函数main_loop和u-boot命令执行

一.main_loop函数执行流程和命令解释器
run_main_loop是board_r中函数运行列表init_fnc_t init_sequence_r[]最后一个函数，它又调用了main_loop，且run_main_loop永不返回。

static int run_main_loop(void)
{
    /* main_loop() can return to retry autoboot, if so just run it again */
    for (;;)
        main_loop();
    return 0;
}

main_loop定义在common/main.c中：

void main_loop(void)
{
    const char *s;
    bootstage_mark_name(BOOTSTAGE_ID_MAIN_LOOP, "main_loop");
    modem_init();
#ifdef CONFIG_VERSION_VARIABLE
    setenv("ver", version_string);  /* set version variable */
#endif /* CONFIG_VERSION_VARIABLE */
    cli_init();
    run_preboot_environment_command();
    s = bootdelay_process();
    if (cli_process_fdt(&s))
        cli_secure_boot_cmd(s);
    autoboot_command(s);
    cli_loop();
}

bootstage_mark_name函数调用了show_boot_progress，利用它显示启动进程(progress)，此处为空函数。
setenv设置环境变量ver为version_string，后者在common/cmd_version.c中定义为：

const char __weak version_string[] = U_BOOT_VERSION_STRING;

U_BOOT_VERSION_STRING在version.h中定义为：

#define U_BOOT_VERSION_STRING U_BOOT_VERSION " (" U_BOOT_DATE " - " \
    U_BOOT_TIME " " U_BOOT_TZ ")" CONFIG_IDENT_STRING

其中U_BOOT_VERSION ，U_BOOT_DATE，U_BOOT_TIME，U_BOOT_TZ均由u-boot构建系统自动产生，
它们分别代表u-boot版本号，编译日期和时间，以及时间区。
如果定义了CONFIG_SYS_HUSH_PARSER，那么配置u-boot使用hush shell来作为执行器。hush shell是一种轻量型的shell。
cli_init用来初始化hush shell使用的一些变量。hush shell的实现机制比较复杂，以下的hush shell相关实现代码都不做详尽跟踪分析。
有兴趣的可参见源代码和相关的网络文章。

run_preboot_environment_command函数从环境变量中获取"preboot"的定义，该变量包含了一些预启动命令，
一般环境变量中不包含该项配置。
bootdelay_process从环境变量中取出"bootdelay"和"bootcmd"的配置值，将取出的"bootdelay"配置值转换成整数，
赋值给全局变量stored_bootdelay，最后返回"bootcmd"的配置值。bootdelay为u-boot的启动延时计数值，计数期间内
如无用户按键输入干预，那么将执行"bootcmd"配置中的命令。
由于没有定义CONFIG_OF_CONTROL，函数cli_process_fdt返回false，接下来执行autoboot_command，
该函数在common/autoboot.c中实现：

void autoboot_command(const char *s)
{
    if (stored_bootdelay != -1 && s && !abortboot(stored_bootdelay)) {
        run_command_list(s, -1, 0);
    }

}

全局变量stored_bootdelay在上面已做说明。静态函数abortboot中包含了CONFIG_AUTOBOOT_KEYED宏预处理分支，该宏定义用来使能用户名密码登录，这里它没有定义，而后调用了abortboot_normal，在执行的时间stored_bootdelay(秒)内，如无用户按键输入干预，那么abortboot_normal函数将返回0，否则返回1。 当无用户按键干预时，接下来将调用run_command_list执行上述从环境变量中读取的"bootcmd"配置值。注意该函数的参数s。run_command_list中调用了hush shell的命令解释器(parse_stream_outer函数)，解释bootcmd中的启动命令。环境变量bootcmd中的启动命令，用来设置linux必要的启动环境，然后加载和启动linux内核。u-boot启动linux内核后，将控制权交给linux内核，至此不再返回。
如用户在设定的bootdelay内无按键输入，那么将运行cli_loop执行hush shell命令解释器：

void cli_loop(void)
{

    parse_file_outer();
    /* This point is never reached */
    for (;;);

