1、框架
MTK 平台的启动过程经过四个模块,分别是BootRom,Preloader,LK,Kernel.
2 、bootloader到kernel启动总逻辑流程图

Boot ROM的主要功能流程如下:
1)设备上电起来后,跳转到Boot ROM,Boot ROM从Reset Vector 开始执行ARM 核。
2)内部SRAM 中初始化栈
3)初始化nand flash 或 emmc
4)把pre-loader加载起到ISRAM
5)跳到pre-loader
4、Preloader
4.1 Preloader主要功能
1)复位寄存器、堆栈的SP,禁止中断IRQ,建立起C运行环境
2)初始化Timer、Clock、UART、DDR等关键硬件
3)对代码进行鉴权
4)pre-loader初始化好DRAM后就将lk从flash(nand/emmc)中加载到DRAM中运行
PreLoader entry位于 mediatek /platform/MTXXXX//Preloader/src/init/init.s
源码流程如下:
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./bootloader/preloader/platform/mt6580/src/init/init.s
.section .text.start
...
.globl _start
...
/* set the cpu to SVC32 mode */
MRS r0,cpsr
BIC r0,r0,#0x1f
ORR r0,r0,#0xd3
MSR cpsr,r0
/* disable interrupt */
MRS r0, cpsr
MOV r1, #INT_BIT
ORR r0, r0, r1
MSR cpsr_cxsf, r0
...
setup_stk :
/* setup stack */
LDR r0, stack
LDR r1, stacksz
...
entry :
LDR r0, =bldr_args_addr
/* 跳转到C代码 main 入口 */
B main
4.3 Preloader- main
alps/mediatek /platform/$MTXXXX//Preloader/
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void main(u32 *arg)
{
struct bldr_command_handler handler;
u32 jump_addr, jump_arg;
/* get the bldr argument */
bldr_param = (bl_param_t *)*arg;
// 初始化uart
mtk_uart_init(UART_SRC_CLK_FRQ, CFG_LOG_BAUDRATE);
// 这里干了很多事情,包括各种的平台硬件(timer,pmic,gpio,wdt...)初始化工作.
bldr_pre_process();
handler.priv = NULL;
handler.attr = 0;
handler.cb = bldr_cmd_handler;
// 这里是获取启动模式等信息保存到全局变量g_boot_mode和g_meta_com_type 中.
BOOTING_TIME_PROFILING_LOG("before bldr_handshake");
bldr_handshake(&handler);
BOOTING_TIME_PROFILING_LOG("bldr_handshake");
// 下面跟 secro img 相关,跟平台设计强相关.
/* security check */
sec_lib_read_secro();
sec_boot_check();
device_APC_dom_setup();
BOOTING_TIME_PROFILING_LOG("sec_boot_check");
/* 如果已经实现EL3,那么进行tz预初始化 */
#if CFG_ATF_SUPPORT
trustzone_pre_init();
#endif
/* bldr_load_images
此函数要做的事情就是把lk从ROM中指定位置load到DRAM中,开机log中可以看到具体信息:
[PART] load "lk" from 0x0000000001CC0200 (dev) to 0x81E00000 (mem) [SUCCESS]
这里准备好了jump到DRAM的具体地址,下面详细分析.
*/
if (0 != bldr_load_images(&jump_addr)) {
print("%s Second Bootloader Load Failedn", MOD);
goto error;
}
/*
该函数的实现体是platform_post_init,这里要干的事情其实比较简单,就是通过
hw_check_battery去判断当前系统是否存在电池(判断是否有电池ntc脚来区分),
如果不存在就陷入while(1)卡住了,所以在es阶段调试有时候
需要接电源调试的,就需要改这里面的逻辑才可正常开机
*/
bldr_post_process();
// atf 正式初始化,使用特有的系统调用方式实现.
#if CFG_ATF_SUPPORT
trustzone_post_init();
#endif
/* 跳转传入lk的参数,包括boot time/mode/reason 等,这些参数在
platform_set_boot_args 函数获取。
*/
jump_arg = (u32)&(g_dram_buf->boottag);
/* 执行jump系统调用,从 pre-loader 跳转到 lk执行,
5、lk
5.1 lk主要功能
1)从Preloader 获取参数
2)MMU cache 使能
3)外设初始化
4)设置boot 模式
5)加载kernel
6) 跳转到kernel
5.2 lk-reset

lk执行入口:
位于.text.boot 这个section(段),具体定义位置为:
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./lk/arch/arm/system-onesegment.ld:10: .text.boot : { *(.text.boot) }
./lk/arch/arm/system-twosegment.ld:10: .text.boot : { *(.text.boot) }
该段的代码执行入口是crt0.S文件,位置为:
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./lk/arch/arm/crt0.S
crt0.S 中会经过一系列的初始化准备操作,最终跳转到C代码入口kmain函数开始执行,这个是 我们需要重点分析关注的,kmain的位置:
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./lk/kernel/main.c
5.3 lk-main
5.4代码分析
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1、crt0.S
.section ".text.boot"
...
