Powerpc啟動順序分析。
摘要：本文致力於研究Powerpc的引導技術，其中包括U-boot啟動代碼分析，kernel for Powerpc 啟動代碼分析，以及U-boot加載kernel代碼分析。以上三個部分屬於體系結構相關的內容。
由於時間有限，只是對代碼進行粗讀。
一、Kernel 啟動代碼分析
如果由u-boot解壓縮內核，則內核的入口點是arch/ppc/head.s，注意，如果使用新的bsp，則arch使用powerpc而不是ppc。Ppc主要針對32位系統，powerpc把32位系統與64位系統整合在一起。
Powerpc有四種子體系：PMAC——PowerMacintosh主要是對mac的支持；PReP主要支持IBM，motorola，我們的ppc 440，460，mpc8548應該屬於這個體系；CHRP支持IBM RS/6000，Genesi；APUS Amiga Power-UP Systems (APUS)。每種架構的啟動是不一樣的。
head.s
1、找到_start，首先根據ABI規范保存r3~r7（保存到r27~r31）。主要是一些內核參數。此時mmu是打開的，當然物理內核和虛擬內存相同。然後跳到early_init中把bss清零，然後判斷CPU類型，根據類型判斷物理地址（在關掉mmu時需要定位代碼所在的物理地址），最後通過r3返回物理地址。
2、Bl mmu_off 關mmu，默認啟動mmu是開啟的，使用cpu內部的tlb進行內存映射。
3、Bl clear_bats 清除block address table
4、BL Flush_tlbs 應該是刷新tlb//其實都是寫寄存器的操作。
5、Bl initial_bats 將前16M內存映射給內核使用。
6、Bl reloc_offset 計算連接地址與實際地址的偏移
7、Call_setup_cpu 設置cpu的ctl寄存器
8、Reloc_kernel 如果有必要則reloc
9、B turn_on_mmu 這個函數通過rfi返回，將SPRN_SRR0設置成start_here地址，rfi中斷返回時將跳到這個地址執行，並切換上下文。
10、 Start_here 真正的打開mmu，通過rfi跳轉到start_kernel運行。
11、 Start_kernel在main.c中，後面的內容和所有架構下無異。
二、 U-boot啟動代碼分析
U-Boot啟動代碼（for ppc）主要關注如下幾個文件：1、u-boot.lds，2、start.s，3、board.c。u-boot.lds是鏈接文件，一般在對應開發板目錄下；
Start.s 是啟動代碼文件，一般在對應得cpu目錄下；
Board.c 是板子初始化文件，一般在對應體系結構的lib下；
首先來看u-boot.lds，從這個文件可以找到整個程序的入口位置。開頭代碼如下：
OUTPUT_ARCH(powerpc) /*代碼是for ppc的*/
/* Do we need any of these for elf?
__DYNAMIC = 0; */
SECTIONS
{
.resetvec 0xFFFFFFFC : /*定義resetvec段在0xFFFFFFFC位置，這個位置是ppc上電後IP指向的位置*/
{
*(.resetvec) /*段內容*/
} = 0xffff /*用0xffff填充空余部分*/
.bootpg 0xFFFFF000 : /*定義.bootpg段在0xFFFFF000位置*/
{
cpu/ppc4xx/start.o (.bootpg)
} = 0xffff /*用0xffff填充空余部分*/
…………
現在找到resetvec.s 文件。
#include <config.h>
.section .resetvec,"ax"
#if defined(CONFIG_440)
b _start_440 /*CPU上電後執行的第一條命令：b _start_440*/
#else
#if defined(CONFIG_BOOT_PCI) && defined(CONFIG_MIP405)
b _start_pci
#else
b _start
#endif
#endif
Start.S 代碼分析。_start_440在start.s中定義。Ppc440啟動時，只有最高位的4k地址被TLB映射，此時控制器將最高4k的內容拷貝到cache中運行（我猜想在啟動時440將自己的cache作為ram來使用，這樣在不初始化外部ram的時候也能跑代碼）。Start.s正是位於這4k當中，因此start.s擔負著初始化整個正常環境的重任。接下來：
1) 設置中斷控制器寄存器
2) 設置調試寄存器
3) 設置cpu控制器寄存器
4) 安裝中斷向量
5) 配置cache
6) 初始化mmu控制器，在啟動時使用I/D cache控制器中的tlb實現地址映射。
7) 刪除所有的tlb entries
8) 建立新的tlb。包括16M啟動flash，內存，PCI存儲空間，BCSR空間等等。
9) B _start 跳轉到_start。
10) 此時需要建立新的工作環境，因此首先需要disable異常和中斷。
11) 設置intenal ram
12) 設置電源管理
13) 設置堆棧 （到這裡為止代碼應該是在cache中）
14) bl cpu_init_f（board.c） 跳到Flash中執行cpu初始化。此時內存並沒有完全初始化，堆棧空間很小，BSS也沒有初始化。這段代碼主要是打開一個console以便於調試，以及初始化RAM。以便把代碼全部搬到RAM中運行。還有一個重要工作就是獲取全局數據——gd。
Cpu_init_f:
（1） gd = (gd_t *) (CFG_INIT_RAM_ADDR + CFG_GBL_DATA_OFFSET);全局gd指針。__asm__ __volatile__("": : :"memory"); 內存壁壘，防止編譯器優化。清空gd。
（2） for (init_fnc_ptr = init_sequence; *init_fnc_ptr; ++init_fnc_ptr) {
if ((*init_fnc_ptr) () != 0) {
hang ();
}
}/*cpu/board /console… 初始化*/
（3） 設置gd
（4） 初始化sram
