uBoot 與 Linux 核心關鍵位址參數對照表與啟動流程解析

嵌入式 Linux 移植中，uBoot 傳遞給核心的位址參數（載入位址、執行位址、虛擬位址等）最易搞混。本文整理 Makefile 定義、mkimage 參數、uBoot do_bootm 流程，建立完整位址映射心智模型。

核心 Makefile 關鍵定義

uImage 封裝與參數對應

mkimage -A arm -O linux -C gzip \
  -a 0x20008000 -e 0x20008000 \
  -d linux.bin.gz uImage

• -a (Load Address) = ZRELADDR = 0x20008000：核心解壓後存放實體位址。
• -e (Entry Point) = 0x20008000：核心啟動入口（通常等於 Load Address）。

uBoot do_bootm 核心流程

1. 驗證 uImage 頭部：檢查 ih_magic、ih_hcrc、ih_dcrc。
2. 解壓核心：

   gunzip((void *)ntohl(hdr->ih_load), 0x400000, data, (int *)&len);
   // ih_load = 0x20008000 (輸出位址)
   // 0x400000 = 最大解壓 4MB
   // data = 0x21000000 + sizeof(image_header_t) (輸入位址，uImage 存放處)
   

3. 傳遞啟動參數（ARM EABI 約定，r3~r7）：

   kernel = (void (*)(bd_t *, ulong, ulong, ulong, ulong))hdr->ih_ep;
   // r3: board info (bd_t *)
   // r4: initrd_start (0 if none)
   // r5: initrd_end
   // r6: cmdline start
   // r7: cmdline end
   (*kernel)(kbd, initrd_start, initrd_end, cmd_start, cmd_end);
   

4. 跳轉執行：PC = ih_ep = 0x20008000，核心在實體位址 0x20008000 開始運行，MMU 開啟後映射至虛擬位址 0xC0008000。

位址關係圖解

實體記憶體佈局 (例：256MB RAM @ 0x20000000)
+---------------------------+ 0x30000000
| uBoot                     |
+---------------------------+ 0x21000000 ← uImage 存放位置
| uImage (含頭部)           |
+---------------------------+ 0x20008000 ← ZRELADDR / Load Address / Entry Point
| 解壓後核心映像            |     (核心實際運行實體位址)
| ...                       |
+---------------------------+ 0x20400000 (約 4MB 限制)
| 可用 RAM                  |
+---------------------------+

虛擬位址映射 (核心啟動 MMU 後)
0xC0008000 (TEXTADDR)  ←→  0x20008000 (ZRELADDR)

常見坑點與檢查清單

• ❌ ZRELADDR 與 TEXTADDR 物理/虛擬對應錯誤 → 核心啟動即崩潰或無輸出。
• ❌ mkimage -a/-e 與 ZRELADDR 不一致 → uBoot 解壓到錯誤位址。
• ❌ ZTEXTADDR != 0 但未提供正確自解壓程式 → 解壓失敗掛起。
• ✅ 檢查 arch/arm/mach-xxx/include/mach/memory.h 中 PHYS_OFFSET 是否為 0x20000000。
• ✅ 串口輸出 Uncompressing Linux... done, booting the kernel. 確認解壓成功。

掌握這組位址鏈（uImage 存放 → 解壓目標 → 核心連結虛擬位址 → MMU 映射），移植新板卡時才能精準配置 uBoot 環境變數與核心配置。