uboot对环境变量和命令行的分析

在了解了uboot的启动流程（uboot启动流程分析）之后，我们详细得来看uboot的环境变量在内存的组织方式和命令行是如何被执行的。

我们知道在uboot的命令行输入pri命令可以打印出uboot的环境变量信息，这些环境变量是如何存储的？已及是怎么设置的？在内存中的组织方式是怎么样的？

是我们这篇要研究明白的。

在uboot 第一次烧入进开发板时，初始那些默认的环境变量是整合进uboot 程序里面的（存放在default_environment变量中）。

我们在命令行使用save命令后，会将环境变量保存进我们划定环境变量的存储区，这个存储区位于Flash中。（可以指定为Nor Flash或者是Nand Flash）

以s3c2440芯片的uboot为例，我们在配置文件中指定了内存区域的划分：

MTDPARTS_DEFAULT这个宏就指定了我们要划分的区域，我们在烧写uboot的使用就是按照这个划分进行烧写的。

实际上MTDPARTS_DEFAULT并没有真正指定区域的划分，只是定义了每个区域的名称，方便我们进行操作。而这里的划分，和我们用于实际划分Flash的宏定义是一样的，为了方便说明，我们直接用mtdparts来代替实际的各种宏定义。

Flash中紧接着在uboot区域后面的128K的存储空间被我们拿来存储环境变量。
如下图就是我们的jz2440开发板上的Nand Flash存储空间划分：

上面我们了解到了环境变量存储的位置。在uboot中通过一个env_t类型来管理环境变量的在内存的表示（由env_t这个数据结构来管理全部的环境变量所占的存储空间）。该类型定义如下：

typedef struct environment_s {
	uint32_t	crc;		
#ifdef CONFIG_SYS_REDUNDAND_ENVIRONMENT
	unsigned char	flags;		
#endif
	unsigned char	data[ENV_SIZE]; 
} env_t;
#ifdef ENV_IS_EMBEDDED
extern env_t environment;
#endif 

• crc 和flags 组成ENV_HEADER，环境变量的头部信息；
• 而余下的环境变量信息全部存储在data空间中；

环境变量的存储空间由两部分组成头部（CRC、flags）和负载（data）。负载包含了所有环境变量数据，而头部由CRC校验码和一个flags参数组成。这两个部分会一起被写入到Flash中。
在env_init()函数中会将默认的环境变量（default_environment）的data存储在全局变量gd中：

env_t *env_ptr = &environment;
...
gd->env_addr = (ulong)env_ptr->data;
...

在我们调用save命令时，会使用相关的write函数将环境变量写到Flash中：

int saveenv(void)
{
	...
	puts("Erasing Nand...n");
	if (nand_erase_opts(&nand_info[0], &nand_erase_options))
		return 1;
	puts("Writing to Nand... ");
	if (writeenv(CONFIG_ENV_OFFSET, (u_char *)&env_new)) {
		puts("FAILED!n");
		return 1;
	}
	...
}

如上面对Nand Flash的操作中，先调用nand_erase_opts擦除一个block，然后再调用writeenv将环境变量写入到这个block中。这也就是为什么我们的环境变量存储区刚好为128K，其正好是我们使用的Nand Flash芯片的block大小。不同的芯片，其block的大小不同，环境变量的区域也不一定相同。

或者在uboot刚烧录进开发板时，这时候一般情况我们的Flash中还没有写入环境变量的相关信息。这时就需要使用默认的环境变量，也就是default_environment，这个变量定义在uboot内部，位于uboot的数据段中：

gd->env_addr	= (ulong)&default_environment[0];
gd->env_valid	= 1;

