?Linux內(nèi)核在啟動(dòng)的時(shí)候需要一些參數(shù)，以獲得當(dāng)前硬件的信息或者啟動(dòng)所需資源在內(nèi)存中的位置等等。這些信息可以通過(guò)bootloader傳遞給內(nèi)核，比較常見(jiàn)的就是cmdline。以前我在啟動(dòng)內(nèi)核的時(shí)候習(xí)慣性的通過(guò)uboot傳遞一個(gè)cmdline給內(nèi)核，沒(méi)有具體的分析這個(gè)過(guò)程。最近在分析內(nèi)核啟動(dòng)過(guò)程的時(shí)候，重新看了一下內(nèi)核啟動(dòng)參數(shù)的傳遞過(guò)程，徹底解決一下在這方面的疑惑。

內(nèi)核的啟動(dòng)參數(shù)其實(shí)不僅僅包含在了cmdline中，cmdline不過(guò)是bootloader傳遞給內(nèi)核的信息中的一部分。bootloader和內(nèi)核的通信方式根據(jù)構(gòu)架的不同而異。對(duì)于ARM構(gòu)架來(lái)說(shuō)，啟動(dòng)相關(guān)的信息可以通過(guò)內(nèi)核文檔（Documentation/arm/Booting）獲得。其中介紹了bootloader與內(nèi)核的通信協(xié)議，我簡(jiǎn)單總結(jié)如下：

（1）數(shù)據(jù)格式：可以是標(biāo)簽列表（tagged list）或設(shè)備樹（device tree）。

（2）存放地址：r2寄存器中存放的數(shù)據(jù)所指向的內(nèi)存地址。

在我所做過(guò)的開發(fā)中，都是使用tagged list的，所以下面以標(biāo)簽列表為例來(lái)介紹信息從bootloader（U-boot）到內(nèi)核(Linux-3.0)的傳遞過(guò)程。

內(nèi)核文檔對(duì)此的說(shuō)明，翻譯摘要如下：

4a. 設(shè)置內(nèi)核標(biāo)簽列表

--------------------------------

bootloader必須創(chuàng)建和初始化內(nèi)核標(biāo)簽列表。一個(gè)有效的標(biāo)簽列表以ATAG_CORE標(biāo)簽開始，且以ATAG_NONE標(biāo)簽結(jié)束。ATAG_CORE標(biāo)簽可以是空的，也可以是非空。一個(gè)空ATAG_CORE標(biāo)簽其 size 域設(shè)置為 '2' (0x00000002)。ATAG_NONE標(biāo)簽的 size 域必須設(shè)置為 '0'。

在列表中可以保存任意數(shù)量的標(biāo)簽。對(duì)于一個(gè)重復(fù)的標(biāo)簽是追加到之前標(biāo)簽所攜帶的信息之后，還是覆蓋原來(lái)整個(gè)信息，是未定義的。某些標(biāo)簽的行為是前者，其他是后者。

bootloader必須傳遞一個(gè)系統(tǒng)內(nèi)存的位置和最小值，以及根文件系統(tǒng)位置。因此，最小的標(biāo)簽列表如下所示：

基地址 ->?+-----------+

| ATAG_CORE | |

+-----------+ ?|

| ATAG_MEM | ?| 地址增長(zhǎng)方向

+-----------+ ?|

| ATAG_NONE | |

+-----------+ ?v

標(biāo)簽列表應(yīng)該保存在系統(tǒng)的RAM中。

標(biāo)簽列表必須置于內(nèi)核自解壓和initrd'bootp'程序都不會(huì)覆蓋的內(nèi)存區(qū)。建議放在RAM的頭16KiB中。

（內(nèi)核中關(guān)于ARM啟動(dòng)的標(biāo)準(zhǔn)文檔為：Documentation/arm/Booting ，我翻譯的版本：《Linux內(nèi)核文檔翻譯：Documentation/arm/Booting》）

關(guān)于tagged list的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和定義在內(nèi)核與uboot中都存在，連路徑都相同：arch/arm/include/asm/setup.h。uboot的定義是從內(nèi)核中拷貝過(guò)來(lái)的，要和內(nèi)核一致的，以內(nèi)核為主。要了解標(biāo)簽列表的具體結(jié)構(gòu)認(rèn)真閱讀這個(gè)頭文件是必須的。

一個(gè)獨(dú)立的標(biāo)簽的結(jié)構(gòu)大致如下：

struct tag

+------------------------+

| struct tag_header hdr; | |

| ? ? ?標(biāo)簽頭信息 ? ? ? ?| |

+------------------------+ |

|union { ? ? ? ? ? ? ? ? | |

| struct tag_core core; ?| |

| struct tag_mem32 mem; ?| |

| ...... ? ? ? ? ? ? ? ? | |

| } u; ? ? ? ? ? ? ? ? ? | |

|?? ? ??標(biāo)簽具體內(nèi)容 ? ? | |

|?? ? ??此為聯(lián)合體 ? ? ? | | 地址增長(zhǎng)方向

|???根據(jù)標(biāo)簽類型確定 ? ? | |

+------------------------+ v

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struct tag_header?{

__u32 size;?//標(biāo)簽總大?。ò╰ag_header）

__u32 tag;?//標(biāo)簽標(biāo)識(shí)

};

比如一個(gè)ATAG_CORE在內(nèi)存中的數(shù)據(jù)為：

+----------+

| 00000005 | |

| 54410001 | |

+----------+ |

| 00000000 | |

| 00000000 | |地址增長(zhǎng)方向

| 00000000 | |

+----------+ v

當(dāng)前在內(nèi)核中接受的標(biāo)簽有：

ATAG_CORE ： 標(biāo)簽列表開始標(biāo)志

ATAG_NONE ： 標(biāo)簽列表結(jié)束標(biāo)志

ATAG_MEM ： 內(nèi)存信息標(biāo)簽（可以有多個(gè)標(biāo)簽，以標(biāo)識(shí)多個(gè)內(nèi)存區(qū)塊）

