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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：
struct tag
{
struct tag_header hdr;
union {
struct tag_core core;
struct tag_mem32 mem;
struct tag_videotext videotext;
struct tag_ramdisk ramdisk;
struct tag_initrd initrd;
struct tag_serialnr serialnr;
struct tag_revision revision;
struct tag_videolfb videolfb;
struct tag_cmdline cmdline;
struct tag_acorn acorn;
struct tag_memclk memclk;
} u;
};
参数结构体包括两个部分，一个是 tag_header 结构体,一个是u 联合体。
tag_header 结构体的定义如下：
struct tag_header
{
u32 size;
u32 tag;
};
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。
tag_array 初始化为指向参数链表的第一个结构体的指针。
tag_array->hdr.tag=ATAG_CORE;
tag_array->hdr.size=tag_size(tag_core);
tag_array->u.core.flags=1;
tag_array->u.core.pagesize=4096;
tag_array->u.core.rootdev=0x00100000;
tag_array=tag_next(tag_array);
tag_array->hdr.tag=ATAG_MEM;
tag_array->hdr.size=tag_size(tag_mem32);
tag_array->u.mem.size=0x04000000;
tag_array->u.mem.start=0x20000000;
tag_array=tag_next(tag_array);
……
tag_array->hdr.tag=ATAG_NONE;
tag_array->hdr.size=0;
tag_array=tag_next(tag_array);
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，zImage 启动过程如下图所示。
(图有时间再画)
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
首先将BootLoader 传递过来的r1（机器编号）、r2（参数链表的物理地址）的值保存到r7、r8 中，再将r7 作为参数传递给解压函数decompress_kernel（）。在解压函数中，再将r7 传递给全局变量__machine_arch_type。在跳到内核（vmlinux）入口之前再将r7，r8 还原到r1，r2 中。
在文件 arch/arm/kernel/head.S[2]中，内核（vmlinux）入口的部分代码如下：
stext：
mrc p15, 0, r9, c0, c0
bl __lookup_processor_type
………
bl __lookup_machine_type
首先从处理器内部特殊寄存器（CP15）中获得ARM 内核的类型，从处理器内核描述符（proc_info_list）表（__proc_info_begin—__proc_info_end）中查询有无此ARM 内核的类型，如果无就出错退出。处理器内核描述符定义在 include/asm-arm/procinfo.h[2]中，具体的函数实现在 arch/arm/mm/proc-xxx.S[2]中，在编译连接过程中将各种处理器内核描述符组合成表。接着从机器描述符（machine_desc）表（__mach_info_begin—__mach_info_end）中查询有无r1 寄存器指定的机器编号，如果没有就出错退出。机器编号mach_type_xxx 在arch/arm/tools/mach-types[2]文件中说明，每个机器描述符中包括一个唯一的机器编号，机器描述符的定义在 include/asm-arm/mach/arch.h[2]中，具体实现在 arch/arm/mach-xxxx[2]文件夹中，在编译连接过程中将基于同一种处理器的不同机器描述符组合成表。例如，基于AT91RM9200 处理器的各种机器描述符可以参考 arch/arm/mach-at91rm9200/board-xxx.c[2]，机器编号为262 的机器描述符如下所示：
MACHINE_START(AT91RM9200DK, "Atmel AT91RM9200-DK")
/* Maintainer: SAN People/Atmel */
.phys_io = AT91_BASE_SYS,
.io_pg_offst = (AT91_VA_BASE_SYS >> 18) & 0xfffc,
.boot_params = AT91_SDRAM_BASE + 0x100,
.timer = &at91rm9200_timer,
.map_io = dk_map_io,
.init_irq = dk_init_irq,
.init_machine = dk_board_init,
MACHINE_END
最后就是打开MMU，并跳转到 init/main.c[2]的start_kernel（初始化系统。在 init/main.c[2] 中，函数start_kernel（）的部分代码如下：
{
……
setup_arch（）；
……
}
在 arch/arm/kernel/setup.c[2]中，函数setup_arch（）的部分代码如下：
{
……
setup_processor();
mdesc=setup_machine(machine_arch_type);
……
parse_tags(tags);
……
}
setup_processor（）函数从处理器内核描述符表中找到匹配的描述符，并初始化一些处理器变量。setup_machine（）用机器编号（在解压函数decompress_kernel 中被赋值）作为参数返回机器描述符。从机器描述符中获得内核参数的物理地址，赋值给tags 变量。然后调用parse_tags（）函数分析内核参数链表，把各个参数值传递给全局变量。这样内核就收到了BootLoader 传递的参数。
5. 参数传递的验证和测试
参数传递的结果可以通过内核启动的打印信息来验证。
Machine: Atmel AT91RM9200-DK
……
Kernel command line: console=ttyS0,115200 root=/dev/ram rw init=/linuxrc
……
Memory: 64MB = 64MB total
……
checking if image is initramfs...it isn't (no cpio magic); looks like an initrd
Freeing initrd memory: 1024K
……
RAMDISK: Compressed image found at block 0
一个完备的BootLoader 是一个很复杂的工程，本文所介绍的只是嵌入式系统的BootLoaer 基本功能。任何一个BootLoader 都离不开这个基本功能，内核只有接收这些参数才能正确地启动,同时也为内核的移植和调试奠定了良好的基础。
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最硬核的Linux内核文章
来源 ：头条号@Linux学习教程，冰凌块儿 01 前言 本文主要讲解什么是Linux内核，以及通过多张图片展示Linux内核的作用与功能，以便于读者能快速理解什么是Linux内核，能看懂Linux
2020-10-19 17:46:081860
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快速理解什么是Linux内核以及Linux内核的内容
01 前言 本文主要讲解什么是Linux内核，以及通过多张图片展示Linux内核的作用与功能，以便于读者能快速理解什么是Linux内核，能看懂Linux内核。 拥有超过1300万行的代码，Linux
2020-10-21 12:02:533873
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BootLoader与Linux内核的参数传递详细资料说明
不同的体系结构，如 ARM， Powerpc，X86，MIPS等。本文着重介绍 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
2021-03-16 10:39:0013
13【2.0】bootloader工作流程、MCU启动流程
内存空间的映射图，然后调用Linux 内核。Linux 内核在完成系统的初始化之后需要挂载某个文件系统作为根文件系统（RootFilesystem），然后加载必要的内核模块，启动应用程序。（一个嵌入式...
