uboot 添加了prep子命令支持

第一部分 bootm.c 整体呈现

/* * * * - 添加了prep子命令支持 * SPDX-License-Identifier: GPL-2.0+ * 授权标识符: GPL-2.0+ */ ​ /* 包含必要的头文件 */ ​ #include <common.h> /* U-Boot通用头文件，包含全局数据结构和基本函数声明 */ #include <command.h> /* 命令处理相关头文件，定义命令结构体和注册函数 */ #include <image.h> /* 镜像处理头文件，包含各种镜像格式的定义和操作函数 */ #include <u-boot/zlib.h> /* zlib压缩库头文件，用于内核解压 */ #include <asm/byteorder.h> /* 字节序处理头文件，定义大小端转换函数 */ #include <libfdt.h> /* Flattened Device Tree库头文件，用于设备树操作 */ #include <mapmem.h> /* 内存映射头文件，提供物理地址到虚拟地址的转换函数 */ #include <fdt_support.h> /* 设备树支持头文件，包含U-Boot特有的设备树辅助函数 */ #include <asm/bootm.h> /* ARM架构的bootm相关头文件，包含启动特定定义 */ #include <asm/secure.h> /* ARM安全模式相关头文件，用于TrustZone等安全功能 */ #include <linux/compiler.h> /* Linux编译器属性头文件，包含__weak等编译器指令 */ #include <bootm.h> /* 通用bootm头文件，包含bootm的核心数据结构 */ #include <vxworks.h> /* VxWorks RTOS支持头文件，用于VxWorks启动 */ ​ #ifdef CONFIG_ARMV7_NONSEC /* 如果配置了ARMv7非安全模式支持 */ #include <asm/armv7.h> /* ARMv7架构特定头文件，包含协处理器操作函数 */ #endif ​ /* * 声明全局数据指针 * DECLARE_GLOBAL_DATA_PTR: 声明一个指向全局数据结构的指针gd * 设计模式: 单例模式 - 全局数据指针提供对U-Boot全局状态的唯一访问点 */ DECLARE_GLOBAL_DATA_PTR; ​ /* * 静态变量定义 * params: ATAG参数列表指针，用于向Linux内核传递启动参数 * 设计模式: 享元模式 - ATAG参数结构被多个函数共享使用 */ static struct tag *params; ​ /** * @brief 获取当前堆栈指针 * * 通过内联汇编获取当前堆栈指针的值 * * @return ulong 当前堆栈指针值 * * 性能分析: * - 使用内联汇编直接读取SP寄存器，开销极小 * - 单条指令完成，无函数调用开销 */ static ulong get_sp(void) { ulong ret; /* 返回值变量 */ ​ asm("mov %0, sp" : "=r"(ret) : ); /* 内联汇编：将堆栈指针SP的值移动到ret变量 */ return ret; /* 返回堆栈指针值 */ } ​ /** * @brief 为Linux内核预留内存区域 * * 预留内核启动所需的内存空间，特别是命令行和板级信息区域 * 该区域应尽可能高（在CONFIG_SYS_BOOTMAPSZ范围内） * 但位于未使用的内存中，即远低于当前堆栈指针 * * @param lmb 内存块管理器指针 * * 设计模式: 策略模式 - 根据不同的内存布局策略预留空间 * 性能分析: * - 调用get_sp()获取当前堆栈指针，开销小 * - 计算预留区域，进行边界检查 * - lmb_reserve()操作通常较快，但可能涉及内存管理数据结构更新 */ void arch_lmb_reserve(struct lmb *lmb) { ulong sp; /* 堆栈指针变量 */ ​ /* * 启动(Linux)内核镜像 * * 为命令行和板级信息分配空间 - * 地址应尽可能高，在kernel可达范围内(参考CONFIG_SYS_BOOTMAPSZ设置) * 但位于未使用的内存中，这意味着要远低于当前堆栈指针 */ sp = get_sp(); /* 获取当前堆栈指针 */ debug("## Current stack ends at 0x%08lx ", sp); /* 调试输出当前堆栈结束地址 */ ​ /* 为安全起见，将sp向下调整4KB */ sp -= 4096; /* * 预留内存区域：从sp到DRAM区域结束 * 参数1: lmb管理器 * 参数2: 起始地址sp * 参数3: 大小 = DRAM结束地址 - sp */ lmb_reserve(lmb, sp, gd->bd->bi_dram[0].start + gd->bd->bi_dram[0].size - sp); } ​ /** * @brief 打印启动消息并执行清理操作 * * 在跳转到内核前打印启动消息，执行必要的清理操作 * 如断开USB连接、清理缓存等 * * @param fake 非0值表示模拟运行（只执行除实际启动外的所有操作） * * 设计模式: 模板方法模式 - 定义启动前准备的标准流程 * 性能分析: * - 字符串输出有I/O开销 * - bootstage标记和报告有日志记录开销 * - 清理操作可能涉及缓存刷新等耗时操作 */ static void announce_and_cleanup(int fake) { /* 打印启动信息，如果是模拟运行则特别标注 */ printf("\nStarting kernel ...