ATAG_VIDEOTEXT：VGA文本顯示參數(shù)標(biāo)簽

ATAG_RAMDISK ：ramdisk參數(shù)標(biāo)簽（位置、大小等）

ATAG_INITRD ：壓縮的ramdisk參數(shù)標(biāo)簽（位置為虛擬地址）

ATAG_INITRD2 ：壓縮的ramdisk參數(shù)標(biāo)簽（位置為物理地址）

ATAG_SERIAL ：板子串號(hào)標(biāo)簽

ATAG_REVISION ：板子版本號(hào)標(biāo)簽

ATAG_VIDEOLFB ：幀緩沖初始化參數(shù)標(biāo)簽

ATAG_CMDLINE ：command line字符串標(biāo)簽（我們平時(shí)設(shè)置的啟動(dòng)參數(shù)cmdline字符串就放在這個(gè)標(biāo)簽中）

特定芯片使用的標(biāo)簽：

ATAG_MEMCLK ：給footbridge使用的內(nèi)存時(shí)鐘標(biāo)簽

ATAG_ACORN ：acorn RiscPC 特定信息

二、參數(shù)從u-boot到特定內(nèi)存地址

使用uboot來(lái)啟動(dòng)一個(gè)Linux內(nèi)核，通常情況下我們會(huì)按照如下步驟執(zhí)行：

設(shè)置內(nèi)核啟動(dòng)的command line，也就是設(shè)置uboot的環(huán)境變量“bootargs”（非必須，如果你要傳遞給內(nèi)核cmdline才要設(shè)置）

加載內(nèi)核映像文到內(nèi)存指定位置（從SD卡、u盤、網(wǎng)絡(luò)或flash）

使用“bootm (內(nèi)核映像基址)”命令來(lái)啟動(dòng)內(nèi)核

而這個(gè)uboot將參數(shù)按照協(xié)議處理好并放入指定內(nèi)存地址的過(guò)程就發(fā)生在“bootm”命令中，下面我們仔細(xì)分析下bootm命令的執(zhí)行。

1、bootm 命令主體流程

bootm命令的源碼位于common/cmd_bootm.c，其中的do_bootm函數(shù)就是bootm命令的實(shí)現(xiàn)代碼。

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/*******************************************************************/

/*?bootm?-?boot application image from image?in?memory?*/

/*******************************************************************/

int?do_bootm?(cmd_tbl_t?*cmdtp,?int?flag,?int?argc,?char?*?const?argv[])

{

ulong????????iflag;

ulong????????load_end?=?0;

int????????ret;

boot_os_fn????*boot_fn;

#ifdef CONFIG_NEEDS_MANUAL_RELOC

static?int?relocated?=?0;

/* 重載啟動(dòng)函數(shù)表 */

if?(!relocated)?{

int?i;

for?(i?=?0;?i?

if?(boot_os[i]?!=?NULL)

boot_os[i]?+=?gd->reloc_off;

relocated?=?1;

}

#endif

/* 確定我們是否有子命令 */

/* bootm其實(shí)是有子命令的,可以自己將bootm的功能手動(dòng)分步進(jìn)行，來(lái)引導(dǎo)內(nèi)核 */

if?(argc?>?1)?{

char?*endp;

simple_strtoul(argv[1],?&endp,?16);

/*?endp pointing?to?NULL?means that argv[1]?was just a

*?valid number,?pass it along?to?the normal bootm processing

*

*?If?endp?is?':'?or?'#'?assume a FIT identifier so pass

*?along?for?normal processing.

*

*?Right?now?we assume the first arg should never be?'-'

*/

if?((*endp?!=?0)?&&?(*endp?!=?':')?&&?(*endp?!=?'#'))

return do_bootm_subcommand(cmdtp,?flag,?argc,?argv);

}

if (bootm_start(cmdtp, flag, argc, argv))

return 1;

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這句非常重要，使其這個(gè)就是bootm主要功能的開始。

其主要的目的是從bootm命令指定的內(nèi)存地址中獲取內(nèi)核uImage的文件頭（也就是在用uboot的mkiamge工具處理內(nèi)核zImage時(shí)添加的那64B的數(shù)據(jù)）。核對(duì)并顯示出其中包含的信息，并填充一個(gè)全局的static bootm_headers_t images結(jié)構(gòu)體的image_info_t os域：

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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?*/

}?image_info_t;

/*這個(gè)域保存OS映像的信息，包括uImage的起止地址、所包含內(nèi)核映像（可能被壓縮過(guò)）的起始地址和大小、（解壓后）內(nèi)核映像的加載位置以及壓縮方式、映像類型和OS類型。*/

平常我們?cè)谟胋ootm驅(qū)動(dòng)內(nèi)核的時(shí)候所看到的如下信息：

## Booting kernel from Legacy Image at 50008000 ...

Image Name: Linux-2.6.37.1

Image Type: ARM Linux Kernel Image (uncompressed)

Data Size: 3800644 Bytes = 3.6 MiB

Load Address: 50008000

Entry Point: 50008040

Verifying Checksum ... OK

就是這個(gè)函數(shù)所調(diào)用的?boot_get_kernel函數(shù)及其子函數(shù)根據(jù)uImage的文件頭打印出來(lái)的。

/*

*?我們已經(jīng)到達(dá)了不可返回的位置: 我們正要覆蓋所有的異常向量代碼。

*?所以我們?cè)僖矡o(wú)法簡(jiǎn)單地從任何失敗中恢復(fù)

*?（突然讓我想到張信哲的歌詞：我們?cè)僖不夭蝗チ?，?duì)不對(duì)？）...

*/

iflag?=?disable_interrupts();

#if?defined(CONFIG_CMD_USB)

/*

*?turn off USB?to?prevent the host controller from writing?to?the

*?SDRAM?while?Linux?is?booting.?This could happen?(at least?for?OHCI

*?controller),?because the HCCA?(Host Controller Communication Area)

*?lies within the SDRAM?and?the host controller writes continously?to

*?this area?(as The HccaFrameNumber?is?for?example

*?updated every 1 ms within the HCCA structure?in?For?more

*?details see the OpenHCI specification.