2021-10-28 11:21:018
8嵌入式 Linux 启动流程和 bootloader 介绍
目录嵌入式 Linux 启动流程简介启动流程Bootloader 简介市面上可见的 bootloader入式 Linux 启动流程简介对于一个 SoC 芯片而言，bootloader 必不可少。因为
2021-11-01 16:32:3811
11嵌入式Linux操作系统引导加载程序BootLoarder
过程BootLoarder是什么Linux操作系统分层一个嵌入式Linux系统从软件的角度看通常可以分为四个层次：引导加载程序。包括固化在固件(firmware)中的boot代码(可选)，和BootLoader两大部分。Linux内核。特定于嵌入式板子的定制内核以及内核的启动参数。文件系统。包括根文件系统和建立于F
2021-11-01 17:05:508
8嵌入式Linux的内核编译
实验环境VMware Workstation PlayerUbuntu16.04kernel-3.2.tar.bz2Linux内核编译在ubuntu上编译嵌入式Linux内核，需要大家提前安装好交叉
2021-11-01 17:07:2016
16【Linux】嵌入式Linux系统的移植（下篇：BootLoader，以U-Boot为例）
BootLoaderBootLoader的概念BootLoader就是在操作系统内核运行之前运行的一段小程序。通过这段小程序，可以初始化硬件设备、建立内存空间的映射图，从而将系统的软硬件环境带到
2021-11-01 17:37:1019
19uboot研读笔记 | 00 - 嵌入式Linux系统中Bootloader的作用和基本运行原理
1. 嵌入式Linux系统开发架构一个嵌入式Linux的系统的架构如下图：软件程序开发中，从下往上每一次的作用依次为：Bootloader：将硬件初始化，并将内核引导起来；Linux Kernel
2021-11-02 13:36:3112
12【嵌入式Linux之QEMU模拟器】5、使用u-boot加载Linux内核
在前面的实验中，我们都是直接运行Linux内核。而在实际的嵌入式系统中都是通过BootLoader加载Linux镜像，然后再去运行。嵌入式BootLoader功能类似PC中的BIOS，用以检测硬件
2021-11-02 15:21:0314
14理解嵌入式开发中BootLoader、内核和根文件系统之间的关系
理解嵌入式开发中BootLoader、内核和根文件系统之间的关系一般来说，为了使开发板成功运行linux系统，我们需要完成以下三个方面的开发工作：bootloader（启动装载）kernel（内核
2021-11-03 12:06:0613
13为STM32写bootloader 使用串口，实现程序IAP升级
，以便为最终调用操作系统内核准备好正确的环境。BIOS是windows的bootloader，u-boot等为常见的Linux开发版的bootloader。ARM内核芯片下载程序方式可分为三类;...
2021-12-24 19:02:232
2Linux内核架构和工作原理
作用是将应用层序的请求传递给硬件，并充当底层驱动程序，对系统中的各种设备和组件进行寻址。目前支持模块的动态装卸(裁剪)。Linux内核就是基于这个策略实现的。Linux进程1.采用层次结构，每个进程
2022-05-07 14:05:06284
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学习linux内核的一些建议
学习linux内核，这个可不像学一门语言，c或者java一个月或者3月你就能精通掌握。学习linux内核是需要一步一步循序渐进，掌握正确的linux内核学习路线对学习至关重要，本篇文章就来分享学习linux内核的一些建议吧。
2022-05-07 15:20:27447
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Linux驱动开发-安装驱动参数传递
Linux驱动安装时也支持传递参数，和命令行上运行的命令原理类似。 只不过在编写驱动的时候，需要在驱动代码里提前将相关信息声明好才可以使用。 这篇文章就介绍如果在命令安装驱动时，传递参数给驱动代码，演示各种类型的参数传输情况。
2022-09-17 15:30:151156
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Linux内核移植教程
半导体厂商会从 Linux内核官网下载某个版本，将其移植到自己的 CPU上，测试成功后就会将其开放给该半导体厂商的 CPU开发者。开发者下载其提供的 Linux内核，然后将其移植到自己的产品上。
2023-04-19 11:20:32701
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Linux内核模块参数传递与sysfs文件系统
Linux应用开发中，为使应用程序更加灵活地执行用户的预期功能，我们有时候会通过命令行传递一些参数到main函数中，使得代码逻辑可以依据参数执行不同的任务。同样，Linux内核也提供了类似main
2023-06-07 16:23:211241
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Linux内核入口stext段分析
/kernel/head.S preserve_boot_args 保存 bootloader 传递过来的参数。 el2_setup 是设置 Linux 启动模式是 EL2。Linux 有 EL0、EL1
2023-09-28 17:07:55883
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Linux内核UDP收包为什么效率低
现在很多人都在诟病Linux内核协议栈收包效率低，不管他们是真的懂还是一点都不懂只是听别人说的，反正就是在一味地怼Linux内核协议栈，他们的武器貌似只有DPDK。 但是，即便Linux内核协议
2023-11-13 10:38:08214
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工商网监
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