- linux开发之uboot移植 --- 初识uboot
一、uboot简介
U-Boot，全称 Universal Boot Loader，是遵循GPL条款的从FADSROM、8xxROM、PPCBOOT逐步发展演化而来的 开放源码项目。
- 在操作系统方面 ，U-Boot不仅支持
- 嵌入式Linux系统的引导，它还支持NetBSD, VxWorks, QNX, RTEMS, ARTOS, LynxOS, android嵌入式操作系统。目前支持的目标操作系统是OpenBSD, NetBSD, FreeBSD,4.4BSD, Linux, SVR4, Esix, Solaris, Irix, SCO, Dell, NCR, VxWorks, LynxOS, pSOS, QNX, RTEMS, ARTOS, android。
- 在CPU架构方面 ，U-Boot除了支持PowerPC系列的处理器外，还能支持MIPS、 x86、ARM、NIOS、XScale等诸多常用系列的处理器。
- uboot主要作用 是用来启动操作系统内核
uboot什么时候开始运行，什么时候结束运行？
1.uboot本质上是一个裸机程序（不是操作系统），一旦uboot开始SoC就会单纯运行uboot（意思就是uboot运行的时候别的程序是不可能同时运行的），一旦uboot结束运行则无法再回到uboot（所以uboot启动了内核后uboot自己本身就死了，要想再次看到uboot界面只能重启系统。重启并不是复活了刚才的uboot，重启只是uboot的另一生）
2. uboot的入口就是开机自动启动，uboot的唯一出口就是启动内核。uboot还可以执行很多别的任务（譬如烧录系统），但是其他任务执行完后都可以回到uboot的命令行继续执行uboot命令，而启动内核命令一旦执行就回不来了
二、uboot的工作模式
U-Boot的工作模式有启动加载模式和下载模式。
1、启动加载模式
启动加载模式是Bootloader的正常工作模式，嵌入式产品发布时，Bootloader必须工作在这种模式下，Bootloader将 [嵌入式操作系统]，从FLASH中加载到SDRAM中运行，整个过程是自动的。
2、下载模式
下载模式就是Bootloader通过某些通信手段将内核映像或根文件系统映像等从PC机中下载到目标板的FLASH中。用户可以利用Bootloader提供的一些命令接口来完成自己想要的操作。开发人员可以使用各种命令，通过串口连接或网络连接等通信手段从主机(Host)下载文件(比如内核映像、文件系统映像)，将它们直接放在内存运行或是烧入Flash类固态存储设备中。
板子与主机间传输文件时，可以使用串口的xmodem/ymodem/zmodem协议，还可以使用网络通过tftp、nfs协议来传输，以及USB下载等方法。
一般来说，嵌入式开发人员采用下载模式进行开发嵌入式系统。通常采用交叉网线将PC与目标开发板连接，通过TFTP服务器下载内核，用NFS服务器挂载文件系统。
三、uboot的常用命令
1、获取命令
命令：help 或 ?
