导读 | 当 U-Boot 将设备树加载到内存指定位置后,ARM 内核的 SoC 以通用寄存器 r2 来传递 dtb 在内存中的地址。kernel 获取到该地址后对 dtb 文件做进一步的处理。 |
当使用 bootm 加载 kernel 镜像时(bootz 是对 bootm 的一种封装以及功能扩展,实质一样)。U-Boot 跳转到 kernel 的入口函数是 boot_jump_linux
这个函数的 C 文件在 arch/arm/lib 下,说明设备树的传递的方式是与 SoC 架构相关的。不同的 SoC 在 bring-up 时,这个函数格外重要,这是 U-Boot 与 kernel 之间衔接、交互信息的一个关键 API。U-Boot 的这个函数执行结束后,将 CPU 的控制权完整的交给 kernel。
/*?Subcommand:?GO?*/ static?void?boot_jump_linux(bootm_headers_t?*images,?int?flag) { ... ??debug("##?Transferring?control?to?Linux?(at?address?%08lx)"?\ ????"...\n",?(ulong)?kernel_entry); ??bootstage_mark(BOOTSTAGE_ID_RUN_OS); ??announce_and_cleanup(fake); ??if?(IMAGE_ENABLE_OF_LIBFDT?&&?images->ft_len) ????r2?=?(unsigned?long)images->ft_addr; ??else ????r2?=?gd->bd->bi_boot_params; ... }
r2 作为存放设备树地址的寄存器,其取值有两种方式,分别是例化 bootm_header_t 这个数据结构的 ft_addr,以及利用 U-Boot 的板级启动参数作为设备树的地址。
数据结构 bootm_header_t 的定义如下,供各种内核的 SoC 使用,每家厂商根据自己 CPU 的特点对各个成员进行不同的例化。
/* ?*?Legacy?and?FIT?format?headers?used?by?do_bootm()?and?do_bootm_<os>() ?*?routines. ?*/ typedef?struct?bootm_headers?{ ??... ??char????*ft_addr;??/*?flat?dev?tree?address?*/ ??ulong????ft_len;????/*?length?of?flat?device?tree?*/ ??... }?bootm_headers_t;
用 bootm_header_t 的方式,U-Boot 需支持设备树以及文件非空。
ft_len 以及 ft_addr 属于 bootm_header_t,在 U-Boot 解析镜像文件时,实例化这两个成员。函数调用栈如下:
do_bootz(struct?cmd_tbl?*cmdtp,?int?flag,?int?argc,?char?*const?argv[]) -bootz_start() --bootm_find_images(int?flag,?int?argc,?char?*const?argv[],?ulong?start,ulong?size) ---boot_get_fdt(flag,?argc,?argv,?IH_ARCH_DEFAULT,?&images,&images.ft_addr,?&images.ft_len); ???u-boot-v2021.04/common/image-fdt.c
这种属于比较古老的一种方式了,目前基本不会采用。bi_boot_params 是一个存放内核启动参数的地址,通常是在板级初始化中进行指定。
代码执行到此处,r2 是否为预期的值,一是可以通过打印的方式、再有使用调试工具连上去确认。
解析分两个阶段,第一阶段进行校验以及启动参数的再调整;第二阶段完成设备树的解压,也就是将设备树由 FDT 变成 EDT,创建 device_node。
kernel 启动日志中与设备树相关的第一条打印如下,也就是打印出当前硬件设备的模型名,"OF: fdt: Machine model: V2P-CA9" 。
Booting?Linux?on?physical?CPU?0x0 Linux?version?5.4.124?(qemu@qemu)?(gcc?version?6.5.0?(Linaro?GCC?6.5-2018.12))?#3?**P?Fri?Jun?25?15:26:02?CST?2021 CPU:?ARMv7?Processor?[410fc090]?revision?0?(ARMv7),?cr=10c5387d CPU:?PIPT?/?VIPT?nonaliasing?data?cache,?VIPT?nonaliasing?instruction?cache OF:?fdt:?Machine?model:?V2P-CA9
这个模型名是在设备树文件的头部定义的,定义当前设备的总体名称。