.Lstack_setup:
/* ==set up the stack for irq, fi==q, abort, undefined, system/user, and lastly supervisor mode */
mrs r0, cpsr
bic r0, r0, #0x1f
ldr r2, =abort_stack_top
orr r1, r0, #0x12 // irq
msr cpsr_c, r1
ldr r13, =irq_save_spot /* save a pointer to a temporary dumping spot used during irq delivery */
orr r1, r0, #0x11 // fiq
msr cpsr_c, r1
mov sp, r2
orr r1, r0, #0x17 // abort
msr cpsr_c, r1
mov sp, r2
orr r1, r0, #0x1b // undefined
msr cpsr_c, r1
mov sp, r2
orr r1, r0, #0x1f // system
msr cpsr_c, r1
mov sp, r2
orr r1, r0, #0x13 // supervisor
msr cpsr_c, r1
mov sp, r2
...
bl kmain
crt0.S 小结:
这里主要干的事情就是建立fiq/irq/abort等各种模式的stack,初始化向量表,然后切换到管理模式(pre-loader运行在EL3, lk运行在EL1),最后跳转到C代码入口 kmain 执行.
2、kmain :
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void kmain(void)
{
boot_time = get_timer(0);
/* 早期初始化线程池的上下文,包括运行队列、线程链表的建立等,
lk架构支持多线程,但是此阶段只有一个cpu处于online,所以也只有一条代码执行路径.
*/
thread_init_early();
/* 架构初始化,包括DRAM,MMU初始化使能,使能协处理器,
preloader运行在ISRAM,属于物理地址,而lk运行在DRAM,可以选择开启MMU或者关闭,开启MMU可以加速lk的加载过程.
*/
arch_early_init();
/*
平台硬件早期初始化,包括irq、timer,wdt,uart,led,pmic,i2c,gpio等,
初始化平台硬件,建立lk基本运行环境。
*/
platform_early_init();
boot_time = get_timer(0);
// 这个是保留的空函数.
target_early_init();
dprintf(CRITICAL, "welcome to lknn");
/*
执行定义在system-onesegment.ld 描述段中的构造函数,不太清楚具体机制:
__ctor_list = .;
.ctors : { *(.ctors) }
__ctor_end = .;
*/
call_constructors();
//内核堆链表上下文初始化等.
heap_init();
// 线程池初始化,前提是PLATFORM_HAS_DYNAMIC_TIMER需要支持.
thread_init();
// dpc系统是什么?据说是一个类似work_queue的东东,dpc的简称是什么就不清楚了.
dpc_init();
// 初始化内核定时器
timer_init();
// 创建系统初始化工作线程,执行app初始化,lk把业务部分当成一个app.
thread_resume(thread_create("bootstrap2", &bootstrap2, NULL, DEFAULT_PRIORITY, DEFAULT_STACK_SIZE));
// 使能中断.
exit_critical_section();
// become the idle thread
thread_become_idle();
}
kmain 小结:
。初始化线程池,建立线程管理链表、运行队列等;
。初始化各种平台硬件,包括irq、timer,wdt,uart,led,pmic,i2c,gpio等,建立lk基本运行环境;
。初始化内核heap、内核timer等;
。创建系统初始化主线程,进入bootstrap2执行,使能中断,当前线程进入idle;
3、bootstrap2 分析:
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static int bootstrap2(void *arg)
{
...
/*
平台相关初始化,包括nand/emmc,LCM显示驱动,启动模式选择,加载logo资源,
具体代码流程如下时序图.
*/
platform_init();
...
/*
app初始化,跳转到mt_boot_init入口开始执行,对应的 ".apps" 这个section.
*/
apps_init();
return 0;
}
这里的 apps_init 跳转机制还有点特别:
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extern const struct app_descriptor __apps_start;
extern const struct app_descriptor __apps_end;
void apps_init(void)
{
const struct app_descriptor *app;
/* 这里具体干了什么?如何跳转到mt_boot_init入口?有点不知所云
依次遍历 从__apps_start 到__apps_end 又是什么东东?