*/

usb_stop();

#endif

ret = bootm_load_os(images.os, &load_end, 1);

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這里是第二個(gè)重要的啟動(dòng)過(guò)程節(jié)點(diǎn)，這個(gè)函數(shù)的作用是通過(guò)獲取的文件頭信息，將文件頭后面所跟的內(nèi)核映像放置到文件頭信息規(guī)定的地址（如果是壓縮內(nèi)核，還在此函數(shù)中解壓。但這個(gè)和zImage壓縮內(nèi)核不是一個(gè)概念，不要混淆）。

平常我們?cè)谟胋ootm驅(qū)動(dòng)內(nèi)核的時(shí)候所看到的如下信息：

XIP Kernel Image ... OK

OK

就是這個(gè)函數(shù)打印出來(lái)的。

if?(ret?

if?(ret?==?BOOTM_ERR_RESET)

do_reset?(cmdtp,?flag,?argc,?argv);

if?(ret?==?BOOTM_ERR_OVERLAP)?{

if?(images.legacy_hdr_valid)?{

if?(image_get_type?(&images.legacy_hdr_os_copy)?==?IH_TYPE_MULTI)

puts?("WARNING: legacy format multi component "

"image overwritten ");

}?else?{

puts?("ERROR: new format image overwritten - "

"must RESET the board to recover ");

show_boot_progress?(-113);

do_reset?(cmdtp,?flag,?argc,?argv);

}

}

if?(ret?==?BOOTM_ERR_UNIMPLEMENTED)?{

if?(iflag)

enable_interrupts();

show_boot_progress?(-7);

return 1;

}

}

lmb_reserve(&images.lmb,?images.os.load,?(load_end?-?images.os.load));

if?(images.os.type?==?IH_TYPE_STANDALONE)?{

if?(iflag)

enable_interrupts();

/*?This may return when?'autostart'?is?'no'?*/

bootm_start_standalone(iflag,?argc,?argv);

return 0;

}

show_boot_progress?(8);

#ifdef CONFIG_SILENT_CONSOLE

if?(images.os.os?==?IH_OS_LINUX)

fixup_silent_linux();

#endif

boot_fn = boot_os[images.os.os];

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這個(gè)語(yǔ)句是有是一個(gè)比較重要的節(jié)點(diǎn)，其功能是根據(jù)全局static bootm_headers_t images結(jié)構(gòu)體的image_info_t os域中記錄的os類型來(lái)將一個(gè)特定OS的內(nèi)核引導(dǎo)函數(shù)入口賦給boot_fn變量。比如我引導(dǎo)的是Linux內(nèi)核，那么boot_fn就是do_bootm_linux。

if?(boot_fn?==?NULL)?{

if?(iflag)

enable_interrupts();

printf?("ERROR: booting os '%s' (%d) is not supported ",

genimg_get_os_name(images.os.os),?images.os.os);

show_boot_progress?(-8);

return 1;

}

arch_preboot_os();

boot_fn(0, argc, argv, &images);

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如果不出錯(cuò)的話，這個(gè)函數(shù)應(yīng)該是不會(huì)在返回了，因?yàn)樵谶@個(gè)函數(shù)中會(huì)將控制權(quán)交由OS的內(nèi)核。對(duì)于引導(dǎo)Linux內(nèi)核來(lái)說(shuō)，這里其實(shí)就是調(diào)用do_bootm_linux。

show_boot_progress?(-9);

#ifdef DEBUG

puts?(" ## Control returned to monitor - resetting... ");

#endif

do_reset?(cmdtp,?flag,?argc,?argv);

return 1;

}

2、分析do_bootm_linux

對(duì)我們來(lái)說(shuō)非常重要的do_bootm_linux函數(shù)位于：arch/arm/lib/bootm.c

Bootm.c (archarmlib):

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int?do_bootm_linux(int?flag,?int?argc,?char?*argv[],?bootm_headers_t?*images)

{

bd_t????*bd?=?gd->bd;

char????*s;

int????machid?=?bd->bi_arch_number;

void????(*kernel_entry)(int?zero,?int?arch,?uint params);

#ifdef CONFIG_CMDLINE_TAG

char *commandline = getenv ("bootargs");

#endif

這里獲取了生成cmdline標(biāo)簽所需要的字符串

if?((flag?!=?0)?&&?(flag?!=?BOOTM_STATE_OS_GO))

return 1;

s = getenv ("machid");

if?(s)?{

machid?=?simple_strtoul?(s,?NULL,?16);

printf?("Using machid 0x%x from environment ",?machid);

}

注意：這里設(shè)備ID號(hào)可以從環(huán)境變量中獲得！如果環(huán)境變量中有，就會(huì)覆蓋之前賦值過(guò)的設(shè)備ID（最終通過(guò)r1傳遞給內(nèi)核）。

show_boot_progress?(15);

#ifdef CONFIG_OF_LIBFDT

if?(images->ft_len)

return bootm_linux_fdt(machid,?images);

#endif

kernel_entry = (void (*)(int, int, uint))images->ep;

這里讓函數(shù)指針指向內(nèi)核映像的入口地址

debug?("## Transferring control to Linux (at address %08lx) ... ",

(ulong)?kernel_entry);

以下就是我們一直在找的內(nèi)核標(biāo)簽列表生成代碼，從這里看出：U-boot原生只支持部分標(biāo)簽。當(dāng)然，如果要加的話也很簡(jiǎn)單。

#if?defined?(CONFIG_SETUP_MEMORY_TAGS)?||?

defined?(CONFIG_CMDLINE_TAG)?||?

defined?(CONFIG_INITRD_TAG)?||?

defined?(CONFIG_SERIAL_TAG)?||?

defined?(CONFIG_REVISION_TAG)

setup_start_tag (bd); ?//設(shè)置ATAG_CORE

#ifdef CONFIG_SERIAL_TAG

setup_serial_tag?(¶ms); ?//設(shè)置ATAG_SERIAL，依賴板級(jí)是否實(shí)現(xiàn)了get_board_serial函數(shù)

#endif

#ifdef CONFIG_REVISION_TAG

setup_revision_tag?(¶ms);//設(shè)置ATAG_REVISION，依賴板級(jí)是否實(shí)現(xiàn)了get_board_rev函數(shù)

