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Linux系统移植⑨：uboot启动流程详解-bootz启动Linux过程

bootz 是 U-Boot 中用于启动 Linux 内核的命令，专为处理 zImage（压缩内核映像） 设计。

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启动 Linux 的完整过程：

1. 加载内核与相关文件

U-Boot 先将以下文件加载到内存指定地址：

• zImage：压缩的 Linux 内核映像（位于内存地址 KERNEL_ADDR）。
• 设备树二进制文件（DTB）：硬件描述文件（位于 FDT_ADDR）。
• initramfs（可选）：初始内存文件系统（位于 INITRD_ADDR）。

2. 执行 bootz 命令

bootz [内核地址] [initramfs地址]:[大小] [设备树地址]

• 启动命令：

  bootz ${KERNEL_ADDR} ${INITRD_ADDR}:${INITRD_SIZE} ${FDT_ADDR}

  若无需 initramfs：
  bootz ${KERNEL_ADDR} - ${FDT_ADDR}

3. zImage 自解压

• U-Boot 跳转到 KERNEL_ADDR，执行 zImage 头部的小型解压程序。
• 解压程序将内核解压到预设的 物理内存地址（如 ARM 架构通常为 0x8000）。

4. 传递启动参数

U-Boot 通过寄存器/设备树传递关键参数：

架构	寄存器	参数说明
ARM	r0	0（保留）
	r1	机器 ID（旧）或 0xFFFFFFFF（新）
	r2	设备树地址（FDT_ADDR）
RISC-V	a0	设备树地址
	a1	0（保留）

设备树（DTB） 包含 CPU、内存、外设等硬件信息，内核据此初始化硬件。

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5. 内核初始化

Linux 内核接管后执行：

1. 硬件初始化：基于 DTB 设置 CPU、内存控制器、时钟等。
2. 驱动加载：识别并初始化存储、网络等设备驱动。
3. 挂载根文件系统：
   • 若有 initramfs，将其作为临时根文件系统。
   • 否则直接挂载 root= 参数指定的文件系统（如 /dev/mmcblk0p2）。

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6. 用户空间启动

1. 内核启动第一个用户进程 /init（位于 initramfs 或根文件系统）。
2. init 进程加载系统服务（如 systemd 或 SysVinit）。
3. 最终进入登录界面或指定应用。

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关键依赖

• zImage 格式：必须为 gzip 压缩的 Image 文件（非 uImage）。
• 设备树支持：现代内核强制要求 DTB（无 DTB 的内核无法启动）。
• 地址对齐：内核/DTB 的加载地址需符合 CPU 架构要求（如 ARM 需 4KB 对齐）。

do_bootz源码如下：

其内部主要函数调用关系如下：

do_bootz
-> bootz_start
-> do_bootm_states 阶段为BOOTM_STATE_START
-> bootm_start 对images全局变量清零，
-> images->ep = 0X80800000
->bootz_setup 判断zImage是否正确
-> bootm_find_images
-> boot_get_fdt 找到设备树，然后将设备树起始地址和长度，写入到images的ft_addr和ft_len成员变量中。
-> bootm_disable_interrupts 关闭中断相关
-> images.os.os = IH_OS_LINUX; 表示要启动Linux系统
-> do_bootm_states 状态BOOTM_STATE_OS_PREP 、BOOTM_STATE_OS_FAKE_GO 、BOOTM_STATE_OS_GO,
-> bootm_os_get_boot_func 查找Linux内核启动函数。找到Linux内核启动函数do_bootm_linux，赋值给boot_fn。
-> boot_fn(BOOTM_STATE_OS_PREP, argc, argv, images); 就是do_bootm_linux。
-> boot_prep_linux 启动之前的一些工作，对于使用设备树来说，他会将Bootargs传递给Linux内核，通过设备树完成。也就是向Linux内核传参。
-> boot_selected_os BOOTM_STATE_OS_GO, do_bootm_linux
-> do_bootm_linux，BOOTM_STATE_OS_GO
-> boot_jump_linux
-> machid= gd->bd->bi_arch_number;
-> void (kernel_entry)(int zero, int arch, uint params);
-> kernel_entry = (void ()(int, int, uint))images->ep; 0X80800000。
-> announce_and_cleanup 输出Starting kernel……
-> kernel_entry(0, machid, r2); 启动Linux内核。 Uboot的最终使命，启动Linux内核。