%s\n\n", fake ? "(fake run for tracing)" : ""); /* 标记启动阶段：启动移交阶段 */ bootstage_mark_name(BOOTSTAGE_ID_BOOTM_HANDOFF, "start_kernel"); #ifdef CONFIG_BOOTSTAGE_FDT /* 如果配置了bootstage设备树支持 */ bootstage_fdt_add_report(); /* 将bootstage报告添加到设备树 */ #endif #ifdef CONFIG_BOOTSTAGE_REPORT /* 如果配置了bootstage报告 */ bootstage_report(); /* 生成bootstage报告 */ #endif ​ #ifdef CONFIG_USB_DEVICE /* 如果配置了USB设备支持 */ udc_disconnect(); /* 断开USB设备连接 */ #endif cleanup_before_linux(); /* Linux启动前清理操作（如缓存刷新） */ } ​ /** * @brief 设置起始标签(ATAG_CORE) * * 初始化ATAG参数列表，设置核心标签 * * @param bd 板级数据指针 * * 设计模式: 建造者模式 - 逐步构建ATAG参数列表 * 性能分析: * - 直接内存赋值，开销极小 * - 标签指针更新操作快速 */ static void setup_start_tag (bd_t *bd) { /* 从板级数据中获取ATAG参数存储地址 */ params = (struct tag *)bd->bi_boot_params; ​ /* 设置标签头：ATAG_CORE表示核心标签 */ params->hdr.tag = ATAG_CORE; /* 设置标签大小，使用tag_size宏计算 */ params->hdr.size = tag_size (tag_core); ​ /* 设置核心标签的具体字段 */ params->u.core.flags = 0; /* 标志位清零 */ params->u.core.pagesize = 0; /* 页面大小设为0（由内核决定） */ params->u.core.rootdev = 0; /* 根设备设为0 */ ​ /* 移动到下一个标签位置 */ params = tag_next (params); } ​ /** * @brief 设置内存标签(ATAG_MEM) * * 为每个DRAM bank设置内存标签 * * @param bd 板级数据指针 * * 设计模式: 迭代器模式 - 遍历所有DRAM banks * 性能分析: * - 循环次数由CONFIG_NR_DRAM_BANKS决定，通常较小(1-4) * - 每次循环执行固定次数的赋值操作，开销可预测 */ static void setup_memory_tags(bd_t *bd) { int i; /* 循环计数器 */ ​ /* 遍历所有配置的DRAM banks */ for (i = 0; i < CONFIG_NR_DRAM_BANKS; i++) { /* 设置标签头：ATAG_MEM表示内存标签 */ params->hdr.tag = ATAG_MEM; /* 设置标签大小 */ params->hdr.size = tag_size (tag_mem32); ​ /* 设置内存起始地址和大小 */ params->u.mem.start = bd->bi_dram[i].start; /* DRAM起始地址 */ params->u.mem.size = bd->bi_dram[i].size; /* DRAM大小 */ ​ /* 移动到下一个标签位置 */ params = tag_next (params); } } ​ /* 外部变量声明：启动类型 */ extern int starttype; ​ /** * @brief 设置命令行标签(ATAG_CMDLINE) * * 将内核命令行参数打包到ATAG_CMDLINE标签中 * * @param bd 板级数据指针 * @param commandline 命令行字符串 * * 设计模式: 装饰器模式 - 在基础命令行上添加启动类型信息 * 性能分析: * - 字符串操作(strlen, strcpy, strcat)有O(n)复杂度 * - 命令行长度通常有限，开销可控 */ static void setup_commandline_tag(bd_t *bd, char *commandline) { char *p; /* 命令行处理指针 */ char *s = NULL; /* 启动类型字符串 */ ​ if (!commandline) /* 如果命令行为空则直接返回 */ return; ​ /* 跳过前导空白字符 */ for (p = commandline; *p == ' '; p++); ​ /* * 跳过不存在的命令行，这样内核将仍然使用其默认命令行 * 同时检查starttype是否小于0（特殊条件） */ if ((*p == '\0') && (starttype < 0)) return; ​ /* 根据starttype添加相应的启动类型参数 */ if(starttype == 0) s = " starttype=main"; /* 主启动类型 */ else s = " starttype=backup"; /* 备份启动类型 */ ​ /* 设置标签头：ATAG_CMDLINE表示命令行标签 */ params->hdr.tag = ATAG_CMDLINE; /* 计算标签大小：头部大小 + 命令行长度 + 启动类型字符串长度 + 1(终止符) + 4字节对齐 */ params->hdr.size = (sizeof (struct tag_header) + strlen (p) + strlen (s) + 1 + 4) >> 2; ​ /* 复制命令行字符串 */ strcpy (params->u.cmdline.cmdline, p); /* 追加启动类型字符串 */ strcat (params->u.cmdline.cmdline, s); ​ /* 移动到下一个标签位置 */ params = tag_next (params); } ​ /** * @brief 设置initrd标签(ATAG_INITRD2) * * 设置初始RAM磁盘的位置和大小 * * @param bd 板级数据指针 * @param initrd_start initrd起始地址 * @param initrd_end initrd结束地址 * * 性能分析: * - 简单的算术计算和赋值操作，开销极小 * - initrd_end - initrd_start计算大小，快速 */ static void setup_initrd_tag(bd_t *bd, ulong initrd_start, ulong initrd_end) { /* * ATAG_INITRD节点告诉内核压缩的ramdisk的位置 * 实际上ATAG_RDIMG是更好的名字 */ params->hdr.tag = ATAG_INITRD2; /* 设置标签类型为INITRD2 */ params->hdr.size = tag_size (tag_initrd); /* 设置标签大小 */ ​ /* 设置initrd的起始地址和大小 */ params->u.initrd.start = initrd_start; /* 起始地址 */ params->u.initrd.size = initrd_end - initrd_start; /* 大小计算 */ ​ params = tag_next (params); /* 移动到下一个标签 */ } ​ /** * @brief 设置序列号标签(ATAG_SERIAL) * * 将板级序列号传递给内核 * * @param tmp 标签指针的指针（用于更新指针位置） * * 设计模式: 适配器模式 - 将板级序列号适配到ATAG格式 */ static void setup_serial_tag(struct tag **tmp) { struct tag *params = *tmp; /* 获取当前标签指针 */ struct tag_serialnr serialnr; /* 序列号结构体 */ ​ get_board_serial(&serialnr); /* 获取板级序列号 */ params->hdr.tag = ATAG_SERIAL; /* 设置标签类型为序列号 */ params->hdr.size = tag_size (tag_serialnr); /* 设置标签大小 */ params->u.serialnr.low = serialnr.low; /* 设置序列号低部分 */ params->u.serialnr.high= serialnr.high; /* 设置序列号高部分 */ params = tag_next (params); /* 移动到下一个标签 */ *tmp = params; /* 更新外部指针 */ } ​ /** * @brief 设置版本标签(ATAG_REVISION) * * 将板级版本号传递给内核 * * @param in_params 标签指针的指针 * * 设计模式: 工厂方法模式 - 创建特定类型的ATAG标签 */ static void setup_revision_tag(struct tag **in_params) { u32 rev = 0; /* 版本号变量 */ ​ rev = get_board_rev(); /* 获取板级版本号 */ params->hdr.tag = ATAG_REVISION; /* 设置标签类型为版本 */ params->hdr.size = tag_size (tag_revision); /* 设置标签大小 */ params->u.revision.rev = rev; /* 设置版本号 */ params = tag_next (params); /* 移动到下一个标签 */ } ​ /** * @brief 设置结束标签(ATAG_NONE) * * 标记ATAG参数列表的结束 * * @param bd 板级数据指针 * * 设计模式: 终止符模式 - 标记数据结构结束 */ static void setup_end_tag(bd_t *bd) { params->hdr.tag = ATAG_NONE; /* 结束标签类型 */ params->hdr.size = 0; /* 大小为0表示结束 */ } ​ /** * @brief 弱定义的板级标签设置函数 * * 允许板级代码覆盖此函数以添加自定义ATAG标签 * * @param in_params 标签指针的指针 * * 设计模式: 钩子模式 - 提供扩展点供板级代码定制 */ __weak void setup_board_tags(struct tag **in_params) {} ​ #ifdef CONFIG_ARM64 /* ARM64架构特定代码 */ ​ /** * @brief 执行非安全虚拟模式切换(ARM64) * * 在ARM64架构上切换到EL2（或EL1）异常级别 * * 性能分析: * - smp_kick_all_cpus()可能涉及核间通信，开销较大 * - dcache_disable()刷新缓存，耗时操作 * - 异常级别切换需要多个寄存器操作 */ static void do_nonsec_virt_switch(void) { smp_kick_all_cpus(); /* 唤醒所有CPU核心 */ dcache_disable(); /* 切换到EL2前刷新缓存 */ armv8_switch_to_el2(); /* 切换到EL2异常级别 */ #ifdef CONFIG_ARMV8_SWITCH_TO_EL1 /* 如果配置了切换到EL1 */ armv8_switch_to_el1(); /* 进一步切换到EL1异常级别 */ #endif } #endif ​ /** * @brief 子命令: PREP - 准备Linux内核启动 * * 根据配置准备Linux内核启动环境，支持FDT和ATAGS两种方式 * * @param images bootm镜像头信息 * * 设计模式: 策略模式 - 根据配置选择FDT或ATAGS策略 * 性能分析: * - FDT路径涉及设备树处理，复杂度较高 * - ATAGS路径相对简单，但需要设置多个标签 * - 条件编译减少不必要的代码路径 */ static void boot_prep_linux(bootm_headers_t *images) { /* 从环境变量获取内核命令行参数 */ char *commandline = getenv("bootargs"); ​ /* 如果启用设备树且设备树长度不为0，使用FDT方式 */ if (IMAGE_ENABLE_OF_LIBFDT && images->ft_len) { #ifdef CONFIG_OF_LIBFDT debug("using: FDT\n"); /* 调试输出：使用FDT */ /* 设置Linux设备树，失败则挂起系统 */ if (image_setup_linux(images)) { printf("FDT creation failed! hanging..."); hang(); /* 挂起系统 */ } #endif } /* 如果启用ATAGS支持，使用ATAGS方式 */ else if (BOOTM_ENABLE_TAGS) { debug("using: ATAGS\n"); /* 调试输出：使用ATAGS */ /* 设置起始标签 */ setup_start_tag(gd->bd); /* 根据配置添加各种标签 */ if (BOOTM_ENABLE_SERIAL_TAG) setup_serial_tag(&params); /* 序列号标签 */ if (BOOTM_ENABLE_CMDLINE_TAG) setup_commandline_tag(gd->bd, commandline); /* 命令行标签 */ if (BOOTM_ENABLE_REVISION_TAG) setup_revision_tag(&params); /* 版本标签 */ if (BOOTM_ENABLE_MEMORY_TAGS) setup_memory_tags(gd->bd); /* 内存标签 */ /* 设置initrd标签 */ if (BOOTM_ENABLE_INITRD_TAG) { /* * 在boot_ramdisk_high()中，可能将ramdisk重定位到指定位置 * 并设置images->initrd_start和images->initrd_end为重定位后的地址 * 因此尽可能使用这些值而不是images->rd_start和images->rd_end */ if (images->initrd_start && images->initrd_end) { setup_initrd_tag(gd->bd, images->initrd_start, images->initrd_end); } else if (images->rd_start && images->rd_end) { setup_initrd_tag(gd->bd, images->rd_start, images->rd_end); } } /* 调用板级特定的标签设置 */ setup_board_tags(&params); /* 设置结束标签 */ setup_end_tag(gd->bd); } /* 既不支持FDT也不支持ATAGS，报错 */ else { printf("FDT and ATAGS support not compiled in - hanging\n"); hang(); /* 挂起系统 */ } } ​ /** * @brief 弱定义的ARMv7非安全启动默认值 * * 返回ARMv7非安全启动的默认配置 * * @return bool