#endif

#ifdef CONFIG_SETUP_MEMORY_TAGS

setup_memory_tags?(bd);//設(shè)置ATAG_MEM，依賴于uboot的全局變量bd->bi_dram[i]中的數(shù)據(jù)

#endif

#ifdef CONFIG_CMDLINE_TAG

setup_commandline_tag?(bd,?commandline);//設(shè)置ATAG_CMDLINE，依賴上面的字符串commandline中的數(shù)據(jù)

#endif

#ifdef CONFIG_INITRD_TAG

if?(images->rd_start?&&?images->rd_end)

setup_initrd_tag?(bd,?images->rd_start,?images->rd_end);//設(shè)置ATAG_INITRD

#endif

setup_end_tag(bd);//設(shè)置ATAG_NONE

#endif

announce_and_cleanup();

在進(jìn)入內(nèi)核前配置好芯片狀態(tài)，以符合內(nèi)核啟動(dòng)要求。

主要是關(guān)閉和清理緩存

kernel_entry(0, machid, bd->bi_boot_params);

/*?不會(huì)再返回了?*/

跳入內(nèi)核入口地址：r1=0、r1=machid、r2=啟動(dòng)參數(shù)指針

return 1;

}

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static void announce_and_cleanup(void)

{

printf(" Starting kernel ... ");

#ifdef CONFIG_USB_DEVICE

{

extern void udc_disconnect(void);

udc_disconnect();

}

#endif

cleanup_before_linux();

}

Cpu.c (archarmcpuarmv7) 1958 2011-4-1

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int?cleanup_before_linux(void)

{

unsigned?int?i;

/*

*?this?function?is?called just before we?call?linux

*?it prepares the processor?for?linux

*

*?we turn off caches etc?...

*/

disable_interrupts();

/*?turn off I/D-cache?*/

icache_disable();

dcache_disable();

/*?invalidate I-cache?*/

cache_flush();

#ifndef CONFIG_L2_OFF

/*?turn off L2 cache?*/

l2_cache_disable();

/*?invalidate L2 cache also?*/

invalidate_dcache(get_device_type());

#endif

i?=?0;

/*?mem barrier?to?sync up things?*/

asm("mcr p15, 0, %0, c7, c10, 4":?:"r"(i));

#ifndef CONFIG_L2_OFF

l2_cache_enable();

#endif

return 0;

對(duì)于上面啟動(dòng)環(huán)境的設(shè)定，可參考Documentation/arm/Booting。節(jié)選Booting中文翻譯：

5. 調(diào)用內(nèi)核映像

---------------------------

現(xiàn)有的引導(dǎo)加載程序: 強(qiáng)制

新開發(fā)的引導(dǎo)加載程序: 強(qiáng)制

調(diào)用內(nèi)核映像zImage有兩個(gè)選擇。如果zImge是保存在flash中的，且其為了在flash中直接運(yùn)行而被正確鏈接。這樣引導(dǎo)加載程序就可以在flash中直接調(diào)用zImage。

zImage也可以被放在系統(tǒng)RAM（任意位置）中被調(diào)用。注意：內(nèi)核使用映像基地址的前16KB RAM空間來(lái)保存頁(yè)表。建議將映像置于RAM的32KB處。

對(duì)于以上任意一種情況，都必須符合以下啟動(dòng)狀態(tài)：

- 停止所有DMA設(shè)備，這樣內(nèi)存數(shù)據(jù)就不會(huì)因?yàn)樘摷倬W(wǎng)絡(luò)包或磁盤數(shù)據(jù)而被破壞。這可能可以節(jié)省你許多的調(diào)試時(shí)間。

- CPU 寄存器配置

r0 = 0,

r1 = （在上面 (3) 中獲取的）機(jī)器類型碼.

r2 = 標(biāo)簽列表在系統(tǒng)RAM中的物理地址，或

設(shè)備樹塊(dtb)在系統(tǒng)RAM中的物理地址

- CPU 模式

所有形式的中斷必須被禁止 (IRQs 和 FIQs)

CPU 必須處于 SVC 模式。 (對(duì)于 Angel 調(diào)試有特例存在)

- 緩存, MMUs

MMU 必須關(guān)閉。

指令緩存開啟或關(guān)閉都可以。

數(shù)據(jù)緩存必須關(guān)閉。

- 引導(dǎo)加載程序應(yīng)該通過(guò)直接跳轉(zhuǎn)到內(nèi)核映像的第一條指令來(lái)調(diào)用內(nèi)核映像。

3、標(biāo)簽生成的函數(shù)舉例分析：

所有標(biāo)簽生成函數(shù)都在arch/arm/lib/bootm.c文件中，其實(shí)原理很簡(jiǎn)單，就是直接往指定的內(nèi)存地址中寫入標(biāo)簽信息。以下以setup_start_tag和setup_memory_tags為例分析：

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static void setup_start_tag?(bd_t?*bd)

130?{

131 ? ? params?=?(struct tag?*)?bd->bi_boot_params; ??//params指向內(nèi)存中標(biāo)簽列表中的基地址

132 ? ??//直接往內(nèi)存中按照內(nèi)核定義的標(biāo)簽結(jié)構(gòu)寫入信息

133 ? ? params->hdr.tag?=?ATAG_CORE;

134 ? ? params->hdr.size?=?tag_size?(tag_core);

135?

136 ? ? params->u.core.flags?=?0;

137 ? ? params->u.core.pagesize?=?0;

138 ? ? params->u.core.rootdev?=?0;

139 ? ??//根據(jù)本標(biāo)簽的大小數(shù)據(jù)，params跳到下一標(biāo)簽的起始地址

140 ? ? params?=?tag_next?(params);

141?}

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static void setup_memory_tags?(bd_t?*bd)

146?{

147 ? ??int?i;

148 ? ??//上一個(gè)標(biāo)簽已經(jīng)將params指向了下一標(biāo)簽的基地址，所以這里可以直接使用

149 ? ??for?(i?=?0;?i?

