u-boot分析与使用
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篇首语：本文由小常识网(cha138.com)小编为大家整理，主要介绍了u-boot分析与使用相关的知识，希望对你有一定的参考价值。
文章目录
一、u-boot介绍
u-boot即通用的BootLoader，是遵循GPL条款的开放源代码项目。“通用”有两层含义：可以引导多种操作系统、支持多种架构的CPU。他支持如下操作系统：Linux、VxWorks等，支持如下架构的CPU：PowerPC、MIPS、ARM、x86等。
u-boot有如下特性：
1.开放源码
2.支持多种嵌入式操作系统内核
3.支持多个处理器架构
4.丰富的设备驱动源码，如串口、以太网、sdram、flash等
5.支持NFS挂载，从flash中引导压缩或非压缩系统内核
6.上电自检功能
二、u-boot源码结构
u-boot版本情况：
网站：http://ftp.denx.de/pub/u-boot/
1、版本号变化：
2008年8月及以前按版本号命名：u-boot-1.3.4.tar.bz2(2008年8月更新)
2008年8月以后均按日期命名：u-boot-2011.06.tar.bz2（2011年6月更新）
2、目录结构变化：
u-boot目录结构主要经历过2次变化，u-boot版本第一次从u-boot-1.3.2开始发生变化，主要增加了api的内容；变化最大的是第二次，从2010.6版本开始。
u-boot-2010.03及以前版本
├── api 存放uboot提供的接口函数
├── board 根据不同开发板定制的代码，代码也不少
├── common 通用的代码，涵盖各个方面，已命令行处理为主
├── cpu 与体系结构相关的代码，uboot的重头戏
├── disk 磁盘分区相关代码
├── doc 文档，一堆README开头的文件
├── drivers 驱动，很丰富，每种类型的设备驱动占用一个子目录
├── examples 示例程序
├── fs 文件系统，支持嵌入式开发板常见的文件系统
├── include 头文件，已通用的头文件为主
├── lib_【arch】 与体系结构相关的通用库文件
├── nand_spl NAND存储器相关代码
├── net 网络相关代码，小型的协议栈
├── onenand_ipl
├── post 加电自检程序
└── tools 辅助程序，用于编译和检查uboot目标文件
从u-boot-2010.06版本开始把体系结构相关的内容合并，原先的cpu与lib_arch内容全部纳入arch中，并且其中增加inlcude文件夹；分离出通用库文件lib。
u-boot-2010.06及以后版本
├── api 存放uboot提供的接口函数
├── arch 与体系结构相关的代码，uboot的重头戏
├── board 根据不同开发板定制的代码，代码也不少
├── common 通用的代码，涵盖各个方面，已命令行处理为主
├── disk 磁盘分区相关代码
├── doc 文档，一堆README开头的文件
├── drivers 驱动，很丰富，每种类型的设备驱动占用一个子目录
├── examples 示例程序
├── fs 文件系统，支持嵌入式开发板常见的文件系统
├── include 头文件，已通用的头文件为主
├── lib 通用库文件
├── nand_spl NAND存储器相关代码
├── net 网络相关代码，小型的协议栈
├── onenand_ipl
├── post 加电自检程序
└── tools 辅助程序，用于编译和检查uboot目标文件
三、u-boot打补丁、编译、烧写
补丁主要是对源码进行修改的地方(patch)，发布的时候只需要将补丁给别人即可。
以u-boot-1.1.6为例进行说明
先安装一下交叉编译工具如下：
1.对源码包进行解压缩
tar xjf u-boot-1.1.6.tar.bz2
2.打补丁
所谓的补丁其实就是我们在源码包上做了什么修改，把他单独列出来单独做成一个补丁，最后发布的时候把这个补丁给别人就行了
我们打开补丁文件可以看到:
–表示原来的代码，++表示修改后的代码
因此进行打补丁操作：
patch -p1 < …/u-boot-1.1.6_jz2440.patch
3.配置
因为会有很多单板，所以需要进行配置，使用命令make 100ask24x0_config，至于为什么后面再说。
4.编译
直接执行make命令，编译好之后会生出一个u-boot.bin，如下是编译成功之后的：
将u-boot.bin烧写到开发板启动，倒数计时之前按下空格键进入uboot
这里说一下几个常用的命令：
help：查看有哪些命令
？命令：查看命令怎么用
print：查看环境变量
setenv：设置环境变量
saveenv：保存
reset：重启
嵌入式系统：pc上电-->BootLoader-->引导Linux内核-->挂载根文件系统-->应用程序
BootLoader有很多种，现在使用的是uboot，最终目的是启动内核
