U-Boot（Universal Bootloader）是嵌入式系统中广泛使用的引导加载程序，负责初始化硬件并加载操作系统。在U-Boot中，bootz命令是启动Linux内核的关键步骤之一。本文将结合bootz命令的执行流程，详细解析U-Boot的启动过程，从硬件初始化到Linux内核启动的每个步骤。
1. U-Boot启动流程概述
U-Boot的启动流程可以分为以下几个主要阶段：
- 硬件初始化：U-Boot首先初始化CPU、内存、外设等硬件。
- 加载内核镜像：U-Boot从存储设备（如Flash、SD卡、eMMC等）加载Linux内核镜像（如
zImage）。 - 加载设备树：U-Boot加载设备树二进制文件（DTB），用于描述硬件配置。
- 加载initramfs（可选）：U-Boot可以加载初始RAM文件系统（initramfs），用于在内核启动时提供必要的驱动或工具。
- 启动Linux内核：U-Boot将控制权交给Linux内核，完成操作系统的启动。
bootz命令是U-Boot中用于启动Linux内核的关键命令，它负责加载内核镜像、设备树和initramfs，并最终启动Linux内核。
2. bootz命令的执行流程
bootz命令的执行流程可以分为以下几个步骤：
2.1 do_bootz()函数
bootz命令的核心是do_bootz()函数。这个函数负责解析bootz命令的参数，并调用相关的函数来完成内核的加载和启动。
2.2 bootz_start()
bootz_start()函数是do_bootz()的第一步，它负责初始化启动状态（BOOTM_STATE_START），并加载Linux内核镜像（zImage）。内核镜像的加载地址保存在images->ep中。
2.3 bootm_start()
bootm_start()函数进一步初始化启动状态，并准备启动环境。它还会禁用中断，以确保启动过程的稳定性。
2.4 bootm_find_images()
bootm_find_images()函数负责查找并加载设备树和initramfs。设备树的首地址保存在images->ft_addr中。
2.5 boot_get_fdt()
boot_get_fdt()函数专门用于加载设备树文件（DTB）。设备树文件描述了硬件配置，是Linux内核启动的关键。
3. 启动状态的切换
U-Boot的启动过程通过多个状态（BOOTM_STATE）来管理。每个状态对应启动过程的一个阶段。
3.1 BOOTM_STATE_START
这是启动过程的初始状态，U-Boot在这个状态下加载内核镜像和设备树。
3.2 BOOTM_STATE_OS_PREP
在这个状态下，U-Boot准备启动操作系统。它会调用bootm_os_get_boot_func()函数，获取Linux系统的启动函数。
3.3 BOOTM_STATE_OS_FAKE_GO
这是一个伪状态，用于模拟操作系统的启动过程，通常用于调试。
3.4 BOOTM_STATE_OS_GO
这是最终状态，U-Boot在这个状态下调用boot_selected_os()函数，实际启动Linux内核。
4. Linux内核的启动
在完成所有准备工作后，U-Boot最终会调用boot_jump_linux()函数，启动Linux内核。
4.1 boot_prep_linux()
在启动Linux内核之前，U-Boot会调用boot_prep_linux()函数，进行一些最后的准备工作。例如，它会在设备树的chosen节点下添加子节点bootargs，并将bootargs环境变量的值保存到该节点中。
4.2 boot_jump_linux()
boot_jump_linux()函数负责跳转到Linux内核的入口点，启动内核。在跳转之前，U-Boot会输出“Starting kernel...”信息，并进行一些清理工作。
4.3 kernel_entry()
最终，U-Boot调用kernel_entry()函数，将控制权交给Linux内核，完成操作系统的启动。
5. 详细流程解析
5.1 bootz_start()的详细流程
- 初始化启动状态：
bootz_start()函数首先初始化启动状态（BOOTM_STATE_START）。 - 加载内核镜像：U-Boot从存储设备加载Linux内核镜像（
zImage），并将其加载到内存中。内核镜像的加载地址保存在images->ep中。 - 保存内核入口点：U-Boot将内核镜像的入口点保存到
images->ep中，以便后续使用。
5.2 bootm_find_images()的详细流程
- 查找设备树：
bootm_find_images()函数会查找设备树文件（DTB），并将其加载到内存中。设备树的首地址保存在images->ft_addr中。 - 查找initramfs（可选）：如果存在initramfs，
bootm_find_images()函数会将其加载到内存中。
5.3 boot_prep_linux()的详细流程
- 修改设备树：
boot_prep_linux()函数会在设备树的chosen节点下添加子节点bootargs，并将bootargs环境变量的值保存到该节点中。 - 准备启动参数：U-Boot会准备Linux内核的启动参数，并将其传递给内核。
5.4 boot_jump_linux()的详细流程
- 输出启动信息：U-Boot会输出“Starting kernel...”信息，表示即将启动Linux内核。
- 清理环境：U-Boot会进行一些清理工作，确保内核启动时环境是干净的。
- 跳转到内核入口点：U-Boot调用
kernel_entry()函数，将控制权交给Linux内核。
6. 实际应用
在实际的嵌入式系统开发中，U-Boot的启动流程是非常重要的。以下是一个典型的使用示例：
6.1 配置U-Boot
假设我们要为某个嵌入式设备配置U-Boot，可以使用以下命令：
make mx6ull_14x14_evk_defconfig
这个命令会读取configs/mx6ull_14x14_evk_defconfig文件，生成.config文件。
6.2 编译U-Boot
配置完成后，可以使用以下命令编译U-Boot：
make
这个命令会根据.config文件中的配置选项，编译U-Boot并生成u-boot.bin文件。
6.3 启动Linux内核
在U-Boot命令行中，可以使用以下命令启动Linux内核：
U-Boot> load mmc 0:1 0x80008000 zImage
U-Boot> load mmc 0:1 0x82000000 myboard.dtb
U-Boot> bootz 0x80008000 - 0x82000000
这个命令会加载内核镜像和设备树，并启动Linux内核。
7. 总结
U-Boot的启动流程是一个复杂但有序的过程，涉及硬件初始化、内核加载、设备树处理等多个步骤。bootz命令是U-Boot中启动Linux内核的关键命令，它负责加载内核镜像、设备树和initramfs，并最终启动Linux内核。
通过本文的详细解析，你应该对U-Boot的启动流程有了更深入的理解。掌握U-Boot的启动流程，对于嵌入式系统的开发和调试非常重要。希望本文对你有所帮助，祝你在嵌入式开发中取得更多的成果！