功能：查看当前U-boot版本中支持的所有命令。
2、环境变量命令
环境变量有2份，一份在Flash中，另一份在DDR中。uboot开机时一次性从Flash中读取全部环境变量到DDR中作为环境变量的初始化值，然后使用过程中都是用DDR中这一份
bootdelay 执行自动启动（bootcmd中的命令）的等候秒数
baudrate 串口控制台的波特率
netmask 以太网的网络掩码
ethaddr 以太网的MAC地址
bootfile 默认的下载文件名
bootargs 传递给Linux内核的启动参数
bootcmd 自动启动时执行命令
serverip TFTP服务器端的IP地址
ipaddr 本地的IP地址
stdin 标准输入设备，一般是串口
stdout 标准输出，一般是串口，也可是LCD（VGA）
stderr 标准出错，一般是串口，也可是LCD（VGA）
- 使用* print *命令可以打印出当前开发板的环境变量。
- setenv envname value设置环境变量的值（设置后记得save保存
(1)新建一个环境变量，使用set var value
(2)更改一个环境变量，使用set var value
(3)删除一个环境变量，使用set var
(4)save将修改的环境变量保存到固态存储器中。
1bootcmd 自动启动执行命令
uboot开机后会自动倒计时，在倒计时结束前如果没有外部按键打断自动计时，uboot将自动执行bootcmd变量保存的命令。
意思是：将iNand的kernel分区读取到DDR内存的0x30008000地址处，然后使用bootm启动命令从内存0x30008000处去启动内核。
(1)可以将bootcmd设置为：set bootcmd print
然后save保存；重启则会看到启动倒数后自动执行print命令打印出环境变量
(2) 再还原为内核启动命令：
set bootcmd 'movi read kernel 30008000; movi read rootfs 30B00000 300000; bootm 30008000 30B00000'
( 中间有分号记得必须得加'' )
uboot给kernel传参：bootargs(内核移植中必定使用)
(1)linux内核启动时可以接收uboot给他传递的启动参数，这些启动参数是uboot和内核约定好的形式、内容，linux内核在这些启动参数的指导下完成启动过程。
(2)我们在uboot的环境变量中设置bootargs，然后bootm命令启动内核时会自动将bootargs传给内核。
意义解释：
console=ttySAC2,115200 控制台使用串口2，波特率115200.
root=/dev/mmcblk0p2 rw 根文件系统在SD卡端口0设备（iNand）第2分区，根文件系统是可读可写的
init=/linuxrc linux的进程1（init进程）的路径
rootfstype=ext3 根文件系统的类型是ext3
3、网络命令
uboot可以通过网络来传输文件到开发板，直接用交叉网线连接开发板和电脑，也可以用普通直连网线连接路由器。
ping ip
1网络命令搭建开发板uboot和虚拟机ubuntu互相ping通记录在另一博课笔记中
如果网络连通，就可以通过tftp、NFS挂载开发板
4.tftp下载指令：tftp
作用：使uboot为了部署内核就需要将内核镜像从主机中下载过来然后烧录到本地flash中去。
5.nfs启动内核命令：nfs
作用：nfs服务，通过它"挂载"制作好的根文件系统。
主机开启nfs服务后，就可以像tftp一样传文件到开发板了，而且nfs还可以挂载根文件系统，这就是nfs的主要作用
6.SD卡/iNand操作指令movi
movi的指令都是movi read和movi write一组的，
movi read用来读取iNand到DDR上，movi write用来将DDR中的内容写入iNand中。理解这些指令时一定要注意涉及到的2个硬件：iNand和DDR内存
movi指令是一个命令集，有很多子命令，具体用法可以help ，这里说明怎么看
例：movi read {u-boot | kernel} {addr}
这个命令使用了一种通用型的描述方法来描述：movi 和 read外面没有任何标记说明每一次使用这个指令都是必选的；一对大括号{}括起来的部分必选1个，大括号中的竖线表是多选一。中括号[]表示可选参数（可以有也可以没有）
譬如命令 movi read u-boot 0x30000000表示如下：
意思就是把iNand中的u-boot分区读出到DDR的0x30000000起始的位置处。
（uboot代码中将iNand分成了很多个分区，每个分区有地址范围和分区名，uboot程序操作中可以使用直接地址来操作iNand分区，也可以使用分区名来操作分区。）；注意这里的0x30000000也可以直接写作30000000，意思是一样的（ uboot的命令行中所有数字都被默认当作十六进制处理 ，不管你加不加0x都一样）。