150 ? ? ? ? ?params->hdr.tag?=?ATAG_MEM;

151 ? ? ? ? ?params->hdr.size?=?tag_size?(tag_mem32);

152 ? ? ? ? ?//根據(jù)配置信息和uboot全局變量中的信息創(chuàng)建標(biāo)簽數(shù)據(jù)

153 ? ? ? ? ?params->u.mem.start?=?bd->bi_dram[i].start;

154 ? ? ? ? ?params->u.mem.size?=?bd->bi_dram[i].size;

155?

156 ? ? ? ? ?params?=?tag_next?(params);//根據(jù)本標(biāo)簽的大小數(shù)據(jù)，params跳到下一標(biāo)簽的起始地址

157 ? ? ?}

158?}

bootloader完成了引導(dǎo)Linux內(nèi)核所需要的準(zhǔn)備之后將通過(guò)直接跳轉(zhuǎn)，將控制權(quán)交由內(nèi)核zImage。

三、內(nèi)核從特定內(nèi)存獲取參數(shù)

在內(nèi)核zImage開始運(yùn)行后，首先是進(jìn)行內(nèi)核自解壓，其過(guò)程在之前的博客中有詳細(xì)介紹：《Linux內(nèi)核源碼分析--內(nèi)核啟動(dòng)之(1)zImage自解壓過(guò)程（Linux-3.0 ARMv7）》。其中對(duì)于內(nèi)核標(biāo)簽列表的沒(méi)有處理。在完成內(nèi)核自解壓之后，系統(tǒng)又恢復(fù)了bootloader設(shè)定的啟動(dòng)狀態(tài)，將控制權(quán)交由解壓后的內(nèi)核。也就是說(shuō)解壓前后，系統(tǒng)啟動(dòng)環(huán)境不變。

解壓后的內(nèi)核開始運(yùn)行后，首先是構(gòu)架相關(guān)的匯編代碼，其過(guò)程在之前的博客中有詳細(xì)介紹：《Linux內(nèi)核源碼分析--內(nèi)核啟動(dòng)之(2)Image內(nèi)核啟動(dòng)(匯編部分)（Linux-3.0 ARMv7）》。其中對(duì)于內(nèi)核標(biāo)簽列表的處理就是判斷r2（內(nèi)核啟動(dòng)參數(shù)）指針的有效性：驗(yàn)證指針指向的數(shù)據(jù)是否是有效的tagged list或者device tree，如果不是r2清零。

在運(yùn)行完匯編代碼后，就跳入了構(gòu)架無(wú)關(guān)的C語(yǔ)言啟動(dòng)代碼：init/main.c中的start_kernel函數(shù)。在這個(gè)函數(shù)中開始了對(duì)內(nèi)核啟動(dòng)參數(shù)的真正處理。

首先內(nèi)核必須先要解析tagged list,而它的處理位于:

start_kernel-->setup_arch(&command_line);-->mdesc = setup_machine_tags(machine_arch_type);

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static struct machine_desc?*?__init setup_machine_tags(unsigned?int?nr)

{

struct tag?*tags?=?(struct tag?*)&init_tags;

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先讓tags指針指向內(nèi)核默認(rèn)tagged list(init_tags)

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/*

*?This holds our defaults.

*/

static struct init_tags?{

struct tag_header hdr1;

struct tag_core core;

struct tag_header hdr2;

struct tag_mem32 mem;

struct tag_header hdr3;

}?init_tags __initdata?=?{

{?tag_size(tag_core),?ATAG_CORE?},

{?1,?PAGE_SIZE,?0xff?},

{?tag_size(tag_mem32),?ATAG_MEM?},

{?MEM_SIZE?},

{?0,?ATAG_NONE?}

};

這個(gè)默認(rèn)的tagged list實(shí)質(zhì)上只定義了內(nèi)存的參數(shù)

struct machine_desc?*mdesc?=?NULL,?*p;

char?*from?=?default_command_line;

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注意這個(gè)from的賦值，指向default_command_line，它是默認(rèn)的內(nèi)核cmdline，在內(nèi)核配置的時(shí)候可指定。

Boot options ?--->

() ?Default kernel command string

init_tags.mem.start?=?PHYS_OFFSET;

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對(duì)上面的內(nèi)核默認(rèn)的tagged list中的內(nèi)存起始地址進(jìn)行初始化。

個(gè)人感覺(jué)這句有點(diǎn)奇怪，這個(gè)賦值為什么不直接放在變量定義的地方一起初始化呢？

/*

*?在支持的設(shè)備列表中找到當(dāng)前的設(shè)備。

*/

for_each_machine_desc(p)

if?(nr?==?p->nr)?{

printk("Machine: %s ",?p->name);

mdesc?=?p;

break;

}

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內(nèi)核編譯的時(shí)候可能編譯進(jìn)了多個(gè)設(shè)備的支持，所以可能存在多個(gè)設(shè)備的描述結(jié)構(gòu)體。這個(gè)通過(guò)bootloader傳遞進(jìn)來(lái)的設(shè)備ID來(lái)匹配一個(gè)設(shè)備描述結(jié)構(gòu)體。

if?(!mdesc)?{

early_print(" Error: unrecognized/unsupported machine ID"

" (r1 = 0x%08x). ",?nr);

dump_machine_table();?/*?does?not?return?*/

}

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如果上面沒(méi)有找到匹配的設(shè)備描述結(jié)構(gòu)體，則打印出錯(cuò)信息，并死循環(huán)。

if?(__atags_pointer)

tags?=?phys_to_virt(__atags_pointer);

else?if?(mdesc->boot_params)?{

#ifdef CONFIG_MMU

/*

*?我們依然運(yùn)行在最小的MMU映射上，

*?這假設(shè)設(shè)備默認(rèn)將標(biāo)簽列表放在頭1MB的RAM中。

*?任何其他的位置將可能失敗，

*?并在此處?kù)o靜地掛起內(nèi)核。

*/

if?(mdesc->boot_params?

mdesc->boot_params?>=?PHYS_OFFSET?+?SZ_1M)?{

printk(KERN_WARNING

"Default boot params at physical 0x%08lx out of reach ",

mdesc->boot_params);