true表示默认非安全启动，false表示默认安全启动 * * 设计模式: 模板方法模式 - 定义默认行为，可被覆盖 */ __weak bool armv7_boot_nonsec_default(void) { #ifdef CONFIG_ARMV7_BOOT_SEC_DEFAULT /* 如果配置了默认安全启动 */ return false; /* 返回false，表示安全启动 */ #else return true; /* 默认返回true，表示非安全启动 */ #endif } ​ #ifdef CONFIG_ARMV7_NONSEC /* ARMv7非安全模式支持 */ ​ /** * @brief 确定ARMv7是否以非安全模式启动 * * 检查环境变量bootm_boot_mode，决定启动模式 * * @return bool true表示非安全启动，false表示安全启动 * * 设计模式: 策略模式 - 根据环境变量选择启动策略 * 性能分析: * - getenv()调用有字符串查找开销 * - strcmp()比较操作，但字符串长度固定，开销小 */ bool armv7_boot_nonsec(void) { /* 从环境变量获取启动模式设置 */ char *s = getenv("bootm_boot_mode"); /* 获取默认的非安全启动设置 */ bool nonsec = armv7_boot_nonsec_default(); ​ /* 如果环境变量设置为"sec"，则使用安全启动 */ if (s && !strcmp(s, "sec")) nonsec = false; ​ /* 如果环境变量设置为"nonsec"，则使用非安全启动 */ if (s && !strcmp(s, "nonsec")) nonsec = true; ​ return nonsec; /* 返回确定的启动模式 */ } #endif ​ /** * @brief 子命令: GO - 跳转到Linux内核 * * 实际跳转到Linux内核入口点执行 * * @param images bootm镜像头信息 * @param flag 启动标志位 * * 设计模式: 桥接模式 - 连接U-Boot和Linux内核 * 性能分析: * - ARM64和ARM32有不同实现路径 * - 环境变量解析有额外开销 * - 内核跳转是单次操作，但准备阶段可能耗时 */ static void boot_jump_linux(bootm_headers_t *images, int flag) { #ifdef CONFIG_ARM64 /* ARM64实现 */ /* 定义内核入口函数指针 */ void (*kernel_entry)(void *fdt_addr, void *res0, void *res1, void *res2); /* 检查是否为模拟运行 */ int fake = (flag & BOOTM_STATE_OS_FAKE_GO); ​ /* 将镜像入口点转换为函数指针 */ kernel_entry = (void (*)(void *fdt_addr, void *res0, void *res1, void *res2))images->ep; ​ /* 调试输出：即将跳转到内核 */ debug("## Transferring control to Linux (at address %lx)...\n", (ulong) kernel_entry); /* 标记运行OS阶段 */ bootstage_mark(BOOTSTAGE_ID_RUN_OS); ​ /* 执行启动前清理和通知 */ announce_and_cleanup(fake); ​ /* 如果不是模拟运行，则实际跳转 */ if (!fake) { /* 执行非安全虚拟模式切换 */ do_nonsec_virt_switch(); /* 调用内核入口函数，传递设备树地址 */ kernel_entry(images->ft_addr, NULL, NULL, NULL); } #else /* ARM32实现 */ /* 获取机器ID */ unsigned long machid = gd->bd->bi_arch_number; char *s; /* 环境变量字符串指针 */ /* 定义ARM32内核入口函数指针 */ void (*kernel_entry)(int zero, int arch, uint params); unsigned long r2; /* 参数寄存器2的值 */ int fake = (flag & BOOTM_STATE_OS_FAKE_GO); /* 检查是否为模拟运行 */ ​ /* 将镜像入口点转换为函数指针 */ kernel_entry = (void (*)(int, int, uint))images->ep; ​ /* 从环境变量获取机器ID（如果有的话） */ s = getenv("machid"); if (s) { /* 严格转换字符串为长整型 */ if (strict_strtoul(s, 16, &machid) < 0) { debug("strict_strtoul failed!\n"); return; } /* 打印从环境变量获取的机器ID */ printf("Using machid 0x%lx from environment\n", machid); } ​ /* 调试输出：即将跳转到内核 */ debug("## Transferring control to Linux (at address %08lx)" \ "...