U-Boot menu菜单分析

文章目录

  • 前言
  • 目标
  • 环境背景
  • U-Boot如何自动调起菜单
  • U-Boot添加自定义命令
  • 实践

前言

在某个厂家的开发板中，在进入它的U-Boot后，会自动弹出一个菜单页面，输入对应的选项就会执行对应的功能。如SD卡镜像更新、显示设置等：
image.png

目标

本文主要分析U-Boot在程序中的执行顺序，又如何在U-Boot阶段调起菜单？相信大家都试过，在U-Boot倒数结束前按任意按键后，会进入U-Boot命令行模式。
这里先留一个问题：如何做到按键按下后，调启的是自己的U-Boot菜单，而不再是进入冷冰冰的命令行模式？

环境背景

本文介绍所用的U-Boot版本：2018

U-Boot如何自动调起菜单

U-Boot的入口程序文件是<u-boot>/common/main.c，入口函数main_loop()：

/* We come here after U-Boot is initialised and ready to process commands */
/* 在U-Boot初始化并准备好处理命令之后，我们来到这里。 */
void main_loop(void)
{
    const char *s;

    bootstage_mark_name(BOOTSTAGE_ID_MAIN_LOOP, "main_loop");	

    #ifdef CONFIG_VERSION_VARIABLE
    env_set("ver", version_string);  /* set version variable */		
    #endif /* CONFIG_VERSION_VARIABLE */

    cli_init();							//命令初始化有关，初始化 hush shell 相关的变量

    run_preboot_environment_command();	//获取环境变量 perboot 的内容

    #if defined(CONFIG_UPDATE_TFTP)
    update_tftp(0UL, NULL, NULL);		
    #endif /* CONFIG_UPDATE_TFTP */

    s = bootdelay_process();	//此函数会读取环境变量 bootdelay 和 bootcmd 的内容
    if (cli_process_fdt(&s))
        cli_secure_boot_cmd(s);

    autoboot_command(s);		//开启倒计时，并在倒计时结束前检测是否有按键按下

    cli_loop();					//命令行处理函数（即进入U-Boot命令行）
    panic("No CLI available");
}

关键函数是autoboot_command()，该函数的实现在<u-boot>/common/autoboot.c：

void autoboot_command(const char *s)
{
    debug("### main_loop: bootcmd=\"%s\"\n", s ? s : "<UNDEFINED>");

    if (stored_bootdelay != -1 && s && !abortboot(stored_bootdelay)) {	// 倒计时过程中，没有按键按下
#if defined(CONFIG_AUTOBOOT_KEYED) && !defined(CONFIG_AUTOBOOT_KEYED_CTRLC)
    int prev = disable_ctrlc(1);    /* disable Control C checking */
#endif

    run_command_list(s, -1, 0);		// 倒计时结束后，启动内核

#if defined(CONFIG_AUTOBOOT_KEYED) && !defined(CONFIG_AUTOBOOT_KEYED_CTRLC)
    disable_ctrlc(prev);    /* restore Control C checking */
#endif
    }

#ifdef CONFIG_MENUKEY
    if (menukey == CONFIG_MENUKEY) {
        s = env_get("menucmd");
        if (s)
            run_command_list(s, -1, 0);
    }
#endif /* CONFIG_MENUKEY */
}

进入autoboot_command()后，先看第一个if：

void autoboot_command(const char *s)
{
    ...
        
    if (stored_bootdelay != -1 && s && !abortboot(stored_bootdelay))

    ...
}

这里有三个条件：

  • stored_bootdelay != -1：stored_bootdelay是倒数的总时间，就是常见的3秒、5秒不等；
  • s：传进来的参数s不能为空；
  • !abortboot(stored_bootdelay)：该函数会从stored_bootdelay开始倒计时，期间判断是否有按键按下。函数实现如下，倒计时过程中若检测到按键按下，则令abort=1。无按键按下，则abort=0。最后返回abort。
static int __abortboot(int bootdelay)
{
        int abort = 0;
        unsigned long ts;

#ifdef CONFIG_MENUPROMPT
        printf(CONFIG_MENUPROMPT);
#else
        printf("Hit any key to stop autoboot: %2d ", bootdelay);
#endif