}

parse_file_outer进行必要的初始化后，也将调用hush shell的命令解释器，即parse_stream_outer函数：

static int parse_stream_outer(structin_str*inp,intflag)
{
    do {
        ...
        ...
        run_list(...);
    } while (rcode != -1 && !(flag & FLAG_EXIT_FROM_LOOP) &&  //#define FLAG_EXIT_FROM_LOOP 1
            (inp->peek != static_peek || b_peek(inp)));
}

上面的do-while会循环命令解析器的"命令输入解析--执行"运行模式。
其中的函数run_list执行如下的函数调用流程：
run_list-->run_list_real-->run_pipe_real
最后在函数run_pipe_real中有：
return cmd_process(...);
函数cmd_process最后完成u-boot命令的定位和执行。
二.u-boot命令执行
命令处理函数均在common/command.c中实现，上述函数cmd_process定义如下：

enum command_ret_t cmd_process(int flag, int argc, char * const argv[],  int *repeatable, ulong *ticks)
{
    enum command_ret_t rc = CMD_RET_SUCCESS;
    cmd_tbl_t *cmdtp;
    /* Look up command in command table */
    cmdtp = find_cmd(argv[0]);
    if (cmdtp == NULL) {
        printf("Unknown command '%s' - try 'help'\n", argv[0]);
        return 1;
    }
    /* found - check max args */
    if (argc > cmdtp->maxargs)
        rc = CMD_RET_USAGE;
    /* If OK so far, then do the command */
    if (!rc) {
        if (ticks)
            *ticks = get_timer(0);
        rc = cmd_call(cmdtp, flag, argc, argv);
        if (ticks)
            *ticks = get_timer(*ticks);
        *repeatable &= cmdtp->repeatable;
    }
    if (rc == CMD_RET_USAGE)
        rc = cmd_usage(cmdtp);
    return rc;
}

u-boot中使用宏U_BOOT_CMD来定义命令，该宏在include/command.h中定义如下：

#define U_BOOT_CMD(_name, _maxargs, _rep, _cmd, _usage, _help)      \
    U_BOOT_CMD_COMPLETE(_name, _maxargs, _rep, _cmd, _usage, _help, NULL)

U_BOOT_CMD是宏U_BOOT_CMD_COMPLETE最后一个参数_comp为NULL的特例，_comp表示变量是否自动完成：

#define U_BOOT_CMD_COMPLETE(_name, _maxargs, _rep, _cmd, _usage, _help, _comp) \
    ll_entry_declare(cmd_tbl_t, _name, cmd) =           \  /*注意这里是cmd而非_cmd*/
        U_BOOT_CMD_MKENT_COMPLETE(_name, _maxargs, _rep, _cmd,  \
                        _usage, _help, _comp);

其中包含的宏U_BOOT_CMD_MKENT_COMPLETE定义为：

#define U_BOOT_CMD_MKENT_COMPLETE(_name, _maxargs, _rep, _cmd,      \
                _usage, _help, _comp)           \
        { #_name, _maxargs, _rep, _cmd, _usage,         \
            _CMD_HELP(_help) _CMD_COMPLETE(_comp) }

上面的_CMD_HELP根据配置可选为使用完整或简短帮助说明。_CMD_COMPLETE则根据配置决定是否使用自动完成函数。U_BOOT_CMD_MKENT_COMPLETE宏其实是组织输入参数，对ll_entry_declare进行数据填充。ll_entry_declare在文件include/linker_lists.h中定义：

#define ll_entry_declare(_type, _name, _list)               \
    _type _u_boot_list_2_##_list##_2_##_name __aligned(4)       \
            __attribute__((unused,              \
            section(".u_boot_list_2_"#_list"_2_"#_name)))

参数_type为cmd_tbl_t，这里定义一个cmd_tbl_t结构体，并把它放在符号段.u_boot_list_2_"#_list"_2_"#_name中，其中的_list和_name根据宏参数进行字符串替换。
下面，我们举例说明上述宏的实现机制。比如有如下的定义：

U_BOOT_CMD(
    env, CONFIG_SYS_MAXARGS, 1, do_env,
    "environment handling commands", env_help_text
);    

即

U_BOOT_CMD_COMPLETE (
    env, CONFIG_SYS_MAXARGS, 1, do_env,
    "environment handling commands", env_help_text,NULL
);