*/
for (app = &__apps_start; app != &__apps_end; app++) {
if (app->init)
app->init(app);
}
...
}
这个__apps_start 跟 __apps_end哪里定义的? 是怎么回事呢? 这里就需要了解一点编译链接原理跟memory 布局的东东, 这个实际上是指memory中的一个只读数据段的起始&结束地址区间, 它定义在这个文件中:
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./lk/arch/arm/system-onesegment.ld:47: __apps_start = .;
.rodata : {
...
. = ALIGN(4);
__apps_start = .;
KEEP (*(.apps))
__apps_end = .;
. = ALIGN(4);
__rodata_end = . ;
}
该mem地址区间是[__apps_start, __apps_end],显然区间就是“.apps” 这个section内容了. 那么这个section是在哪里初始化的呢?继续看:
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./lk/app/mt_boot/mt_boot.c:1724:
APP_START(mt_boot)
.init = mt_boot_init,
APP_END
展开APP_START:
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#define APP_START(appname) struct app_descriptor _app_##appname __SECTION(".apps") = { .name = #appname,
#define APP_END };
到这里就很明显了,编译链接系统会将mt_boot_init这个地址记录到".apps"这个section中!所以下面代码要干的事情就很清晰了,执行app->init(app)后就等价于调用了void mt_boot_init(const struct app_descriptor *app) 函数.
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for (app = &__apps_start; app != &__apps_end; app++) {
if (app->init)
app->init(app);
}
bootstrap2 函数小结:
。平台相关初始化,包括nand/emmc,显现相关驱动,启动模式选择,加载logo资源 检测是否DA模式,检测分区中是否有KE信息,如果就KE信息,就从分区load 到DRAM, 点亮背光,显示logo,禁止I/D-cache和MMU,跳转到DA(??),配置二级cache的size 获取bat电压,判断是否低电量是否显示充电logo等,总之此函数干的事情比较多.时序图(platform_init)可以比较清晰直观的描述具体细节
。跳转到到mt_boot_init函数,对应的 ".apps" 这个section,相关机制上面已经详细描述,不再复述.
4、mt_boot_init 分析
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void mt_boot_init(const struct app_descriptor *app)
{
unsigned usb_init = 0;
unsigned sz = 0;
int sec_ret = 0;
char tmp[SN_BUF_LEN+1] = {0};
unsigned ser_len = 0;
u64 key;
u32 chip_code;
char serial_num[SERIALNO_LEN];
/* 获取串号字符串 */
key = get_devinfo_with_index(13);
key = (key << 32) | (unsigned int)get_devinfo_with_index(12);
/* 芯片代码 */
chip_code = board_machtype();
if (key != 0)
get_serial(key, chip_code, serial_num);
else
memcpy(serial_num, DEFAULT_SERIAL_NUM, SN_BUF_LEN);
/* copy serial from serial_num to sn_buf */
memcpy(sn_buf, serial_num, SN_BUF_LEN);
dprintf(CRITICAL,"serial number %sn",serial_num);
/* 从特定分区获取产品sn号,如果获取失败就使用默认值 DEFAULT_SERIAL_NUM */
#ifdef SERIAL_NUM_FROM_BARCODE
ser_len = read_product_info(tmp);
if (ser_len == 0) {
ser_len = strlen(DEFAULT_SERIAL_NUM);
strncpy(tmp, DEFAULT_SERIAL_NUM, ser_len);
}
memset( sn_buf, 0, sizeof(sn_buf));
strncpy( sn_buf, tmp, ser_len);
#endif
sn_buf[SN_BUF_LEN] = '';
surf_udc_device.serialno = sn_buf;
/* mtk平台默认不支持 fastboot */
if (g_boot_mode == FASTBOOT)
goto fastboot;
/* secure boot相关 */
#ifdef MTK_SECURITY_SW_SUPPORT
#if MTK_FORCE_VERIFIED_BOOT_SIG_VFY
g_boot_state = BOOT_STATE_RED;
#else
if (0 != sec_boot_check(0)) {
g_boot_state = BOOT_STATE_RED;
}
#endif
#endif
/* 这里干的事情就比较多了,跟进g_boot_mode选择各种启动模式,例如:
normal、facotry、fastboot、recovery等,然后从ROM中的boot.img分区找到(解压)
ramdisk跟zImage的地址loader到DRAM的特定地址中,kernel最终load到DRAM中的地址
(DRAM_PHY_ADDR + 0x8000) == 0x00008000.
read the data of boot (size = 0x811800)
*/
boot_linux_from_storage();
fastboot:
target_fastboot_init();
if (!usb_init)
/*Hong-Rong: wait for porting*/
udc_init(&surf_udc_device);
mt_part_dump();
sz = target_get_max_flash_size();
fastboot_init(target_get_scratch_address(), sz);
udc_start();
}
mt_boot_init 分析小结:
。获取设备串号字符串、芯片代码、sn号等.