\n", (ulong) kernel_entry); /* 标记运行OS阶段 */ bootstage_mark(BOOTSTAGE_ID_RUN_OS); /* 执行启动前清理和通知 */ announce_and_cleanup(fake); ​ /* 确定r2参数的值：设备树地址或ATAGS参数地址 */ if (IMAGE_ENABLE_OF_LIBFDT && images->ft_len) r2 = (unsigned long)images->ft_addr; /* 使用设备树地址 */ else r2 = gd->bd->bi_boot_params; /* 使用ATAGS参数地址 */ ​ /* 如果不是模拟运行，则实际跳转 */ if (!fake) { #ifdef CONFIG_ARMV7_NONSEC /* 如果支持ARMv7非安全模式 */ /* 检查是否以非安全模式启动 */ if (armv7_boot_nonsec()) { /* 初始化非安全模式 */ armv7_init_nonsec(); /* 安全RAM地址执行非安全入口 */ secure_ram_addr(_do_nonsec_entry)(kernel_entry, 0, machid, r2); } else #endif /* 直接调用内核入口函数 */ kernel_entry(0, machid, r2); } #endif } ​ /** * @brief ARM bootm实现的主要入口点 * * 模仿powerpc实现建模 * 不同之处：如果子命令等于0，则在最后调用prep和go * * @param flag 启动标志位 * @param argc 参数个数 * @param argv 参数数组 * @param images bootm镜像头信息 * @return int 执行结果，0成功，-1失败 * * 设计模式: 状态模式 - 根据flag的不同状态执行不同操作 * 性能分析: * - 快速的状态检查（位操作） * - 按需执行prep和go，避免不必要的工作 * - 代码路径清晰，执行效率高 */ int do_bootm_linux(int flag, int argc, char * const argv[], bootm_headers_t *images) { /* ARM上不需要这些状态 */ if (flag & BOOTM_STATE_OS_BD_T || flag & BOOTM_STATE_OS_CMDLINE) return -1; ​ /* 如果是PREP状态，执行准备操作 */ if (flag & BOOTM_STATE_OS_PREP) { boot_prep_linux(images); return 0; } ​ /* 如果是GO或FAKE_GO状态，执行跳转操作 */ if (flag & (BOOTM_STATE_OS_GO | BOOTM_STATE_OS_FAKE_GO)) { boot_jump_linux(images, flag); return 0; } ​ /* 默认情况：先执行准备操作，再执行跳转操作 */ boot_prep_linux(images); boot_jump_linux(images, flag); return 0; } ​ #if defined(CONFIG_BOOTM_VXWORKS) /* VxWorks启动支持 */ ​ /** * @brief 准备VxWorks启动 * * VxWorks启动前的准备工作，主要是设备树处理 * * @param images bootm镜像头信息 * * 设计模式: 适配器模式 - 适配VxWorks启动的特殊需求 */ void boot_prep_vxworks(bootm_headers_t *images) { #if defined(CONFIG_OF_LIBFDT) /* 如果支持设备树 */ int off; /* 设备树节点偏移量 */ ​ /* 如果存在设备树地址 */ if (images->ft_addr) { /* 查找内存节点 */ off = fdt_path_offset(images->ft_addr, "/memory"); if (off < 0) { /* 如果找不到内存节点 */ #ifdef CONFIG_ARCH_FIXUP_FDT /* 如果支持架构特定的设备树修复 */ /* 尝试修复设备树 */ if (arch_fixup_fdt(images->ft_addr)) puts("## WARNING: fixup memory failed!\n"); #endif } } #endif /* Linux启动前清理操作（也适用于VxWorks） */ cleanup_before_linux(); } ​ /** * @brief 跳转到VxWorks * * 实际跳转到VxWorks入口点 * * @param images bootm镜像头信息 * * 设计模式: 简单工厂模式 - 创建并执行VxWorks启动 */ void boot_jump_vxworks(bootm_headers_t *images) { /* * ARM VxWorks要求传递设备树物理地址 * 将镜像入口点转换为函数指针并调用，传递设备树地址 */ ((void (*)(void *))images->ep)(images->ft_addr); } #endif