        /*
         * Check if key already pressed
         */
        if (tstc()) {   /* we got a key press   */
                (void) getc();  /* consume input        */
                puts("\b\b\b 0");
                abort = 1;      /* don't auto boot      */
        }

        while ((bootdelay > 0) && (!abort)) {
                --bootdelay;
                /* delay 1000 ms */
                ts = get_timer(0);
                do {
                        if (tstc()) {   /* we got a key press   */
                                abort  = 1;     /* don't auto boot      */
                                bootdelay = 0;  /* no more delay        */
# ifdef CONFIG_MENUKEY
                                menukey = getc();
# else
                                (void) getc();  /* consume input        */
# endif
                                break;
                        }
                        udelay(10000);
                } while (!abort && get_timer(ts) < 1000);

                printf("\b\b\b%2d ", bootdelay);
        }

        putc('\n');

        return abort;
}

刚刚说了，abortboot()函数执行期间有按键按下的话，abortboot()会返回1，那就不会进入第一个if，程序会接着往下运行直至该函数运行结束。autoboot_command()结束后继续返回到main_loop()，随后立刻执行cli_loop()，进入我们所熟悉的U-Boot命令行模式。

void main_loop(void)
{
    ...
    
    autoboot_command(s);		//检查倒计时是否结束

    cli_loop();					//命令行处理函数
}

image.png
至此，就实现了U-Boot倒数期间，有按键按下，则进入U-Boot的命令行模式。
现在继续回到第一个if：

void autoboot_command(const char *s)
{
    ...
        
    if (stored_bootdelay != -1 && s && !abortboot(stored_bootdelay)) {	// 倒计时过程中，没有按键按下
#if defined(CONFIG_AUTOBOOT_KEYED) && !defined(CONFIG_AUTOBOOT_KEYED_CTRLC)
    int prev = disable_ctrlc(1);    /* disable Control C checking */
#endif

    run_command_list(s, -1, 0);		// 倒计时结束后，启动内核

#if defined(CONFIG_AUTOBOOT_KEYED) && !defined(CONFIG_AUTOBOOT_KEYED_CTRLC)
    disable_ctrlc(prev);    /* restore Control C checking */
#endif
    }

    ...
}

如果在autoboot倒计时结束前，一直没有按键按下呢？那abortboot()最后会返回0，第一个if的三个条件全部满足。进入if，run_command_list()执行一系列命令后，启动内核。注意，这里的现象是直接启动内核，run_command_list()后的程序不再执行。

解析到这里，我们得出一个结论：在autoboot倒计时中，如果有按键按下的话，会进入U-Boot的命令行模式。无按键按下则在倒计时结束后直接启动内核。
那现在可以回答第一个问题，如何做到按下按键后，是自启动U-Boot菜单，而不是进入U-Boot命令行呢？答案是在执行cli_loop()之前，我们可以在autoboot检测到按键按下后，调用run_command()函数执行menu命令，从而调起菜单。

void autoboot_command(const char *s)
{
    debug("### main_loop: bootcmd=\"%s\"\n", s ? s : "<UNDEFINED>");

    if (stored_bootdelay != -1 && s && !abortboot(stored_bootdelay)) {
#if defined(CONFIG_AUTOBOOT_KEYED) && !defined(CONFIG_AUTOBOOT_KEYED_CTRLC)
    int prev = disable_ctrlc(1);    /* disable Control C checking */
#endif

    run_command_list(s, -1, 0);

#if defined(CONFIG_AUTOBOOT_KEYED) && !defined(CONFIG_AUTOBOOT_KEYED_CTRLC)
    disable_ctrlc(prev);    /* restore Control C checking */
#endif
    }

    //启动菜单
    run_command("menu", 0);
    
#ifdef CONFIG_MENUKEY
    if (menukey == CONFIG_MENUKEY) {
        s = env_get("menucmd");
        if (s)
            run_command_list(s, -1, 0);
    }
#endif /* CONFIG_MENUKEY */
}

U-Boot添加自定义命令

难道通过run_command()执行menu命令后，菜单就自己出来了？这是一个理所当然的猜想。实际上U-Boot根本不认识menu命令：
image.png
接下来看看如何添加U-Boot命令，参考一下别人的代码：

int do_brightness(cmd_tbl_t *cmdtp, int flag, int argc, char * const argv[])
{
	int rcode = 0;
	ulong side;
	ulong bright;

	switch (argc) {
	case 3:
		side = simple_strtoul(argv[1], NULL, 10);
		bright = simple_strtoul(argv[2], NULL, 10);
		if ((side >= 0) && (side <= 3) &&
			(bright >= 0) && (bright <= 1000)) {
			vcxk_setbrightness(side, bright);
			rcode = 0;
		} else {
			printf("parameters out of range\n");
			printf("Usage:\n%s\n", cmdtp->usage);
			rcode = 1;
		}
		break;
	default:
		printf("Usage:\n%s\n", cmdtp->usage);
		rcode = 1;
		break;
	}
	return rcode;
}

