基于AT91RM9200 处理器系统中BootLoader与内核的参数传递

在嵌入式系统中，BootLoader是用来初始化硬件，加载内核，传递参数。因为嵌入式系统的硬件环境各不相同，所以嵌入式系统的BootLoader 也各不相同，其中比较通用的是U-Boot，它支持不同的体系结构，如ARM，PowerPC，X86，MIPS 等。本文着重介BootLoader与内核之间参数传递这一基本功能。本文的硬件平台是基于AT91RM9200 处理器系统，软件平台是Linux-2.6.19.2 内核。内核映像文件为zImage。

1. 系统硬件平台简介

AT91RM9200 处理器，它是由Atmel 公司基于ARM920T 内核的微处理器，带有内存管理单元，CPU 时钟最高可达240MHz,它具有丰富的标准接口，EBI 接口，内部集成了静态存储控制器(SMC)，SDRAM 控制器，BurST Flash 控制器。有关处理器的说明请参考AT91RM9200 的数据手册。本系统SDRAM(64MB)地址为：0x20000000, NorFlash(8MB)的地址为：0x10000000[1]。

2. BootLoader 设计和实现

内核源代码目录树下的documentatiON/arm/booting[2]文档规定了基于ARM 体系结构BootLoader 的基本功能。本系统BootLoader 除了完成这些基本的功能外，还结合自身硬件的特点加入了代码搬运等功能。

BootLoader 的流程是：系统上电复位后，首先从NorFlash 开始运行(由处理器BMS 引脚连接决定)，因为处理器此时的0 地址就是NorFlash 的首地址(0x10000000)，BootLoader就是被烧写在这个位置，AT91RM9200 处理器能够映射的地址范围只有0x0000

0000—0x001f ffff。 BootLoader 执行的第一步就是将自身代码从NorFlash 中搬运到处理器内部的RAM 中(0x00200000)，然后将0 地址映射到内部RAM,并且跳转到内部RAM 的相应地址处继续执行。进入内部RAM 后才进入真正的硬件初始化阶段，这个阶段初始化的各种控制器都是内核所必须的，包括：PMC, EBI, SMC, SDRAM, USART 等。接着就是创建内核参数链表(Tagged list)，创建完链表就是搬运事先烧写在NorFlash 中的内核映像和根文件系统映像到SDRAM，根据内核对BootLoader 的基本要求关闭中断，MMU 和数据Cache，并且配置r0=0, r1=0x0000 00fb 或者0x00000106(根据内核中linux/arch/arm/tools/mach-types[2]

规定的机器编号)，r2=0x20000100(BootLoader 传递给内核参数链表的物理地址)，在ARM体系结构中，这个地址在同一种处理器的机器描述符(machine_desc)中都是默认的，所以在这里可以不指定。最后BootLoader 直接跳转到SDRAM 的内核处执行。

3. 内核参数链表

BootLoader 可以通过两种方法传递参数给内核， 一种是旧的参数结构方式(parameter_struct)，主要是2.6 之前的内核使用的方式。另外一种就是现在的2.6 内核在用的参数链表 (tagged list) 方式。这些参数主要包括，系统的根设备标志，页面大小，内存的起始地址和大小，RAMDISK 的起始地址和大小，压缩的RAMDISK 根文件系统的起始地址和大小，内核命令参数等[3][4][5]。

内核参数链表的格式和说明可以从内核源代码目录树中的 include/asm-arm/setup.h[2]中找到，参数链表必须以ATAG_CORE 开始，以ATAG_NONE 结束。这里的ATAG_CORE，ATAG_NONE 是各个参数的标记，本身是一个32 位值，例如：ATAG_CORE=0x54410001。

其它的参数标记还包括： ATAG_MEM32 ， ATAG_INITRD ， ATAG_RAMDISK ，ATAG_COMDLINE 等。每个参数标记就代表一个参数结构体，由各个参数结构体构成了参数链表。参数结构体的定义如下：

其中 size：表示整个tag 结构体的大小(用字的个数来表示，而不是字节的个数)，等于tag_header 的大小加上u 联合体的大小，例如，参数结构体ATAG_CORE 的

size=(sizeof(tag->tag_header)+sizeof(tag->u.core))>>2，一般通过函数 tag_size(struct * tag_xxx)来获得每个参数结构体的size。其中tag：表示整个tag 结构体的标记，如：ATAG_CORE等。

联合体u 包括了所有可选择的内核参数类型，包括：tag_core, tag_mem32，tag_ramdisk等。参数结构体之间的遍历是通过函数tag_next(struct * tag)来实现的。本系统参数链表包括的结构体有： ATAG_CORE ， ATAG_MEM， ATAG_RAMDISK， ATAG_INITRD32 ，ATAG_CMDLINE，ATAG_END。在整个参数链表中除了参数结构体ATAG_CORE 和ATAG_END 的位置固定以外，其他参数结构体的顺序是任意的。本BootLoader 所传递的参数链表如下：第一个内核参数结构体，标记为ATAG_CORE，参数类型为tag_core。每个参数类型的定义请参考源代码文件。

最后将内核参数链表复制到内核默认的物理地址0x20000100 处。这样参数链表就建好了。

4. 内核接收参数

下面从基于ARM体系结构的zImage 映像启动来分析Linux 内核是怎样接收BootLoader传递过来的内核参数。

在文件 arch/arm/boot/compressed/head.S[2]中 start 为zImage 的起始点，部分代码如下：

start:

mov r7, r1

mov r8, r2

…...

mov r0, r4

mov r3, r7

bl decompress_kernel

b call_kernel

call_kernel：

……

mov r0, #0

mov r1, r7

mov r2, r8

mov pc, r4