设计模式综合分析

1.建造者模式 (Builder Pattern)

• 应用场景:setup_*_tag系列函数

• 分析: 这些函数逐步构建ATAG参数列表，类似于建造者模式中逐步构建复杂对象的过程

2.模板方法模式 (Template Method Pattern)

• 应用场景:announce_and_cleanup()函数

• 分析: 定义了启动前准备的标准流程，具体步骤可以通过条件编译定制

3.策略模式 (Strategy Pattern)

• 应用场景: FDT vs ATAGS 选择，安全 vs 非安全启动选择

• 分析: 根据配置和环境变量选择不同的启动策略

4.状态模式 (State Pattern)

• 应用场景:do_bootm_linux()函数中的flag处理

• 分析: 根据不同的状态标志执行不同的操作序列

5.钩子模式 (Hook Pattern)

• 应用场景:__weak函数定义

• 分析: 提供默认实现，允许板级代码覆盖特定功能

性能分析总结

1.优点

• 条件编译优化: 通过宏定义移除未使用代码路径

• 内存访问优化: 直接操作内存，减少中间拷贝

• 流程控制优化: 清晰的状态检查，避免不必要的操作

2.潜在瓶颈

• 字符串操作:strlen(),strcpy(),strcat()在长命令行时可能成为瓶颈

• 环境变量访问:getenv()可能涉及字符串查找，建议缓存结果

• 设备树处理: FDT路径可能涉及较复杂的树遍历操作

3.建议优化

1. 缓存环境变量查询结果

2. 预计算字符串长度避免重复计算

3. 对于频繁使用的标签操作，可以考虑批处理

4. 设备树操作可以延迟到真正需要时执行

这个实现展示了U-Boot启动Linux内核的完整流程，平衡了灵活性和性能，为不同硬件平台提供了良好的支持基础。

第二部分 修改分析

主要修改点分析

1.版权信息修改

/* * Copyright (C) 2011 * * - 添加了prep子命令支持 * - 重新组织源代码 - 基于powerpc版本建模 */

修改原因：

• 记录了Corscience公司的贡献

• 明确说明了两项主要修改：prep子命令支持和代码重构

• 基于PowerPC版本进行重构，利用了PowerPC架构上成熟的bootm实现

2.源代码重新组织

原始文件通常是arch/arm/lib/bootm.c，而这个版本明显进行了重构。

修改内容：

• 将启动流程清晰地分为boot_prep_linux()和boot_jump_linux()两个主要函数

• 增加了do_bootm_linux()作为统一的入口点

• 模仿PowerPC的实现方式，使ARM和PowerPC的bootm实现保持一致性

修改原因：

1. 代码复用：PowerPC的bootm实现相对成熟，借鉴其设计可以提高代码质量

2. 维护性：统一的代码结构便于跨架构维护

3. 清晰度：分离"准备"和"跳转"两个阶段，逻辑更清晰

3.添加prep子命令支持

/* 如果是PREP状态，执行准备操作 */ if (flag & BOOTM_STATE_OS_PREP) { boot_prep_linux(images); return 0; }

修改原因：

1. 调试需求：允许单独执行启动准备阶段，便于调试

2. 模块化：将复杂的启动过程分解为可独立测试的模块

3. 灵活性：支持如bootm prep这样的命令，可以只准备不跳转

4.VxWorks启动支持

#if defined(CONFIG_BOOTM_VXWORKS) void boot_prep_vxworks(bootm_headers_t *images) void boot_jump_vxworks(bootm_headers_t *images) #endif