}?else

#endif

{

tags?=?phys_to_virt(mdesc->boot_params);

}

}

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如果bootloader傳遞過(guò)來(lái)的tagged list有效，則將地址轉(zhuǎn)換成虛擬地址，賦給tags。

否則使用設(shè)備描述結(jié)構(gòu)體中的數(shù)據(jù)。例如：

從這里也可以知道，設(shè)備描述結(jié)構(gòu)體中的.boot_params數(shù)據(jù)是可選的，如果bootloader傳入的地址沒(méi)有問(wèn)題，這里就不會(huì)用到。（其他地方是否用的，有待確定）

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MACHINE_START(MINI6410, "MINI6410")

/* Maintainer: Darius Augulis */

.boot_params = S3C64XX_PA_SDRAM + 0x100,

.init_irq = s3c6410_init_irq,

.map_io = mini6410_map_io,

.init_machine = mini6410_machine_init,

.timer = &s3c24xx_timer,

MACHINE_END

#if?defined(CONFIG_DEPRECATED_PARAM_STRUCT)

/*

*??如果傳遞進(jìn)來(lái)的是一個(gè)舊格式的參數(shù), 將他們轉(zhuǎn)換為

*? 一個(gè)tag list.

*/

if?(tags->hdr.tag?!=?ATAG_CORE)

convert_to_tag_list(tags);

#endif

if?(tags->hdr.tag?!=?ATAG_CORE)?{

#if?defined(CONFIG_OF)

/*

*?如果定義了 CONFIG_OF , 那么就假假設(shè)一個(gè)合理的

*?現(xiàn)代系統(tǒng)應(yīng)該傳入一個(gè)啟動(dòng)參數(shù)

*/

early_print("Warning: Neither atags nor dtb found ");

#endif

tags?=?(struct tag?*)&init_tags;

}

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如果tagged list的第一個(gè)tag不是 ATAG_CORE，說(shuō)明tagged list 不存在或者有問(wèn)題，打印錯(cuò)誤信息并使用默認(rèn)tagged list。

if?(mdesc->fixup)

mdesc->fixup(mdesc,?tags,?&from,?&meminfo);

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如果此設(shè)備描述結(jié)構(gòu)體中定義了fixup函數(shù)，就執(zhí)行。從這里看出似乎這個(gè)函數(shù)是用于處理tagged list、cmdline和meminfo數(shù)據(jù)的。

if?(tags->hdr.tag?==?ATAG_CORE)?{

if?(meminfo.nr_banks?!=?0)

squash_mem_tags(tags);

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如果meminfo（其中保存了內(nèi)存的bank信息）中已經(jīng)初始化過(guò)了，就清除tagged list中mem_tags的信息（可導(dǎo)致跟在mem_tags之后的信息也一并失效）

save_atags(tags);

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備份tagged list信息到全局atags_copy。

parse_tags(tags);

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逐個(gè)解析tag，主要功能是將每個(gè)tag的信息保存到內(nèi)核全局變量中

每個(gè)tag有對(duì)應(yīng)的內(nèi)核結(jié)構(gòu)體：

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struct tagtable {

__u32 tag; //tag標(biāo)識(shí)編號(hào)

int (*parse)(const struct tag *); //tag信息處理函數(shù)（一般是將其中的信息保存到內(nèi)核全局變量中）

};

內(nèi)核一般通過(guò)以下宏來(lái)定義一個(gè)tagtable結(jié)構(gòu)體：

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#define __tag __used __attribute__((__section__(".taglist.init")))

#define __tagtable(tag, fn)

static struct tagtable __tagtable_##fn __tag = { tag, fn }

也就是將所有定義好的tagtable結(jié)構(gòu)體放入一個(gè)獨(dú)立的".taglist.init"段中，使用時(shí)用一個(gè)for循環(huán)就可以遍歷了。

}

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如果tagged list中的ATAG_CORE驗(yàn)證通過(guò)，就保存并解析tag。

/*?parse_early_param 函數(shù)需要 boot_command_line?*/

strlcpy(boot_command_line,?from,?COMMAND_LINE_SIZE);

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將form指向的字符串拷貝到boot_command_line字符數(shù)組中。

return mdesc;

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返回匹配的設(shè)備描述結(jié)構(gòu)體指針。

}

tag分析函數(shù)重點(diǎn)舉例

對(duì)內(nèi)存信息的處理

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static?int?__init parse_tag_mem32(const?struct tag?*tag)

{

return arm_add_memory(tag->u.mem.start,?tag->u.mem.size);

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將tag中的信息添加到全局的meminfo中去：arch/arm/include/asm/setup.h

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/*

*?Memory map description

*/

#define NR_BANKS 8

struct membank?{

phys_addr_t start;

unsigned long size;

unsigned?int?highmem;

};

struct meminfo?{

int?nr_banks;

struct membank bank[NR_BANKS];

};

extern struct meminfo meminfo;

這些信息在內(nèi)存子系統(tǒng)初始化的時(shí)候是會(huì)用到的，比如確定高低端內(nèi)存的分界線。

}

__tagtable(ATAG_MEM,?parse_tag_mem32);

對(duì)cmdline的保存

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static?int?__init parse_tag_cmdline(const?struct tag?*tag)

{

#if?defined(CONFIG_CMDLINE_EXTEND)

strlcat(default_command_line,?" ",?COMMAND_LINE_SIZE);

strlcat(default_command_line,?tag->u.cmdline.cmdline,

COMMAND_LINE_SIZE);

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如果定義了“CONFIG_CMDLINE_EXTEND”（cmdline擴(kuò)展），內(nèi)核會(huì)將tag中cmdline和配置內(nèi)核時(shí)定義的cmdline合并到default_command_line字符數(shù)組中。

#elif defined(CONFIG_CMDLINE_FORCE)

pr_warning("Ignoring tag cmdline (using the default kernel command line) ");

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如果定義了“CONFIG_CMDLINE_FORCE”（強(qiáng)制使用配置內(nèi)核時(shí)定義的cmdline），內(nèi)核會(huì)忽略tag中cmdline

#else

strlcpy(default_command_line,?tag->u.cmdline.cmdline,

COMMAND_LINE_SIZE);