//?SPDX-License-Identifier:?GPL-2.0 /* ?*?ARM?Ltd.?Versatile?Express ?* ?*?CoreTile?Express?A9x4 ?*?Cortex-A9?MPCore?(V2P-CA9) ?* ?*?HBI-0191B ?*/ /dts-v1/; #include?"vexpress-v2m.dtsi" /?{ ??model?=?"V2P-CA9"; ??... ??}
但这并不是 kernel 对设备树第一次进行处理的地方。在此之前已有其他的操作。函数调用栈如下:
setup_arch(char?**cmdline_p)?arch/arm/kernel/setup.c ????atags_vaddr?=?FDT_VIRT_BASE(__atags_pointer); ????setup_machine_fdt(void?*dt_virt)?arch/arm/kernel/devtree.c ????????early_init_dt_verify() ????????of_flat_dt_match_machine()??drivers/of/fdt.c ????????early_init_dt_scan_nodes(); ????????__machine_arch_type?=?mdesc->nr;
第 2 行、__atags_pointer 是 dtb 在内存中的地址,这个地址在汇编阶段(若镜像为 zImage,那么在解压缩阶段就完成了)便获取到了。由于执行到 setup_arch 时 mmu 已经使能并且 4K 的段页表也已经完成了映射,而 U-Boot 传递给 kernel 的设备树 fdt 地址属于物理地址,因此需要将物理地址转换成虚拟地址。
head-common.S ??.align??2 ??.type??__mmap_switched_data,?%object __mmap_switched_data: #ifdef?CONFIG_XIP_KERNEL #ifndef?CONFIG_XIP_DEFLATED_DATA ??.long??_sdata????????@?r0 ??.long??__data_loc??????@?r1 ??.long??_edata_loc??????@?r2 #endif ??.long??__bss_stop??????@?sp?(temporary?stack?in?.bss) #endif ??.long??__bss_start??????@?r0 ??.long??__bss_stop??????@?r1 ??.long??init_thread_union?+?THREAD_START_SP?@?sp ??.long??processor_id??????@?r0 ??.long??__machine_arch_type????@?r1 ??.long??__atags_pointer??????@?r2
第一阶段对设备树的配置主要包括:
A 对 dtb 文件进行 crc32 校验,检测设备树文件是否合法 early_init_dt_verify()
B?early_init_dt_scan_nodes() ????????/*?Retrieve?various?information?from?the?/chosen?node?*/ ????????of_scan_flat_dt(early_init_dt_scan_chosen,?boot_command_line); ????????/*?Initialize?{size,address}-cells?info?*/ ????????of_scan_flat_dt(early_init_dt_scan_root,?NULL); ????????/*?Setup?memory,?calling?early_init_dt_add_memory_arch?*/ ????????of_scan_flat_dt(early_init_dt_scan_memory,?NULL); C?更新__machine_arch_type D?更新?chosen
上面这个 chosen 信息可以在 kernel 起来后再次查看做了哪些修改。
第二阶段单纯的是将设备树 ABI 文件进行解压缩,由 FDT 变成 EDT,生成相应的 device_node 结点。这个阶段的函数调用栈如下:
unflatten_device_tree(); ????*__unflatten_device_tree() ????????/*?First?pass,?scan?for?size?*/ ????????size?=?unflatten_dt_nodes(blob,?NULL,?dad,?NULL); ?????????/*?Second?pass,?do?actual?unflattening?*/ ????????unflatten_dt_nodes(blob,?mem,?dad,?mynodes); ????????????unflatten_dt_nodes() ????????????????populate_node()
device_nodes 结点如下:
device_node 创建完成后,kernel 创建 platform_device 时依据这个阶段完成的工作情况进行对应的设备注册,供驱动代码使用。