对于Windows。Bios是从硬盘（C盘。D盘）上读入内核
对于Linux，启动内核是首先从flash上读出内核放到SDRAM上。然后才是启动内核
flash上的内容从哪里来？网络下载或者usb下载，因此uboot也要支持网卡或者usb，可以看到uboot源码目录下有一个driver目录
里面就是有支持nand，网卡，usb等驱动程序
因此uboot要实现的功能：
1.可以读flash。同样也可以加入写flsah功能，网卡，usb功能（为了开发方便）
2.要初始化SDRAM：还要初始化时钟，初始化串口等等…
3.启动内核
因此总结最后的uboot功能：
1.硬件（单板）相关的初始化
关看门狗，初始化时钟，初始化SDRAM
2.从flash上读出内核
3.启动内核
最后为了开发方便往往加入一些功能：如读写flash，网卡，usb，串口等
总的来说uboot就是一个单片机程序
四、uboot功能、结构，结合Makefile进行分析
为什么要先配置再make编译？
因为在uboot里面就有说明，也就是在README里面
1.分析配置过程 make 100ask24x0_config
可以看到： make 100ask24x0_config的时候相当于执行下面的命令
再搜索一下MKCONFIG，可以看到：
SRCTREE：source tree源文件目录下有一个mkconfig，可以发现我们前面编译成功之后会生成一个mkconfig
而$(@:_config=)的作用是将100ask24x0_config后面的config去掉，也就是说最终执行的命令是：
./mkconfig 100ask24x0 arm arm920t 100ask24x0 NULL s3c24x0
然后分析mkconfig文件的作用：
（1）确定开发板的名称BOARD_NAME，
在Linux脚本里面。可以下面符号进行表示
./mkconfig 100ask24x0 arm arm920t 100ask24x0 NULL s3c24x0
$0 $1 $2 $3 $4 $5 $6
因此上面的意思就是BOARD_NAME = “100ask24x0”
（2）创建到平台/开发板相关的头文件的链接
先判断源代码目录与目标文件目录是否一致，不满足的时候指向else分支，先进去include目录，删除asm文件(这是上一次配置时建立的链接文件)，然后再次建立asm文件，并将它链接向asm-$2（即asm-arm）目录。
再往下看如下：
第六项不为空，则执行ln -s arch-S3c24x0 asm-asm/arch
（3）创建顶层Makefile包含的文件include/config.mk
echo用于打印操作，>表示新建一个文件，>>表示把内容追加进去
即会生成一个配置文件config.mk，显示config.mk内容为：
ARCH：arm
CPU：arm920t
BOARD：100ask24x0
SOC：s3c24x0
（4）常见创建单板相关的头文件include/config.h
里面的内容就是：
#include <configs/100ask24x0.h>
显然100ask24x0.h这就是我们的配置文件，在这里面我们要去配置支持什么东西，比如是否支持某些命令
以上就是我们分析mkconfig文件的过程
总结配置具体做了什么：
1.确定board_name = $1
2.创建到平台/开发板相关头文件的链接 asm-arm
3.创建顶层Makefile包含的文件include/config.mk
4.创建开发板相关的头文件include/config.h
2.分析编译过程：直接执行make
继续分析Makefile
包含上面配置生成的include/config.mk，其中定义了ARCH CPU BOARD VENDOR SOC等变量的值
指定交叉编译工具链：arm-linux-
包含顶层目录的config.mk文件
然后看到：
cpu就是arm920t 即OBJS = cpu/arm920t/start.o，这是OBJS的第一个值
为了方便直接分析，不分析Makefile的话，可以直接执行make命令，在make命令的最后面就是相关的链接命令
可以看到链接的时候用到了链接脚本u-boot.lds以及代码段的基地址33F80000，然后准备start.o原材料以及库，最后输出u-boot，如下：
基地址33F80000：uboot运行的时候应该位于33F80000这里
原材料怎么组织成一个u-boot? ---->分析链接脚本
目录：board/100ask24x0/u-boot.lds，内容如下：
看到第35行，cpu/arm920t/start.o被放在程序的最前面，所以u-boot的入口点就在cpu/arm920t/start.s中
分析uboot就是从start.s入手就可以知道uboot的流程是什么
综上：分析Makefile可以发现：
1.第一个文件：cpu/arm920t/start.s