修改原因：

1. 多OS支持：原始U-Boot主要支持Linux，这个版本增加了VxWorks RTOS支持

2. 工业应用：VxWorks在工业控制领域广泛使用

3. 统一接口：通过相同的bootm框架支持不同操作系统

5.ARMv7非安全模式支持

#ifdef CONFIG_ARMV7_NONSEC bool armv7_boot_nonsec(void) #endif

修改原因：

1. 安全扩展：支持ARM TrustZone技术

2. 虚拟化：为虚拟化环境提供支持

3. 现代ARM特性：适应新一代ARM处理器的安全需求

6.ARM64架构支持

#ifdef CONFIG_ARM64 static void do_nonsec_virt_switch(void) #endif

修改原因：

1. 架构演进：支持64位ARM架构

2. 异常级别：ARM64使用不同的异常级别模型（EL1/EL2/EL3）

3. 兼容性：需要为ARM64提供特定的启动切换代码

7.改进的ATAG处理

/* 根据starttype添加相应的启动类型参数 */ if(starttype == 0) s = " starttype=main"; /* 主启动类型 */ else s = " starttype=backup"; /* 备份启动类型 */

修改原因：

1. 冗余启动：支持主/备份双系统启动

2. 可靠性：在主系统损坏时可以切换到备份系统

3. 工业标准：符合工业控制系统的高可靠性要求

8.内存布局优化

/* 为安全起见，将sp向下调整4KB */ sp -= 4096;

修改原因：

1. 安全边界：为堆栈保留额外的安全空间

2. 防止溢出：避免内核启动时堆栈溢出

3. 对齐要求：确保内存边界对齐

9.增强的调试支持

debug("## Current stack ends at 0x%08lx ", sp); bootstage_mark_name(BOOTSTAGE_ID_BOOTM_HANDOFF, "start_kernel"); #ifdef CONFIG_BOOTSTAGE_REPORT bootstage_report(); #endif

修改原因：

1. 调试信息：提供更详细的启动过程信息

2. 性能分析：bootstage支持启动性能分析

3. 问题诊断：便于定位启动过程中的问题

10.灵活的启动模式选择

#ifdef CONFIG_ARMV7_NONSEC bool armv7_boot_nonsec(void) { char *s = getenv("bootm_boot_mode"); bool nonsec = armv7_boot_nonsec_default(); if (s && !strcmp(s, "sec")) nonsec = false; if (s && !strcmp(s, "nonsec")) nonsec = true; return nonsec; } #endif

修改原因：

1. 运行时配置：可以通过环境变量动态选择启动模式

2. 灵活性：不需要重新编译即可切换启动模式

3. 测试便利：便于测试不同的安全配置

设计理念的变化

1.从单片代码到模块化设计

• 原始：所有启动代码在一个大函数中

• 修改后：分解为多个职责清晰的函数

2.从ARM特定到跨架构统一

• 原始：ARM特有的实现方式

• 修改后：借鉴PowerPC的设计，向跨架构统一迈进

3.从单一OS到多OS支持

• 原始：主要支持Linux

• 修改后：支持Linux、VxWorks等多个操作系统

4.从固定配置到灵活配置

• 原始：编译时确定的配置

• 修改后：支持运行时通过环境变量配置

具体使用场景分析

这些修改特别适合以下场景：

1.工业控制系统

• VxWorks支持

• 冗余启动（主/备份）

• 高可靠性要求

2.安全敏感应用

• ARM TrustZone支持

• 安全/非安全模式选择

• 内存保护增强

3.虚拟化环境

• ARM64支持

• 异常级别切换

• 多OS共存

4.调试和开发

• 详细的调试输出

• bootstage性能分析

• 独立的prep子命令

潜在问题与考量

1.兼容性问题

• 修改可能破坏与原始U-Boot的兼容性

• 需要确保所有板级代码适配新的接口

2.代码复杂度增加

• 更多的条件编译分支

• 更复杂的函数调用链

• 需要更多的测试用例

3.性能影响

• 额外的函数调用开销

• 环境变量查找开销

• 更多的调试代码可能影响性能

总结

这个修改版本的U-Boot启动代码主要体现了以下几个设计思想：

1. 模块化：将复杂功能分解为独立的模块

2. 可配置性：提供多种配置选项和运行时选择

3. 可扩展性：易于添加对新架构和OS的支持

4. 可调试性：丰富的调试信息和性能分析工具

5. 可靠性：增强的错误处理和冗余机制

这些修改使得U-Boot更加适合现代嵌入式系统，特别是那些需要高可靠性、安全性和灵活性的工业应用场景。不过，这些改进也带来了一定的复杂性和维护成本，需要在具体项目中权衡利弊。