Linux系统的启动必须需要一个bootloader程序(相当于windows的BIOS），bootloader目的是复制操作系统的图像文件RAM中去，然后跳到它的入口处执行。

U-boot是常用的bootloader该程序主要用于嵌入式系统的引导加载程序，可以支持包括PPC、ARM、AVR32、MIPS、x86、68k、Nios与MicroBlaze，是一套在GNU在通用公共许可证下发布的自由软件。 U-boot官网：http://www.denx.de/wiki/U-Boot/WebHome，但建议使用半导体制造商自己的官方网站进行维护U-boot引导程序

U-boot了解启动过程需要一定的汇编基础。以下是从左到右、从上到下制作的思维导图。 [外链图片存储失败，源站可能有防盗链机制，建议保存图片直接上传(img-mdx6JhCp-1647230851933)(C:\Users\Dell\AppData\Roaming\Typora\typora-user-images\image-20220119162709314.png)]

整个U-boot启动过程主要包括：

? 1. 链接脚本进入入口函数；

? 2. 初始化arm设置异常向量表的地址；

? 3. 设置处理器(和协处理器)模式；

? 4. 板材初始化： ? （1）DDR初始化； ? (2)时钟系统初始化； ? (3)将操作系统、设备树、虚拟文件系统从拟文件系统DDR中； ? (4)初始化串口；

? 5. 设置参数并跳转到操作系统；

下一章将介绍详细的启动过程。

要了解系统的启动过程，首先要找到其入口函数，从源头上分析系统的启动过程，U-boot的启动流程要从它的编译脚本开始找入口函数。入口函数主要完成的工作是：

• 初始化arm设置异常向量表的地址；
• 设置处理器(和协处理器)模式；
• 向量表重定位
• 配置CP15
• 内存初始化

​ U-boot初始化部分主要完成以下工作：

• （1）时钟系统等必要外设初始化；
• （2）内存分配；
• （2）将U-boot自身移动到DDR；
• （3）向量表重定位；
• （3）初始化其它外设；

​ 内存初始化完成后，再回到start.S，在函数cpu_init_crit下面，还有一句：bl _main，这句代码会转跳到main函数。main 函数定义在arch/arm/lib/ crt0.S 中，下面是对原代码头部注释进行了一个翻译，可以大致了解一下main的功能：

​ U-boot初始化完成后，终端会显示一个等待，在这个等待时间内按下任意键会进入U-boot命令端，功能由函数 run_main_loop 实现，在run_main_loop函数中，包含函数：cli_loop，这个函数用来处理uboot中输入各种命令。cli_loop函数通过调用初始化命令的成员变量，并进行命令解析，通过函数cmd_process对命令进行处理。

​ 无论是否进入U-boot命令端，U-boot要启动内核，必须要调用bootz，下一章将bootz启动Linux内核。

​ bootz启动Linux内核的过程大致如下：

• （1）从启动设备把U-boot、操作系统、设备树、虚拟文件系统加载到DDR中；
• （2）初始化串口等外设；
• （3）挂载根文件系统；

​ 下面来详细分析bootz启动Linux内核的过程，在bootz中，有一个重要的全局变量images（bootm_headers_t类型），bootm_headers_t结构体如下：

/* * Legacy and FIT format headers used by do_bootm() and do_bootm_<os>() * routines. */
typedef struct bootm_headers { 
        
	/* * Legacy os image header, if it is a multi component image * then boot_get_ramdisk() and get_fdt() will attempt to get * data from second and third component accordingly. */
	image_header_t	*legacy_hdr_os;		/* image header pointer */
	image_header_t	 legacy_hdr_os_copy;	/* header copy */
	ulong			 legacy_hdr_valid;

#if defined(CONFIG_FIT)
	const char	*fit_uname_cfg;	/* configuration node unit name */

	void		*fit_hdr_os;	/* os FIT image header */
	const char	*fit_uname_os;	/* os subimage node unit name */
	int			 fit_noffset_os;	/* os subimage node offset */

	void		*fit_hdr_rd;	/* init ramdisk FIT image header */
	const char	*fit_uname_rd;	/* init ramdisk subimage node unit name */
	int			 fit_noffset_rd;	/* init ramdisk subimage node offset */

	void		*fit_hdr_fdt;	/* FDT blob FIT image header */
	const char	*fit_uname_fdt;	/* FDT blob subimage node unit name */
	int			 fit_noffset_fdt;/* FDT blob subimage node offset */

	void		*fit_hdr_setup;	/* x86 setup FIT image header */
	const char	*fit_uname_setup; /* x86 setup subimage node name */
	int			 fit_noffset_setup;/* x86 setup subimage node offset */
#endif