U_BOOT_CMD(
	bright,	3,	0,	do_brightness,
	"sets the display brightness\n",
	" <side> <0..1000>\n        side: 0/3=both; 1=first; 2=second\n"
);

先看最底下的U_BOOT_CMD，这是一个宏，用来添加U-Boot命令：

#define U_BOOT_CMD(_name, _maxargs, _rep, _cmd, _usage, _help)		\
	U_BOOT_CMD_COMPLETE(_name, _maxargs, _rep, _cmd, _usage, _help, NULL)
  • _name：命令的名字
  • _maxargs：添加的命令最多有几个参数
  • _rep：是否重复（1重复，0不重复），指在U-Boot命令行按下Enter键的时候，重复执行上次的命令
  • _cmd：执行函数（即执行该命令后，运行哪个函数）
  • _usage：短帮助信息
  • _help：长帮助信息

再来看看执行函数do_brightness的声名：

int (*cmd)(struct cmd_tbl_s *cmdtp, int flag, int argc, char *const argv[]);
  • cmdtp：Table entry describing the command (see above).
  • flag：A bitmap which may contain the following bit
    • CMD_FLAG_REPEAT - The last command is repeated.
    • CMD_FLAG_BOOTD - The command is called by the bootd command.
    • CMD_FLAG_ENV - The command is called by the run command.
  • argc：执行命令时，传入的参数数量
  • argv：传入的参数

实践

下面，添加一个U-Boot菜单，不过只作打印，没有实际功能。
在<u-boot>/drivers下创建一个名为mymenu的文件夹：
image.png
在mymenu文件夹下创建mymenu.c，内容如下：

#include <common.h>
#include <command.h>
#include <linux/ctype.h>
#include <cli.h>
#include <fs.h>

static int do_mymenu(struct cmd_tbl_s *cmdtp, int flag, int argc, char *const argv[])
{
    if(argc != 2)
        return 0;
    
    if(!strcmp(argv[1], "pageone"))
        printf("\n======== pageone ========\n");            
    else if(!strcmp(argv[1], "pagetwo"))
        printf("\n======== pagetwo ========\n"); 
    else
        printf("\n======== pageone ========\n"); 

    printf("== [1] xxxxxx\n");
    printf("== [2] xxxxxx\n");
    printf("== [3] xxxxxx\n");
    printf("== [4] xxxxxx\n");
    printf("=========================\n\n");

    return 0;
}

U_BOOT_CMD(
	mymenu,	2,	1, do_mymenu,
	"here is uboot mymenu\n",
	"here is uboot mymenu, make in 2024-05-15\n"
);

还需在mymenu文件夹下创建一个Makefile文件，内容如下：

obj-y += mymenu.o

最后修改<u-boot>/drivers/下的Makefile，在结尾加上如下内容，表示要编译mymenu路径下的文件：
image.png
编译U-Boot，更新U-Boot，重启单板，在U-Boot倒计时结束前，按任意按键进入U-Boot命令行，输入mymenu后，可以看到命令被正确识别，对应的函数也执行成功：
image.png
那如何做到按任意按键后直接调起菜单呢？上面有说过，可以在autoboot检测到按键按下后，调用run_command()函数执行mymenu命令，从而调起菜单。

void autoboot_command(const char *s)
{
    debug("### main_loop: bootcmd=\"%s\"\n", s ? s : "<UNDEFINED>");

    if (stored_bootdelay != -1 && s && !abortboot(stored_bootdelay)) {
#if defined(CONFIG_AUTOBOOT_KEYED) && !defined(CONFIG_AUTOBOOT_KEYED_CTRLC)
    int prev = disable_ctrlc(1);    /* disable Control C checking */
#endif

    run_command_list(s, -1, 0);

#if defined(CONFIG_AUTOBOOT_KEYED) && !defined(CONFIG_AUTOBOOT_KEYED_CTRLC)
    disable_ctrlc(prev);    /* restore Control C checking */
#endif
    }

    //启动菜单
    run_command("mymenu", 0);
    
#ifdef CONFIG_MENUKEY
    if (menukey == CONFIG_MENUKEY) {
        s = env_get("menucmd");
        if (s)
            run_command_list(s, -1, 0);
    }
#endif /* CONFIG_MENUKEY */
}

image.png
剩下的菜单程序编写就是根据实际功能来开发了。

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