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如果以上兩個(gè)配置都沒(méi)有定義，則使用tag中cmdline覆蓋到default_command_line字符數(shù)組中。

#endif

return 0;

}

__tagtable(ATAG_CMDLINE,?parse_tag_cmdline);

其他相關(guān)信息

其他所有的tag解析函數(shù)都是大同小異，都是將tag中的信息保存到各內(nèi)核全局變量結(jié)構(gòu)體中，以備后用。

四、內(nèi)核處理cmdline

對(duì)于所有的tag中，我們最常用的就是cmdine，所以這里詳細(xì)解析一下。

從上面的setup_machine_tags函數(shù)中我們知道，對(duì)于從tag傳遞到default_command_line中的cmdline字符串，內(nèi)核又將其復(fù)制了一份到boot_command_line中。

在回到了setup_arch函數(shù)中之后，內(nèi)核又把boot_command_line復(fù)制了一份到cmd_line字符數(shù)組中，并用cmdline_p指針指向這個(gè)cmd_line字符數(shù)組。

在完成了上面的工作后，cmdline已經(jīng)從tag中到了多個(gè)全局字符數(shù)組中，也就是在內(nèi)存中了，可以開始處理了。

這個(gè)cmdline的處理和tag的處理方法是一樣的，每個(gè)cmdline中的參數(shù)都有對(duì)應(yīng)的內(nèi)核結(jié)構(gòu)體：include/linux/init.h

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struct obs_kernel_param?{

const?char?*str; ? ? ? ? ? ??//參數(shù)標(biāo)識(shí)字符串指針

int?(*setup_func)(char?*); ? //解析函數(shù)

int early;?? ? ? ? ? ? ? ? ? //早期解析標(biāo)志

};

/*

*?僅用于真正的核心代碼.?正常情況下詳見(jiàn) moduleparam.h.

*

*?強(qiáng)制對(duì)齊，使得編譯器不會(huì)將obs_kernel_param?"數(shù)組"中的元素放置在離

*?.init.setup較遠(yuǎn)的地方.

*/

#define __setup_param(str,?unique_id,?fn,?early)????????????

static?const?char __setup_str_##unique_id[]?__initconst????

__aligned(1)?=?str;?

static struct obs_kernel_param __setup_##unique_id????

__used __section(.init.setup)????????????

__attribute__((aligned((sizeof(long)))))????

=?{?__setup_str_##unique_id,?fn,?early?}

#define __setup(str,?fn)????????????????????

__setup_param(str,?fn,?fn,?0)

/*?注意:?fn 是作為 module_param的,?不是?

*?當(dāng)返回非零的時(shí)候發(fā)出警告！*/

#define early_param(str,?fn)????????????????????

__setup_param(str,?fn,?fn,?1)

/*?依賴 boot_command_line 被設(shè)置?*/

void __init parse_early_param(void);

void __init parse_early_options(char?*cmdline);

所有需要解析的參數(shù)都是通過(guò)__setup(str, fn)和early_param(str, fn)宏定義的，他們的差別僅在于是否為early參數(shù)。

解析函數(shù)的作用是根據(jù)cmdline中的參數(shù)值設(shè)置全局變量。例如對(duì)“init=”的定義如下：

init/main.c

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static?int?__init init_setup(char?*str)

{

unsigned?int?i;

execute_command?=?str;

/*

*?In?case?LILO?is?going?to?boot us with default command line,

*?it prepends?"auto"?before the whole cmdline which makes

*?the shell think it should execute a script with such name.

*?So we ignore all arguments entered _before_ init=...?[MJ]

*/

for?(i?=?1;?i?

argv_init[i]?=?NULL;

return 1;

}

__setup("init=",?init_setup);

其這樣目的是為了將已經(jīng)解析出的“init=”后的字符串指針賦給全局變量execute_command。而這個(gè)execute_command就是內(nèi)核初始化到最后執(zhí)行的用戶空間初始化程序。

內(nèi)核對(duì)于cmdline的處理分為兩個(gè)步驟：早期處理和后期處理。

1、cmdline的早期處理

對(duì)于ARM構(gòu)架，cmdline的早期處理是在setup_arch函數(shù)中的?parse_early_param();，但這個(gè)函數(shù)定義在init/main.c：

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/*?檢查早期參數(shù).?*/

static?int?__init do_early_param(char?*param,?char?*val)

{

const?struct obs_kernel_param?*p;

for?(p?=?__setup_start;?p?

if?((p->early?&&?strcmp(param,?p->str)?==?0)?||

(strcmp(param,?"console")?==?0?&&

strcmp(p->str,?"earlycon")?==?0)

)?{

if?(p->setup_func(val)?!=?0)

printk(KERN_WARNING

"Malformed early option '%s' ",?param);

}

}

/*?這個(gè)階段我們接受任何異常.?*/

return 0;

}

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此函數(shù)通過(guò)解析好的參數(shù)名及參數(shù)值，在上面介紹的“.init.setup”段中搜索匹配的“struct obs_kernel_param”結(jié)構(gòu)體（必須標(biāo)志為early，也就是用early_param(str, fn)宏定義的結(jié)構(gòu)體），并調(diào)用參數(shù)處理函數(shù)。

void __init parse_early_options(char?*cmdline)

{

parse_args("early options", cmdline, NULL, 0, do_early_param);

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這里通過(guò)統(tǒng)一的parse_args函數(shù)處理，此函數(shù)原型如下：

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int?parse_args(const?char?*name,

char?*args,

const?struct kernel_param?*params,

unsigned num,?

int?(*unknown)(char?*param,?char?*val))

這個(gè)函數(shù)的處理方法主要是分離出每個(gè)類似“foo=bar,bar2”的形式，再給?next_arg分離出參數(shù)名和參數(shù)值，并通過(guò)參數(shù)名在“?const struct kernel_param *params”指向的地址中搜索對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，并調(diào)用其參數(shù)處理函數(shù)。如果沒(méi)有找到就調(diào)用最后一個(gè)參數(shù)“unknown”傳遞進(jìn)來(lái)的未知參數(shù)處理函數(shù)。

