嵌入式系统之bootloader简介

蔚落 2022-01-15 11:07 646阅读 0赞

转载：https://blog.csdn.net/Set\_Mode/article/details/91049861

**目录**

Bootloader 介绍

什么是Bootloader

Bootloader的特点

Bootloader的操作模式

常用bootloader介绍

U-boot介绍

U-boot的特点：

U-boot命令介绍

printenv 显示所有环境变量

setenv 设置新的环境变量

saveenv 将当前定义的所有的环境变量值存入flash中

tftp 通过网络下载程序

protect 对Nor Flash写保护

erase 擦除Nor FLASH

Nand相关命令

movi 命令

bootcmd 自启动命令

bootm kernel-addr ramdisk-addr dtb-addr

go addr 执行内存中的二进制代码，简单的跳转到指定地址（运行裸机程序）

U-BOOT 配置编译

U-Boot目录结构

编译U-boot

使用build.sh编译

查看build.sh

U-BOOT编译生成的映像文件

U-boot镜像下载烧录

u-boot-fs4412.bin

--------------------

# Bootloader 介绍 #

## 什么是Bootloader ##

*  Bootloader是硬件启动的引导程序，是运行操作系统的前提；
 *  在操作系统内核或用户应用程序运行之前运行的一小段代码。对软硬件进行相应的初始化和设定，为最终运行操作系统准备好环境；
 *  在嵌入式系统中，整个系统的启动加载任务通常由Bootloader来完成。

## Bootloader的特点 ##

*  Bootloader不属于操作系统，一般采用汇编语言和C语言开发。需要针对特定的硬件平台编写。
 *  在移植系统时，首先为开发板移植Bootloader。
 *  Bootloader不但依赖于CPU的体系结构，而且依赖于嵌入式系统板级设备的配置。

## Bootloader的操作模式 ##

*  自启动模式：在这种模式下，Bootloader从目标机上的某个固态存储设备上将操作系统加载到RAM中运行，整个过程并没有用户的介入。
 *  交互模式：在这种模式下，目标机上的Bootloader将通过串口或网络等通信手段从开发主机（Host）上下载内核映像和根文件系统映像等到RAM中。可以被 Bootloader写到目标机上的固态存储媒质中，或者直接进行系统的引导。也可以通过串口接收用户的命令。

## 常用bootloader介绍 ##

# ![å¨è¿éæå¥å¾çæè¿°][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly96aHV6aG9uZ3dlaS5ibG9nLmNzZG4ubmV0_size_16_color_FFFFFF_t_70]   U-boot介绍 #

u-boot(Universal Boot Loader)是德国DENX小组开发的用于多种嵌入式CPU的bootloader程序。遵循GPL条款。  
从FADSROM、8xxROM 、PPCBOOT、Armboot逐步发展演化而来；  
当前版本号：参考Makefile。  
http://www.denx.de/wiki/U-Boot/WebHome

## U-boot的特点： ##

代码结构清晰、易于移植（见目录结构）  
支持多种处理器体系结构（见arch目录）  
支持众多开发板（目前官方包中有200多种，见board目录）  
命令丰富、有监控功能  
支持网络协议、USB、SD等多种协议和设备  
支持文件系统  
更新较活跃，使用者多，有助于解决问题

## U-boot命令介绍 ##

命令分类  
环境设置、数据传输、存储器访问、加载运行

### printenv 显示所有环境变量 ###

ORIGEN # pri

![watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly96aHV6aG9uZ3dlaS5ibG9nLmNzZG4ubmV0_size_16_color_FFFFFF_t_70 1][]

### setenv 设置新的环境变量 ###

ORIGEN # set myboard FS4412 
    ORIGEN # pri

![å¨è¿éæå¥å¾çæè¿°][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly96aHV6aG9uZ3dlaS5ibG9nLmNzZG4ubmV0_size_16_color_FFFFFF_t_70 2]

### saveenv 将当前定义的所有的环境变量值存入flash中 ###

![å¨è¿éæå¥å¾çæè¿°][20190606214252233.png]