#ifndef USE_HOSTCC
	image_info_t	os;		/* os image info */
	ulong			ep;		/* entry point of OS */

	ulong		 rd_start, rd_end;/* ramdisk start/end */

	char		*ft_addr;	/* flat dev tree address */
	ulong		 ft_len;		/* length of flat device tree */

	ulong		 initrd_start;
	ulong		 initrd_end;
	ulong		 cmdline_start;
	ulong		 cmdline_end;
	bd_t		*kbd;
#endif

	int		verify;		/* getenv("verify")[0] != 'n' */

#define BOOTM_STATE_START (0x00000001)
#define BOOTM_STATE_FINDOS (0x00000002)
#define BOOTM_STATE_FINDOTHER (0x00000004)
#define BOOTM_STATE_LOADOS (0x00000008)
#define BOOTM_STATE_RAMDISK (0x00000010)
#define BOOTM_STATE_FDT (0x00000020)
#define BOOTM_STATE_OS_CMDLINE (0x00000040)
#define BOOTM_STATE_OS_BD_T (0x00000080)
#define BOOTM_STATE_OS_PREP (0x00000100)
#define BOOTM_STATE_OS_FAKE_GO (0x00000200) /* 'Almost' run the OS */
#define BOOTM_STATE_OS_GO (0x00000400)
	int		state;

#ifdef CONFIG_LMB
	struct lmb	lmb;		/* for memory mgmt */
#endif
} bootm_headers_t;

extern bootm_headers_t images;

第36行，os成员变量是 image_info_t类型，描述系统镜像信息。

typedef struct image_info { 
        
	ulong		start, end;		/* start/end of blob */
	ulong		image_start, image_len; /* start of image within blob, len of image */
	ulong		load;			/* load addr for the image */
	uint8_t		comp, type, os;		/* compression, type of image, os type */
	uint8_t		arch;			/* CPU architecture */
} image_info_t;

booz命令通过do_bootz函数实现，函数中，执行了三个函数：bootz_start，bootm_disable_interrupts，do_bootm_states

int do_bootz(cmd_tbl_t *cmdtp, int flag, int argc, char * const argv[])
{ 
        
	int ret;
	/* Consume 'bootz' */
	argc--; argv++;
	if (bootz_start(cmdtp, flag, argc, argv, &images))
		return 1;
	/* * We are doing the BOOTM_STATE_LOADOS state ourselves, so must * disable interrupts ourselves */
	bootm_disable_interrupts();
	images.os.os = IH_OS_LINUX;
	ret = do_bootm_states(cmdtp, flag, argc, argv,
			      BOOTM_STATE_OS_PREP | BOOTM_STATE_OS_FAKE_GO |
			      BOOTM_STATE_OS_GO,
			      &images, 1);
	return ret;
}

​ 函数先调用bootz_start进行初始化，然后调用bootm_disable_interrupts关闭中断，再设置 images.os.os为 IH_OS_LINUX，设置系统镜像为 Linux，最后调用函数 do_bootm_states来执行不同的 BOOT阶段。do_bootm_states函数略复杂，先放到后面。

​ 先看下bootz_start函数代码：

static int bootz_start(cmd_tbl_t *cmdtp, int flag, int argc,
			char * const argv[], bootm_headers_t *images)
{ 
        
	int ret;
	ulong zi_start, zi_end;

	ret = do_bootm_states(cmdtp, flag, argc, argv, BOOTM_STATE_START,
			      images, 1);

	/* Setup Linux kernel zImage entry point */
	if (!argc) { 
        
		images->ep = load_addr;
		debug("* kernel: default image load address = 0x%08lx\n",
				load_addr);
	} else { 
        
		images->ep = simple_strtoul(argv[0], NULL, 16);
		debug("* kernel: cmdline image address = 0x%08lx\n",
			images->ep);
	}

	ret = bootz_setup(images->ep, &zi_start, &zi_end);
	if (ret != 0)
		return 1;

	lmb_reserve(&images->lmb, images->ep, zi_end - zi_start);

	/* * Handle the BOOTM_STATE_FINDOTHER state ourselves as we do not * have a header that provide this informaiton. */
	if (bootm_find_images(flag, argc, argv))
		return 1;

#ifdef CONFIG_SECURE_BOOT
	extern uint32_t authenticate_image(
			uint32_t ddr_start, uint32_t image_size);
	if (authenticate_image(images->ep, zi_end - zi_start) == 0) { 
        
		printf("Authenticate zImage Fail, Please check\n");
		return 1;
	}
#endif
	return 0;
}

​ bootz_start函数先调用了do_boom_states函数，然后通过images->ep = load_addr获取镜像系统的入口地址，接着调用 bootz_setup函数，判断当前的系统镜像文件是否为 Linux的镜像文件，并打印出镜像相关信息，最后调用函bootm_find_images查找设备树 (dtb)文件。

​ 前面两次提到do_bootm_states函数，do_bootm_states函数的执行会很具states执行不同的代码，在do_bootz函数中，用到的状态有：BOOTM_STATE_OS_PREP | BOOTM_STATE_OS_FAKE_GO | BOOTM_STATE_OS_GO （do_bootz中的调用可知），bootz_start中用到了：BOOTM_STATE_START，全部代码如下，但我们只需要看这四个状态的代码就可以了：