由于此處params為NULL，必然找不到對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，所有分離好的參數(shù)及參數(shù)名都由最后一個(gè)函數(shù)指針參數(shù)指定的函數(shù)?do_early_param來(lái)處理。也就是上面那個(gè)函數(shù)。

}

/*??構(gòu)架相關(guān)代碼在早期調(diào)用這個(gè)函數(shù), 如果沒(méi)有, 會(huì)在解析其他參數(shù)前再次調(diào)用這個(gè)函數(shù)。?*/

void __init parse_early_param(void)

{

static __initdata int done = 0;

static __initdata char tmp_cmdline[COMMAND_LINE_SIZE];

if (done)

return;

/*??最終調(diào)用?do_early_param.?*/

strlcpy(tmp_cmdline,?boot_command_line,?COMMAND_LINE_SIZE);

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再次將boot_command_line復(fù)制到一個(gè)臨時(shí)變量,并在下面的函數(shù)中使用

parse_early_options(tmp_cmdline);

done = 1;

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對(duì)這個(gè)靜態(tài)變量置1，標(biāo)志著這個(gè)函數(shù)已經(jīng)執(zhí)行過(guò)。不需要再次執(zhí)行。

}

一個(gè)典型的早期參數(shù)就是“mem=”，之所以會(huì)放在前期處理，是因?yàn)閮?nèi)存參數(shù)對(duì)于系統(tǒng)初始化很重要，在這里處理完后，下面馬上就要用到這些數(shù)據(jù)了。

處理函數(shù)如下：

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/*

*?Pick out the memory size.?We look?for?mem=size@start,

*?where start?and?size are?"size[KkMm]"

*/

static?int?__init early_mem(char?*p)

{

static?int?usermem __initdata?=?0;

unsigned long size;

phys_addr_t start;

char?*endp;

/*

*?如果此處指定內(nèi)存大小,

*?我們會(huì)丟棄任何自動(dòng)生成的大小

*

*/

if?(usermem?==?0)?{

usermem?=?1;

meminfo.nr_banks?=?0;

}

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這里自動(dòng)情況原有的內(nèi)存配置信息，如果tagged list中有設(shè)置，這里就會(huì)清除并覆蓋原來(lái)的信息。

start?=?PHYS_OFFSET;

size?=?memparse(p,?&endp);

if?(*endp?==?'@')

start?=?memparse(endp?+?1,?NULL);

arm_add_memory(start, size);

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這個(gè)函數(shù)上面介紹過(guò)了，就是把獲取的內(nèi)存大小和基地址添加到全局的meminfo結(jié)構(gòu)體中。

return 0;

}

early_param("mem",?early_mem);

2、cmdline的后期分類處理

在上面的早期處理完成之后，系統(tǒng)就繼續(xù)初始化。在從setup_arch(&command_line);返回不久就將cmdline又進(jìn)行了一次備份，使用的是bootmem內(nèi)存分配系統(tǒng)：

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setup_command_line(command_line);

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對(duì)cmdline進(jìn)行備份和保存：

/* 為處理的command line備份 (例如eg. 用于 /proc) */

char *saved_command_line;

/* 用于參數(shù)處理的command line */

static char *static_command_line;

之后就打印出內(nèi)核cmdline并解析后期參數(shù)和模塊參數(shù)。源碼如下：

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printk(KERN_NOTICE?"Kernel command line: %s ",?boot_command_line);

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打印出完整的內(nèi)核cmdline

parse_early_param();

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解析內(nèi)核早期參數(shù)，但是對(duì)于ARM構(gòu)架來(lái)說(shuō)，在setup_arch函數(shù)中已經(jīng)調(diào)用過(guò)了。所以這里什么都不做。

parse_args("Booting kernel",?static_command_line,?__start___param,

__stop___param?-?__start___param,

&unknown_bootoption);

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這里調(diào)用的parse_args就比較復(fù)雜了，我這里簡(jiǎn)單地分析一下：

在這個(gè)函數(shù)主要是一個(gè)循環(huán)，逐一分析完整的cmdline中的每個(gè)參數(shù)：

使用next_arg函數(shù)解析出類似“foo=bar,bar2”的形式中的參數(shù)名（foo）和參數(shù)值（bar和bar2）

使用parse_one根據(jù)參數(shù)名在內(nèi)核內(nèi)建模塊的參數(shù)處理段（__param）中搜索每一個(gè)“struct kernel_param”，是否為某個(gè)內(nèi)核內(nèi)建模塊的參數(shù)：

如果是，則使用搜索到的那個(gè)“struct kernel_param”結(jié)構(gòu)體中的參數(shù)設(shè)置函數(shù)“.ops->set”來(lái)設(shè)置模塊的參數(shù)

如果不是，就使用unknown_bootoption函數(shù)處理，就是到內(nèi)核的“.init.setup”段搜索，看是不是“非早期”內(nèi)核啟動(dòng)參數(shù)（使用__setup(str, fn)宏定義的參數(shù)）。如果是的話，就用相應(yīng)的函數(shù)來(lái)處理，這個(gè)和“早期”參數(shù)處理是一樣的。如果不是，可能會(huì)打印錯(cuò)誤信息。

到了這里，內(nèi)核的cmdline處理就到此結(jié)束了。只有內(nèi)置模塊才會(huì)獲取到cmdline中的參數(shù)，因?yàn)閮?nèi)建模塊無(wú)法通過(guò)其他形式獲取參數(shù)，不像.ok模塊可以在掛載的時(shí)候從命令行獲取參數(shù)。

如果你自己的外置模塊（.ok）中需要參數(shù)，就算是你在內(nèi)核啟動(dòng)cmdline中加了參數(shù)，模塊掛載的時(shí)候也是沒(méi)法自動(dòng)獲取。你必須在使用insmod掛載模塊的時(shí)候，在最后加上你要的設(shè)置的參數(shù)信息?；蛘咄ㄟ^(guò)/proc/cmdline獲取啟動(dòng)參數(shù)，然后用shell命令過(guò)濾出需要的參數(shù)字符串，并加到insmod命令的最后。

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