### tftp 通过网络下载程序 ###

U-boot \# setenv ethaddr 11:22:33:44:55:66 //设置开发板的物理地址

U-boot # setenv  ipaddr  192.168.2.10
       U-boot # setenv  serverip  192.168.2.231
       U-boot # tftp  41000000  application.bin
       U-boot # tftp  41000000  zImage

### protect 对Nor Flash写保护 ###

protect on 0 10000 对区间[0x0, 0x10000]进行写保护
    protect off 0 10000 对上述区间取消写保护

### erase 擦除Nor FLASH ###

erase all 擦除FLASH所有的扇区
    erase 0 10000 把FLASH区间 [0x0, 0x10000]擦除

### Nand相关命令 ###

nand read addr off size
    nand write addr off size
    nand erase [clean] [off size]

NAND flash和NOR flash的区别详解 https://zhidao.baidu.com/question/1993729068599410707.html  
NAND flash按块访问和NOR flash按字节访问  
NAND flash必须先擦出后写

### movi 命令 ###

movi init —初始化eMMC并显示相关信息
    movi read u-boot/kernel addr //读u-boot或读kernel，可以选择
    movi write u-boot/kernel addr
    movi read rootfs addr size
    movi write rootfs addr size

###    bootcmd 自启动命令 ###

如果定义了该变量，在自启动模式下将会执行该环境变量中的命令。  
将文件通过tftp自动下载到指定的地址  
U-boot \# setenv bootcmd tftp 41000000 uImage; bootm 41000000  
U-boot \# saveenv

![å¨è¿éæå¥å¾çæè¿°][20190606214915609.png]

bootargs 是uboot传递给内核到启动参数，是一个字符串
    console=xxx： 告诉内核启动时候到调试信息是从哪个设备输出，这里是串口2
    init=xxx:  告诉内核linux到第一个用户进程是什么
    root=xxx : 告诉内核根文件系统在哪里
    root=/dev/nfs 表示根文件系统在网路远端
    nfsroot=(开发板)ip:path rw     其中rw表示可读可写
    ip=xxx :（Ubuntu ip）告诉内核开机的时候内核的ip地址是多少(静态分配ip)

### bootm kernel-addr ramdisk-addr dtb-addr ###

引导内核为内核传参，其中内核和ramdisk通常为mkimage处理过的二进制文件。  
从这个地址处自动启动程序

![å¨è¿éæå¥å¾çæè¿°][20190606215122743.png]

###    go addr 执行内存中的二进制代码，简单的跳转到指定地址（运行裸机程序） ###

##    U-BOOT 配置编译 ##

### U-Boot目录结构 ###

*  平台相关

arch, board, include…

*  平台无关

common, net, fs, drivers…

*  工具和文档

tools, doc

![å¨è¿éæå¥å¾çæè¿°][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly96aHV6aG9uZ3dlaS5ibG9nLmNzZG4ubmV0_size_16_color_FFFFFF_t_70 3]

### 编译U-boot ###

*  U-boot的编译

整个工程通过Makefile来组织编译。顶层目录下的Makefile中包含了开发板的配置信息。从顶层目录开始递归地调用各级子目录下的Makefile，最后链接成u-boot映像。

*  顶层目录下的 Makefile

它负责u-boot整体配置和编译  
在Makefile中指定使用的交叉工具链  
配置u-boot: make origen\_config  
编译： make

### 使用build.sh编译 ###

linux@linux:~/u-boot-2013.01-fs4412$ ./build.sh

### 查看build.sh ###

#!/bin/sh
    
    sec_path="CodeSign4SecureBoot/"
    CPU_JOB_NUM=$(grep processor /proc/cpuinfo | awk '{field=$NF};END{print field+1}')
    ROOT_DIR=$(pwd)
    CUR_DIR=${ROOT_DIR##*/}
    
    case "$1" in
        clean)
            echo make clean
            make mrproper
            ;;
        *)
                
            if [ ! -d $sec_path ]
            then
                echo "**********************************************"
                echo "[ERR]please get the CodeSign4SecureBoot first"
                echo "**********************************************"
                return
            fi
            