2.链接地址：board/100ask24x0/u-boot.lds以及一个33F80000(512k)这个地址（-Ttest） 最终是在基地址(0)+0x33F80000这里开始运行
TEXT_BASE在board/100ask24x0/config.mk中定义：
uboot太大的话超过512k的话是可以修改TEXT_BASE
总结一下u-boot的编译流程：
（1）首先编译cpu/arm920t/start.o，对于不同的cpu还有可能编译cpu/$(cpu)下的其他文件
（2）对平台/开发板相关的每个目录、每个通用目录都是用他们各自的Makefile生成相应的库
（3）将1.2步骤生成的.o和,a文件按照board/100ask24x0/config.mk文件中指定的代码段起始地址、board/100ask24x0/u-boot.lds链接脚本进行链接
（4）第三步得到的是elf格式的u-boot，后面Makefile会将它转换为二进制格式、srec格式
五、u-boot分析之源码阶段
1.start.s
（1）设置为svc管理模式 b reset
（2）关闭看门狗
（3）屏蔽所有的中断，也就是关中断
（4）初始化SDRAM
cpu相关的初始化 cpu_init_crit
条件是当前代码的地址(如果是nand的话就是0，如果是通过仿真器直接下载到SDRAM里面去的话就是他的链接地址33f80000)与TEXT_BASE(33f80000)不相等的话，也就是
说明SDRAM还没有初始化，则执行cpu_init_crit
在cpu_init_crit里面：
1.先清cache
2.关mmu
3.lowlevel_init 初始化存储控制器，经过这个初始化之后我们的内存才可以使用
（5）设置栈 调用C函数的话就必须设置栈，所谓设置栈也就是将sp指向某块内存
（6）初始化时钟
（7）重定位relocate 把代码从flash里面读到SDRAM里面的链接地址去
（8）清bss段 bss:未初始化的或者初始化为0的静态变量或者全局变量，既然都为0，那么就没必要保存在程序里面了，免得浪费空间
（9）调用c函数start_armboot 更复杂的功能就在这里实现
以上都是硬件初始化。针对的是2440，可能换了一款单板或者换了一款CPU就不相同，但是总体上还是一样的，功能相似。所有以上就是uboot的第一阶段
第二阶段就是从start_armboot实现
（1）初始化本阶段要使用到的硬件设备
最主要的是设置系统时钟、初始化串口，因为需要从串口来看打印信息
board/100ask24x0/100ask24x0.c
board_init函数改变时钟，同时还保存了机器类型ID，这在调用内核的时候会传递给内核。
串口相关的初始化在cpu/arm920t/s3c24x0/serial.c中实现
（2）检测系统内存映射
同样在board/100ask24x0/100ask24x0.c中
第一个即指定开发板的起始地址为0x30000000，大小为0x40000000。
（3）u-boot命令的格式
内核的启动时通过命令来实现额，u-boot中每个命令都是通过U_BOOT_CMD宏来定义。
在include/command.h中定义，格式如下：
#define U_BOOT_CMD(name,maxargs,rep,cmd,usage,help) \\
cmd_tbl_t __u_boot_cmd_##name Struct_Section = #name, maxargs, rep, cmd, usage, help
具体参数函数在后面讲解
对于我们的u-boot：最终目的是启动内核
1.从flash上读出内核
因此要满足flash读写功能
2.启动内核
分析lib_arm/board.c文件下的start_armboot函数：
void start_armboot (void)
mem_malloc_init (_armboot_start - CFG_MALLOC_LEN);
nand_init(); /* go init the NAND */
env_relocate()：环境变量初始化 uboot下可以使用print打印环境变量
bootcmd就是自动启动时执行的命令
bootdelay就是执行自动启动的等待秒数
环境变量从哪里来？
对于环境变量，可以是默认写死的，也可以是从flash上保存中读到
这样uboot启动的时候会先去flash上看看有没有可用的环境变量，如果有的话就使用flash上的环境变量，没有的话就使用默认的
start_armboot–>flash_init, nand_init -->env_relocate -->main_loop(放在一个死循环里面)，这也就是为什么我们在uboot界面输入命令，然后解析，然后输出；然后再输入
在main_loop中有一个很重要的语句：
s = getenv(“bootcmd”)去获取环境变量; 可以使用print来查看bootcmd
bootcmd=nand read.jffs2 0x33007Fc0 kernel: bootm 0x33007Fc0
里面涉及到两条命令