带入宏参及其展开为 ：

U_BOOT_CMD_COMPLETE(env, CONFIG_SYS_MAXARGS , 1, do_env , "environment handling commands" , env_help_text , NULL ) \
    ll_entry_declare(cmd_tbl_t, env , cmd) =           \
        U_BOOT_CMD_MKENT_COMPLETE(env , CONFIG_SYS_MAXARGS , 1, do_env , "environment handling commands" , env_help_text , NULL);

其中的ll_entry_declare带入宏参及其展开为 ：

ll_entry_declare(cmd_tbl_t , env , cmd )            \
    cmd_tbl_t _u_boot_list_2_cmd_2_env __aligned(4)       \
            __attribute__((unused,              \
            section(".u_boot_list_2_cmd_2_env )))

其中的U_BOOT_CMD_MKENT_COMPLETE带入宏参及其展开为:

U_BOOT_CMD_MKENT_COMPLETE(env , CONFIG_SYS_MAXARGS , 1, do_env , _usage, _help, _comp)     \
        { "env", CONFIG_SYS_MAXARGS , 1, do_env , "environment handling commands" , env_help_text ,NULL}

那么上述U_BOOT_CMD_COMPLETE最终展开为：

cmd_tbl_t _u_boot_list_2_cmd_2_env __aligned(4)       \
            __attribute__((unused, section(".u_boot_list_2_cmd_2_env ))) =
{ "env", CONFIG_SYS_MAXARGS , 1, do_env , "environment handling commands" , env_help_text ,NULL}

其中的cmd_tbl_t定义为：

<pre code_snippet_id="1890747" snippet_file_name="blog_20160921_20_3676404" name="code" class="cpp">struct cmd_tbl_s {
    char        *name;      /* Command Name         */
    int     maxargs;    /* maximum number of arguments  */
    int     repeatable; /* autorepeat allowed?      */
                    /* Implementation function  */
    int     (*cmd)(struct cmd_tbl_s *, int, int, char * const []);
    char        *usage;     /* Usage message    (short) */
#ifdef  CONFIG_SYS_LONGHELP
    char        *help;      /* Help  message    (long)  */
#endif
#ifdef CONFIG_AUTO_COMPLETE
    /* do auto completion on the arguments */
    int     (*complete)(int argc, char * const argv[], char last_char, int maxv, char *cmdv[]);
#endif
};

typedef struct cmd_tbl_s    cmd_tbl_t;

该结构体包含了命令名，命令实现函数，命令使用简短说明usage的输出字符串，帮助回调函数，参数变量自动完成函数等。u-boot使用该结构体来描述一个完整的命令。

U_BOOT_CMD_COMPLETE宏用来定义一个cmd_tbl_t结构体变量，初始化该结构体中的相应成员，并把该结构体变量存放在4字节对齐的.u_boot_list_2_cmd_2_env符号段中。如前所述，宏U_BOOT_CMD将最后一个参数_comp置为NULL，对U_BOOT_CMD_COMPLETE做了进一步的封装。所有使用U_BOOT_CMD和U_BOOT_CMD_COMPLETE定义的命令最后都集中放在以.u_boot_list_2_cmd_2开头的符号段中。即.u_boot_list_2_cmd_2_##name，这里的name是命令名。

我们回到函数上述的命令处理函数cmd_process，被其调用的find_cmd将根据命令名查找相应的cmd_tbl_t变量符号段，其实现如下：

cmd_tbl_t *find_cmd(const char *cmd)
{
    cmd_tbl_t *start = ll_entry_start(cmd_tbl_t, cmd);
    const int len = ll_entry_count(cmd_tbl_t, cmd);
    return find_cmd_tbl(cmd, start, len);
}

ll_entry_start定义如下：

#define ll_entry_start(_type, _list)                    \
({                                  \
    static char start[0] __aligned(4) __attribute__((unused,    \
        section(".u_boot_list_2_"#_list"_1")));         \
    (_type *)&start;                        \
})

那么，在上述函数find_cmd中，语句  

cmd_tbl_t *start = ll_entry_start(cmd_tbl_t, cmd);

定义一个包含0个字节的数组start[0]，且把它放在.u_boot_cmd_2_list_1段中，该段属性为unsued。注意在u-boot.lds中有：

 .u_boot_list : {
  KEEP(*(SORT(.u_boot_list*)));    