    
    
            make fs4412_config
            
            make -j$CPU_JOB_NUM
            
            if [ ! -f checksum_bl2_14k.bin ]
            then
                echo "!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!"
                echo "There are some error(s) while building uboot, please use command make to check."
                echo "!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!"
                exit 0
            fi
            
            cp -rf checksum_bl2_14k.bin $sec_path
            cp -rf u-boot.bin $sec_path
            rm checksum_bl2_14k.bin
            
            cd $sec_path
            cat E4412_N.bl1.SCP2G.bin bl2.bin all00_padding.bin u-boot.bin tzsw_SMDK4412_SCP_2GB.bin > u-boot-fs4412.bin
            mv u-boot-fs4412.bin $ROOT_DIR
            
            rm checksum_bl2_14k.bin
            rm u-boot.bin
    
            echo 
            echo 
            ;;
            
    esac

## U-BOOT编译生成的映像文件 ##

## ![å¨è¿éæå¥å¾çæè¿°][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly96aHV6aG9uZ3dlaS5ibG9nLmNzZG4ubmV0_size_16_color_FFFFFF_t_70 4]   U-boot镜像下载烧录 ##

烧录编译产生的镜像 u-boot.bin  
初次或开发板代码损坏不能正常启动时，可采用JTAG工具烧录  
专用的烧录工具如h-jtag或DNW等  
在u-boot已经能工作，升级或修正U-boot时，可用U-boot中的命令来烧录  
其它方式 如SD卡 ， Fastboot命令  
镜像固化位置  
ROM、NOR FLASH、NAND FLASH EMMC等

### u-boot-fs4412.bin ###

1.  u-boot.bin是uboot编译源码后直接产生的，一般的的开发板，直接烧写这个文件就可以了
2.  但是三星的cortex\_a9 exynos4412这款CPU把uboot中一些初始化时钟等的代码剥离出去了，所以，编译好的这个u-boot.bin还要加上被剥离出去的部分，才可以正常使用
3.  所以在build.sh脚本文件中，在u-boot.bin之前加上了剥离出去的部分后，生成了u-boot-fs4412.bin
4.  ![å¨è¿éæå¥å¾çæè¿°][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly96aHV6aG9uZ3dlaS5ibG9nLmNzZG4ubmV0_size_16_color_FFFFFF_t_70 5]

[watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly96aHV6aG9uZ3dlaS5ibG9nLmNzZG4ubmV0_size_16_color_FFFFFF_t_70]: /images/20220115/3d2f60be1d5c4b2da8c00e5df5cc2208.png
[watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly96aHV6aG9uZ3dlaS5ibG9nLmNzZG4ubmV0_size_16_color_FFFFFF_t_70 1]: /images/20220115/1feeafd4cc174d34bf942a80fda46030.png
[watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly96aHV6aG9uZ3dlaS5ibG9nLmNzZG4ubmV0_size_16_color_FFFFFF_t_70 2]: /images/20220115/c016729780bd45d3b6f96bdc3a46cdb6.png
[20190606214252233.png]: /images/20220115/c637697cc9bf42aea87c0e83ff802378.png
[20190606214915609.png]: /images/20220115/1eb8883e348441e99d9fdc46841bcd94.png
[20190606215122743.png]: /images/20220115/b379bea50b4046b4b2eeb66b75aefbaf.png
[watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly96aHV6aG9uZ3dlaS5ibG9nLmNzZG4ubmV0_size_16_color_FFFFFF_t_70 3]: /images/20220115/f48ddcc54a9f41d1a00e2704df322b98.png
[watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly96aHV6aG9uZ3dlaS5ibG9nLmNzZG4ubmV0_size_16_color_FFFFFF_t_70 4]: /images/20220115/c977df1728f14f20877f25f293f44b80.png
[watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly96aHV6aG9uZ3dlaS5ibG9nLmNzZG4ubmV0_size_16_color_FFFFFF_t_70 5]: /images/20220115/e3e4b73345a84b2b8b6f695132d9a2e0.png