default_environment的定义如下方，在编译时期会根据宏开关，对default_environment数组进行填充：

const uchar default_environment[] = {
#ifdef	CONFIG_BOOTARGS
	"bootargs="	CONFIG_BOOTARGS			""
#endif
#ifdef	CONFIG_BOOTCOMMAND
	"bootcmd="	CONFIG_BOOTCOMMAND		""
#endif
#ifdef	CONFIG_RAMBOOTCOMMAND
	"ramboot="	CONFIG_RAMBOOTCOMMAND		""
#endif
#ifdef	CONFIG_NFSBOOTCOMMAND
	"nfsboot="	CONFIG_NFSBOOTCOMMAND		""
#endif
#if defined(CONFIG_BOOTDELAY) && (CONFIG_BOOTDELAY >= 0)
	"bootdelay="	MK_STR(CONFIG_BOOTDELAY)	""
#endif
#if defined(CONFIG_BAUDRATE) && (CONFIG_BAUDRATE >= 0)
	"baudrate="	MK_STR(CONFIG_BAUDRATE)		""
#endif
#ifdef	CONFIG_LOADS_ECHO
	"loads_echo="	MK_STR(CONFIG_LOADS_ECHO)	""
#endif
#ifdef	CONFIG_ETHADDR
	"ethaddr="	MK_STR(CONFIG_ETHADDR)		""
#endif
#ifdef	CONFIG_ETH1ADDR
	"eth1addr="	MK_STR(CONFIG_ETH1ADDR)		""
#endif
#ifdef	CONFIG_ETH2ADDR
	"eth2addr="	MK_STR(CONFIG_ETH2ADDR)		""
#endif
#ifdef	CONFIG_ETH3ADDR
	"eth3addr="	MK_STR(CONFIG_ETH3ADDR)		""
#endif
#ifdef	CONFIG_ETH4ADDR
	"eth4addr="	MK_STR(CONFIG_ETH4ADDR)		""
#endif
#ifdef	CONFIG_ETH5ADDR
	"eth5addr="	MK_STR(CONFIG_ETH5ADDR)		""
#endif
#ifdef	CONFIG_IPADDR
	"ipaddr="	MK_STR(CONFIG_IPADDR)		""
#endif
#ifdef	CONFIG_SERVERIP
	"serverip="	MK_STR(CONFIG_SERVERIP)		""
#endif
#ifdef	CONFIG_SYS_AUTOLOAD
	"autoload="	CONFIG_SYS_AUTOLOAD		""
#endif
#ifdef	CONFIG_PREBOOT
	"preboot="	CONFIG_PREBOOT			""
#endif
#ifdef	CONFIG_ROOTPATH
	"rootpath="	CONFIG_ROOTPATH			""
#endif
#ifdef	CONFIG_GATEWAYIP
	"gatewayip="	MK_STR(CONFIG_GATEWAYIP)	""
#endif
#ifdef	CONFIG_NETMASK
	"netmask="	MK_STR(CONFIG_NETMASK)		""
#endif
#ifdef	CONFIG_HOSTNAME
	"hostname="	MK_STR(CONFIG_HOSTNAME)		""
#endif
#ifdef	CONFIG_BOOTFILE
	"bootfile="	CONFIG_BOOTFILE			""
#endif
#ifdef	CONFIG_LOADADDR
	"loadaddr="	MK_STR(CONFIG_LOADADDR)		""
#endif
#ifdef	CONFIG_CLOCKS_IN_MHZ
	"clocks_in_mhz=1"
#endif
#if defined(CONFIG_PCI_BOOTDELAY) && (CONFIG_PCI_BOOTDELAY > 0)
	"pcidelay="	MK_STR(CONFIG_PCI_BOOTDELAY)	""
#endif
#ifdef	CONFIG_EXTRA_ENV_SETTINGS
	CONFIG_EXTRA_ENV_SETTINGS
#endif
	""
};

其设置的流程图如下：

环境变量的设置分为两个阶段进行设置，在第一阶段也就是board_init_f阶段，会调用env_init()函数对环境变量进行初始化设置。这个阶段只能完成存储在Nor Flash的环境变量的读取操作。而Nand Flash的环境变量，由于此时Nand Flash还没有初始化（一般在第二阶段进行Nand Flash的初始化），因此读不出存储于Flash中的环境变量。

在uboot启动流程的第二阶段，也就是在board_init_r函数内，会调用env_relocate()函数，对Nand Flash该函数才真正完成了初始化的工作。env_relocate会调用himport_r函数将gd->env_addr也就是env_t中的data 填充到env_htab这个环境变量的哈希表中。

env_htab：是uboot用于存储环境变量的一张表格，其定义如下：

struct hsearch_data {
	struct _ENTRY *table;	
	unsigned int size;		
	unsigned int filled;	
};

typedef struct _ENTRY {
	int used;
	ENTRY entry;
} _ENTRY;

typedef struct entry {
	const char *key;		
	char *data;	
} ENTRY;

对于env_htab设置的思想如下：

1. 首先会尝试从Flash（存储区）里读取出环境变量的信息（env_t），根据CRC校验，如果校验成功就会用存储区中的env_t设置env_htab；
2. 如果校验失败就会使用uboot里面自带的default_environment来设置env_htab；

这么做很巧妙，如果我们第一次将uboot 烧录到开发板，那么正常情况下Flash中的校验码是不正确的，这时就会使用默认的default_environment设置我们的uboot环境变量。而当后面我们调用save将环境写入到Flash后，下次重启开发板时，重新读取Flash，这时CRC 校验就会是正确的，那么就会使用保存在Flash的env_t。
而我们后续对环境变量的修改都会被写入到Flash中，这样就实现了动态修改环境变量的功能。

在board.c 的第二阶段（board_init_r函数）最后会调用main_loop() 进入一个主循环。

这个主循环主要的工作有下面两点：

1. 进入引导程序的倒计时，若在倒计时内没有按下任何键，则会自动引导启动内核；
2. 如果按下了按键，则会进入uboot界面，输出命令行提示符，等待用户输入命令，然后根据命令进行一些列操作；

详细的流程如上图所示，main_loop()会调用abortboot()函数，在abortboot()中实现倒计时的功能，若在倒计时期间，有按键按下：

• 有按键按下，函数返回值为“1”，这时就会进入左边的分支。调用readline()等待用户输入，用户输入的命令会被run_command()函数进行解析，然后调用相应的接口进行执行。
• 无按键按下，函数返回值为“0”，这时就会进入右边的分支。调用getenv(“bootm”)，获取启动内核的相关含操作，然后调用run_command运行bootm命令，由bootm启动内核；

如上图所示，在配置文件中我们定义了bootm的启动命令，宏CONFIG_BOOTCOMMAND；其中CONFIG_BOOTARGS 是传递给内核的参数，ttySAC0表示，使用的输出串口，root=/dev/mtdblock3 表示根文件系统所在的块。