。如果实现了secure boot则进行sec boot的check工作;
。进入 boot_linux_from_storage 函数初始化,该函数很重要,干了很多事情,如下分析.
5、boot_linux_from_storage 分析:
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int boot_linux_from_storage(void)
{
int ret=0;
...
switch (g_boot_mode) {
case NORMAL_BOOT:
case META_BOOT:
case ADVMETA_BOOT:
case SW_REBOOT:
case ALARM_BOOT:
case KERNEL_POWER_OFF_CHARGING_BOOT:
case LOW_POWER_OFF_CHARGING_BOOT:
/* 检查boot分区的头部是否有bootopt标识,如果没有就报错 */
ret = mboot_android_load_bootimg_hdr("boot", CFG_BOOTIMG_LOAD_ADDR);
if (ret < 0) {
msg_header_error("Android Boot Image");
}
/* 64bit & 32bit kimg地址获取不一样*/
if (g_is_64bit_kernel) {
kimg_load_addr = (unsigned int)target_get_scratch_address();
} else {
kimg_load_addr = (g_boot_hdr!=NULL) ? g_boot_hdr->kernel_addr : CFG_BOOTIMG_LOAD_ADDR;
}
/*
从EMMC的boot分区取出bootimage载入到DRAM
dprintf(CRITICAL, " > from - 0x%016llx (skip boot img hdr)n",start_addr);
dprintf(CRITICAL, " > to - 0x%x (starts with kernel img hdr)n",addr);
len = dev->read(dev, start_addr, (uchar*)addr, g_bimg_sz); <<= 系统调用load到DRAM
开机log:
[3380] > from - 0x0000000001d20800 (skip boot img hdr)
[3380] > to - 0x80008000 (starts with kernel img hdr)
*/
ret = mboot_android_load_bootimg("boot", kimg_load_addr);
if (ret < 0) {
msg_img_error("Android Boot Image");
}
dprintf(CRITICAL,"[PROFILE] ------- load boot.img takes %d ms -------- n", (int)get_timer(time_load_bootimg));
break;
case RECOVERY_BOOT:
...
break;
case FACTORY_BOOT:
case ATE_FACTORY_BOOT:
...
break;
...
}
/* 重定位根文件系统(ramdisk)地址 */
memcpy((g_boot_hdr!=NULL) ? (char *)g_boot_hdr->ramdisk_addr : (char *)CFG_RAMDISK_LOAD_ADDR, (char *)(g_rmem_off), g_rimg_sz);
g_rmem_off = (g_boot_hdr!=NULL) ? g_boot_hdr->ramdisk_addr : CFG_RAMDISK_LOAD_ADDR;
...
/* 传入cmdline,设置selinux */
#if SELINUX_STATUS == 1
cmdline_append("androidboot.selinux=disabled");
#elif SELINUX_STATUS == 2
cmdline_append("androidboot.selinux=permissive");
#endif
/* 准备启动linux kernel */
boot_linux((void *)CFG_BOOTIMG_LOAD_ADDR, (unsigned *)CFG_BOOTARGS_ADDR,
(char *)cmdline_get(), board_machtype(), (void *)CFG_RAMDISK_LOAD_ADDR, g_rimg_sz);
while (1) ;
return 0;
}
boot_linux_from_storage 小结:
。跟据g_boot_mode选择各种启动模式,例如: normal、facotry、fastboot、recovery等,然后从EMMC中的boot分区找到(解压) ramdisk跟zImage的地址通过read系统调用load到DRAM址中, kernel最终load到DRAM的地址:(DRAM_PHY_ADDR + 0x8000);
。重定位根文件系统地址;
。跳转到 boot_linux,正式拉起kernel;
6、boot_linux 分析:
boot_linux 实际上跑的是boot_linux_fdt,这个函数有对dtb的加载做出来,期间操作相当复杂,这里只简单关注主流程.
