer */

       void        **jt;        /* jump table */

} gd_t;

在U-boot中使用gd结构之前要用先用宏DECLARE_GLOBAL_DATA_PTR来声明。这个宏的定义如下：

include/asm-arm/global_data.h

#define DECLARE_GLOBAL_DATA_PTR register volatile gd_t *gd asm ("r8")

从这个宏的定义可以看出，gd是一个保存在ARM的r8寄存器中的gd_t结构体的指针。

本文的版本为U-boot-1.3.4、Linux-2.6.28，平台是ARM。