7.NandFlash操作指令nand
8.内存操作指令：mm、mw、md
* nm * 修改内存值 * ( *指定地址* ) *
格式： nm [.b, .w, .l] address
* mm 修改内存值(地址自动加一)*
格式： mm [.b, .w, .l] address
* md 显示内存值*
格式： md [.b, .w, .l] address [# of objects]
mw 用指定的数据填充内存
格式： mw [.b, .w, .l] address value [count]
* cp 内存的拷贝（包括内存与Nor Flash间的数据拷贝）*
格式：cp [.b, .w, .l] source target count
9.启动内核指令：bootm、go
uboot命令行中调用这个指令就会启动内核（不管成功与否，所以这个指令是一条死路）。
差别： bootm启动内核同时给内核传参，而go命令启动内核不传参。
bootm其实才是正宗的启动内核的命令，一般情况下都用这个 ；go命令本来不是专为启动内核设计的，go命令内部其实就是一个函数指针指向一个内存地址然后直接调用那个函数，go命令的实质就是PC直接跳转到一个内存地址去运行而已
四、uboot中对Flash和DDR的管理
uboot在Flash中的分区
Flash分区如下：功能：
自由分区 待用空间（一般做根文件系统使用）
rootfs 根文件系统文件
kernel 内核文件
var 环境变量
uboot bootlater（必须在最前面）
(1)各分区彼此相连，前面一个分区的结尾就是后一个分区的开头。
(2)整个flash充分利用，从开头到结尾。
(3)uboot必须在Flash开头，其他分区相对位置是可变的。
(4)各分区的大小由系统移植工程师自己来定，一般定为合适大小（不能太小，太小了容易溢出；不能太大，太大了浪费空间）
(5)分区在系统移植前确定好，在uboot中和kernel中使用同一个分区表。将来在系统部署时和系统代码中的分区方法也必须一样。
因为Flash是掉电不丢失的，因此，在对Flash进行分区的时候要考虑到以后的使用条件。而DDR是掉电丢失的，因此，在系统的每个阶段都可以对它进行重新分区，例如在uboot阶段它有自己的分区管理，而在kernel启动起来之后，整个内存又将被kernel给接替过来，kernel将会对内存进行重新的分区和管理。
综上：DDR要根据具体使用情况对其进行分区管理，注意内存不要重叠。
1、uboot阶段Flash的分区
(1)在uboot中是没有操作系统的，所以我们不能由操作系统进行分区管理。因此我们对Flash（相当于硬盘）的管理必须事先使用分区界定（实际上在uboot中和kernel中都有个分区表，分区表就是我们在做系统移植时对Flash的整体管理分配方法）。有了这个界定后，我们在部署系统时按照分区界定方法来部署，uboot和kernel的软件中也是按照这个分区界定来工作，就不会错。
(2)分区方法不是一定的，不是固定的，是可以变动的。但是在一个移植中必须事先设计好定死，一般在设计系统移植时就会定好，定的标准是：
uboot:uboot必须从Flash起始地址开始存放（也许是扇区0，也许是扇区1，也许是其他，取决于SoC的启动设计），uboot分区的大小必须保证uboot肯定能放下，一般设计为512KB或者1MB（因为一般uboot肯定不足512KB，给再大其实也可以工作，但是浪费）；
环境变量：环境变量分区一般紧贴着uboot来存放，大小为32KB或者更多一点。
kernel：kernel可以紧贴环境变量存放，大小一般为3MB或5MB或其他。
rootfs：······
剩下的就是自由分区，一般kernel启动后将自由分区挂载到rootfs下使用
总结：一般规律如下：
(1)各分区彼此相连，前面一个分区的结尾就是后一个分区的开头。
(2)整个flash充分利用，从开头到结尾。
(3)uboot必须在Flash开头，其他分区相对位置是可变的。
(4)各分区的大小由系统移植工程师自己来定，一般定为合适大小（不能太小，太小了容易溢出；不能太大，太大了浪费空间）
(5)分区在系统移植前确定好，在uboot中和kernel中使用同一个分区表。将来在系统部署时和系统代码中的分区方法也必须一样。
2、uboot阶段DDR的分区
(1)DDR的分区和Flash的分区不同，主要是因为Flash是掉电存在的，而DDR是掉电消失，因此可以说DDR是每次系统运行时才开始部署使用的。
(2)内存的分区主要是在linux内核启动起来之前，linux内核启动后内核的内存管理模块会接管整个内存空间，那时候就不用我们来管了。
(3)注意内存分区关键就在于内存中哪一块用来干什么必须分配好，以避免各个不同功能使用了同一块内存造成的互相踩踏。譬如说我们tftp 0x23E00000 zImage去下载zImage到内存的0x23E00000处就会出错，因为这个内存处实际是uboot的镜像所在。这样下载会导致下载的zImage把内存中的uboot给冲掉。