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void boot_linux(void *kernel, unsigned *tags,
char *cmdline, unsigned machtype,
void *ramdisk, unsigned ramdisk_size)
{
...
// 新架构都是走fdt分支.
#ifdef DEVICE_TREE_SUPPORT
boot_linux_fdt((void *)kernel, (unsigned *)tags,
(char *)cmdline, machtype,
(void *)ramdisk, ramdisk_size);
while (1) ;
#endif
...
int boot_linux_fdt(void *kernel, unsigned *tags,
char *cmdline, unsigned machtype,
void *ramdisk, unsigned ramdisk_size)
{
...
void (*entry)(unsigned,unsigned,unsigned*) = kernel;
...
// find dt from kernel img
if (fdt32_to_cpu(*(unsigned int *)dtb_addr) == FDT_MAGIC) {
dtb_size = fdt32_to_cpu(*(unsigned int *)(dtb_addr+0x4));
} else {
dprintf(CRITICAL,"Can't find device tree. Please check your kernel imagen");
while (1) ;
}
...
if (!has_set_p2u) {
/* 控制进入kernel后uart的输出,非eng版本默认是关闭的,如果调试需要就可以改这里为
"printk.disable_uart=0"
*/
#ifdef USER_BUILD
sprintf(cmdline,"%s%s",cmdline," printk.disable_uart=1");
#else
sprintf(cmdline,"%s%s",cmdline," printk.disable_uart=0 ddebug_query="file *mediatek* +p ; file *gpu* =_"");
#endif
...
}
...
// led,irq关闭
platform_uninit();
// 关闭I/D-cache,关闭MMU,今天kernel的条件.
arch_disable_cache(UCACHE);
arch_disable_mmu();
// sec init
extern void platform_sec_post_init(void)__attribute__((weak));
if (platform_sec_post_init) {
platform_sec_post_init();
}
// 如果是正在充电,检测到power key后执行reset.
if (kernel_charging_boot() == 1) {
if (pmic_detect_powerkey()) {
dprintf(CRITICAL,"[%s] PowerKey Pressed in Kernel Charging Mode Before Jumping to Kernel, Reboot Osn", __func__);
mtk_arch_reset(1);
}
}
#endif
...
// 输出关键信息。
dprintf(CRITICAL,"cmdline: %sn", cmdline);
dprintf(CRITICAL,"lk boot time = %d msn", lk_t);
dprintf(CRITICAL,"lk boot mode = %dn", g_boot_mode);
dprintf(CRITICAL,"lk boot reason = %sn", g_boot_reason[boot_reason]);
dprintf(CRITICAL,"lk finished --> jump to linux kernel %snn", g_is_64bit_kernel ? "64Bit" : "32Bit");
// 执行系统调用,跳转到kernel,这里的entry实际上就是前面的kernel在DRAM的入口地址.
if (g_is_64bit_kernel) {
lk_jump64((u32)entry, (u32)tags, 0, KERNEL_64BITS);
} else {
dprintf(CRITICAL,"[mt_boot] boot_linux_fdt entry:0x%08x, machtype:%dn",entry,machtype);
entry(0, machtype, tags);
}
while (1);
return 0;
}
开机log打印信息:
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[4260] cmdline: console=tty0 console=ttyMT0,921600n1 root=/dev/ram vmalloc=496M androidboot.hardware=mt6580 androidboot.verifiedbootstate=green bootopt=64S3,32S1,32S1 printk.disable_uart=1 bootprof.pl_t=1718 bootprof.lk_t=2178 boot_reason=0 androidboot.serialno=0123456789ABCDEF androidboot.bootreason=power_key gpt=1
[4260] lk boot time = 2178 ms
[4260] lk boot mode = 0
[4260] lk boot reason = power_key
[4260] lk finished --> jump to linux kernel 32Bit
[4260] [mt_boot] boot_linux_fdt entry:0x80008000, machtype:6580
boot_linux 小结:
。初始化DTB(device tree block);
。准备各种cmdline参数传入kernel;
。关闭I/D-cache、MMU;
。打印关键信息,正式拉起kernel.
bootloader两个阶段就分析完了!
最后
以上就是温柔紫菜最近收集整理的关于MTK 驱动开发(5)---bootloader1、框架2 、bootloader到kernel启动总逻辑流程图4、Preloader5、lk的全部内容,更多相关MTK内容请搜索靠谱客的其他文章。
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