（5） 計算需要保護的內存區域(board infor，kernel log buf ，monitor code等等)，addr即為除去保護內存後用於存放relocate code的地址，addr_sp為堆棧可以使用的基地址
（6） 調用relocate_code (start.s文件中) ，r3 = addr_sp , r4 = gd, r5= addr
Relocate_code:
(1) 使能I/D cache
(2) 使用新的stack：r1=addr_sp。將gd（global data）保存在 r9中，將relocate code地址保存在r10中
mr r1, r3 /* Set new stack pointer */
mr r9, r4 /* Save copy of Init Data pointer */
mr r10, r5 /* Save copy of Destination Address */
(3) 重定位GOT
(4) Relocate code
(5) Flush D cache
(6) 跳轉到in_ram代碼中，r10中保存著RAM中代碼起始位置，加上in_ram的相對位置即為in_ram在ram中的位置：
addi r0, r10, in_ram - _start + _START_OFFSET
mtlr r0
blr /* NEVER RETURNS! */
in_ram:
(1) 重定位GOT2
(2) Clear bss
(3) 將gd以及代碼在內存中的起始位置作為參數，調用board_init_r
mr r3, r9 /* Init Data pointer */
mr r4, r10 /* Destination Address */
bl board_init_r
下面再次進入board.c 文件
board_init_r：
這部分代碼初始化一些列外設，這裡只提幾個感興趣的地方。
（1） 建立Command table。U-boot支持N多命令，通過一個cmdtbl來管理，這個cmdtbl是在運行時被負值的
for (cmdtp = &__u_boot_cmd_start; cmdtp != &__u_boot_cmd_end; cmdtp++) {……}
u-boot的命令都被定義在.u_boot.cmd段，並在鏈接時確定期位置：在__u_boot_cmd_start和__u_boot_cmd_end之間。
（2） Trap的安裝是通過調用start.s中的代碼完成的。其實就是將原有的trap重定位到dest_addr，也就是RAM中的起始位置。
（3） 茫茫多設備的初始化 …………
（4） 進入main_loop()等待用戶輸入命令，如bootm命令。
三、 Bootm代碼分析
目前大多數kernel的booting都由bootm來完成，可以說這個函數是連接U-boot和kernel的橋梁，bootm命令主要通過do_bootm()（/common/cmd_bootm.c）函數和do_bootm_linux()(/lib_ppc/bootm.c)函數來實現。後者是與架構相關的。Powerpc kernel booting有兩種方式：1、使用of——open firmware；2、使用dt——device tree。現在高版本的u-boot基本都支持dt啟動方式。在制作uImage時會在Image head中加入一段信息，告訴u-boot使用的啟動方式。這裡只討論dt啟動方式。
其實整個啟動過程很簡單，do_bootm命令接收命令行參數，根據命令行參數對內核的資源進行有效性校驗，然後將所有信息存入image結構。並把這個結構傳遞給bootm.c。bootm.c 從image中找到內核、ramdisk、cmdline以及FDT，將cmdline保存在固定的位置，然後跳轉到kernel所在的地址，並把FDT和kernel本身的地址作為參數傳遞過去，kernel會根據cmdline中的信息選擇啟動方式。
1、當用戶敲入bootm kernel_addr – fdt_addr時，u-boot調用do_bootm函數。
2、Local memory block initiate。初始化本地存儲塊（可能是用戶kernel內存管理）
3、boot_get_kernel（），這個函數找到kernel image，驗證其完整性，並定位內核數據。將信息存放在images中。
fit_parse_conf；取出load_addr，這個地址在uImage編譯時確定。
genimg_get_image；如果image在flash上，則拷貝到load_addr內存中。
image_get_type；判斷image head的類型，顯然kernel應該是IH_TYPE_KERNEL類型的。
image_get_kernel；根據image head中的信息對image進行校驗。
image_get_data；取得kernel數據指針。
image_get_data_size；取得kernel大小。
返回image地址
4、判斷壓縮格式，並解壓縮內核
5、調用do_bootm_linux（）函數啟動內核。
下面分析do_bootm_linux（）函數。這個函數比較重要，我們將詳細分析之。
（1） 首先為內核命令行參數分配空間，這個空間必須在內核可以訪問的高地址，並且不會被其他數據干擾。取出sp值：int sp； asm( "mr %0,1": "=r"(sp) : );// sp=r1。即棧。
（2） sp -= 1024; 留出1k空間，保證訪問安全
（3） lmb_reserve(lmb, sp, (CFG_SDRAM_BASE + get_effective_memsize() - sp)); //把這sp以上的空間加入到lmb保護起來。
（4） boot_get_fdt ：獲取fdt，這段代碼較長，我沒有細看。主要就是從image中獲取tdt的地址和大小。
（5） boot_get_cmdline：獲取命令行參數，在lmb中申請一段空間，然後把uboot中bootargs的內容復制到裡面。
（6） boot_get_kbd：獲取board info，也就是從gd（global data）中將bd復制到lmb中。
（7） 找到內核起始位置
（8） 找ramdisk。如果有，首先判斷是否有效，是否是initrd，然後拷貝到RAM中的rd_load地址，這個地址在image 結構中有定義。
（9） boot_relocate_fdt ：將fdt定位到lmb中
（10） 啟動內核，將fdt參數和內核本身參數傳遞給內核。