.u_boot_list中所有符号是按字符表的先后顺序排列的，.u_boot_list_2_list_1会放在所有使用U_BOOT_CMD和U_BOOT_CMD_COMPLETE
定义的符号段的最前面，即.u_boot_cmd_2_list_1为以.u_boot_list_2_cmd_2开头的符号段中的第一个。它定义为0个字节的数组start[0]，
编译器并不为它分配存储空间，那么它将指向以.u_boot_list_2_cmd_2开头的符号段中的第一个符号。
同理ll_entry_end用end[0]来标识.u_boot_list_2_cmd_2_xxx段的结尾，接下来的函数ll_entry_count返回的就是start - end的值，
即符号段.u_boot_list_2_cmd_2_xxx总字节长度。然后调用find_cmd_tbl，根据传入的.u_boot_list_2_cmd_2_xxx段的首地址和
函数ll_entry_count 返回的长度，根据命令名查找相应的符号段，即相命令对应的cmd_tbl_t结构体变量，然后返回该结构体指针。
find_cmd_tbl的实现如下：

cmd_tbl_t *find_cmd_tbl(const char *cmd, cmd_tbl_t *table, int table_len)
{
    cmd_tbl_t *cmdtp;
    cmd_tbl_t *cmdtp_temp = table;  /* Init value */
    const char *p;
    int len;
    int n_found = 0;
    if (!cmd)
        return NULL;
     len = ((p = strchr(cmd, '.')) == NULL) ? strlen (cmd) : (p - cmd);
    for (cmdtp = table; cmdtp != table + table_len; cmdtp++) {
        if (strncmp(cmd, cmdtp->name, len) == 0) {
            if (len == strlen(cmdtp->name))
                return cmdtp;  /* full match */
            cmdtp_temp = cmdtp; /* abbreviated command ? */
            n_found++;
        }
    }
    if (n_found == 1) {            /* exactly one match */
        return cmdtp_temp;
    }
    return NULL;   /* not found or ambiguous command */
}

查找到命令名对应的cmd_tbl_t结构体变量后，cmd_process接下来将调用函数cmd_call执行cmd_tbl_t中的命令。
cmd_process中相应的代码段如下：

  if (!rc) {
        if (ticks)
            *ticks = get_timer(0);
        rc = cmd_call(cmdtp, flag, argc, argv);
        if (ticks)
            *ticks = get_timer(*ticks);
        *repeatable &= cmdtp->repeatable;
    }
    if (rc == CMD_RET_USAGE)
        rc = cmd_usage(cmdtp);

变量ticks用来记录命令的执行时间，repeatable为命令是否自动重复执行标志。这两个变量都将返回到上层的调用函数。
函数cmd_call利用传入的参数，直接调用cmdtp->cmd，即：
 (cmdtp->cmd)(cmdtp, flag, argc, argv)；
最后，如果命令执行的返回值为CMD_RET_USAGE，代表命令执行出错，且置标CMD_RET_USAGE ，那么将调用cmd_usage，
输出简短的命令使用帮助信息。cmd_usage实现如下：

int cmd_usage(const cmd_tbl_t *cmdtp)
{
    printf("%s - %s\n\n", cmdtp->name, cmdtp->usage);
#ifdef  CONFIG_SYS_LONGHELP
    printf("Usage:\n%s ", cmdtp->name);
    if (!cmdtp->help) {
        puts ("- No additional help available.\n");
        return 1;
    }
    puts(cmdtp->help);
    putc('\n');
#endif  /* CONFIG_SYS_LONGHELP */
    return 1;
}

三.u-boot中的子命令
部分u-boot的命令包含子命令，如env命令，它由子命令save,set,edit等组成。类似的还有sf命令。这些主命令执行时必须指定子命令。
u-boot中子命令的实现不再使用上面的gcc关键字section来指定段，只是直接定义了一个cmd_tbl_t表，并使用子命令及其运行参数初始化该表。对于上述讨论中使用U_BOOT_CMD定义的命令，它们是散放在文件各处的，很难用一个全局的cmd_tbl_t表将这些命令统一定义初始化。而子命令不同，它只定义在一个或少量文件中，该cmd_tbl_t表为static类型，可以在定义时直接填充。当然，主命令还是由宏U_BOOT_CMD来定义引入。