1.从nand flash上面把内核读到0x33007Fc0这个内存里面来：nand read.jffs2 0x33007Fc0 kernel kernel是一个分区
2.启动的时候就从0x33007Fc0这里开始启动：bootm 0x33007Fc0
如果倒数计时到0的时候没按下空格就会执行run_command(s,0);意思就是去执行bootcmd命令，也就是启动内核
如果按下了空格，后面就会进入一个死循环，主要是uboot控制界面，用来解析读取用户按下的数据，会有一个去读串口信息的函数readline，然后运行run_command
因此不管是按下还是不按下，最终执行的函数都是run_command()
因此uboot的核心就是这些命令：run_command，分析这些命令的实现才可以知道内核的启动流程
六、u-boot分析之命令实现
程序根据输入的命令字符串(name)找到对应的函数(func)进行执行
uboot中肯定会有一个命令结构体name,func，run_conmand根据名字在结构体（cmd_tbl_s）中进行查找匹配，匹配的话就会调用命令对应的函数
struct cmd_tbl_s
char *name; /* Command Name */名字
int maxargs; /* maximum number of arguments */最大有多少个参数
int repeatable; /* autorepeat allowed? */是否可重复：也就是再次回车是不是还能执行上一次的命令
/* Implementation function */
int (*cmd)(struct cmd_tbl_s *, int, int, char *[]);处理函数
char *usage; /* Usage message (short) */短的帮助信息 比如执行help
#ifdef CFG_LONGHELP
char *help; /* Help message (long) */长的帮助信息 比如help某个命令
#endif
#ifdef CONFIG_AUTO_COMPLETE
/* do auto completion on the arguments */
int (*complete)(int argc, char *argv[], char last_char, int maxv, char *cmdv[]);
#endif
;
argc = parse_line()提取参数解析命令
如：md.w 0
argv[0] = “md.w” 命令
argv[1] = “0” 参数
七、uboot启动内核
启动也就是怎么通过bootcmd的两条命令来读出内核，启动内核
两条命令如下：
（1）nand read.jffs2 0X30007FC0 kernel：从nand上读内核（从kernel分区读）到0X30007FC0这个地址
分区：
在pc上每一个硬盘前面都有一个分区表
但是对于嵌入式Linux来说，flash上没有分区表，但是为什么又会分为boot区，环境变量区(也就是uboot的那些参数)，kernel区，根文件系统（root）区？
因为这是在源码里面写死的（在配置文件100ask24x0.h），注意关心的不是分区的名字，而是这些分区的起始地址和大小
#define MTDPARTS_DEFAULT "mtdparts=nandflash0:256k@0(bootloader)," \\ 从0开始的256k是BootLoader
"128k(params)," \\ 接下来的128K是环境变量
"2m(kernel)," \\ 接下来的2M是kernel
"-(root)" 剩下的是root
可以在uboot下使用mtb命令来进行查看分区
至于说为什么用jffs2，因为这样可以使得后面的长度不需要页对齐
对于flash上存的内核，称为UImage,而UImage就是一个头部加上真正的内核
头部：
typedef struct image_header
uint32_t ih_magic; /* Image Header Magic Number */
uint32_t ih_hcrc; /* Image Header CRC Checksum */
uint32_t ih_time; /* Image Creation Timestamp */
uint32_t ih_size; /* Image Data Size */
uint32_t ih_load; /* Data Load Address */表示加载地址，就是内核运行的时候要把他放在哪里
uint32_t ih_ep; /* Entry Point Address */表示入口地址，就是内核的时候直接跳到这个地址执行就可以了
uint32_t ih_dcrc; /* Image Data CRC Checksum */
uint8_t ih_os; /* Operating System */
uint8_t ih_arch; /* CPU architecture */
uint8_t ih_type; /* Image Type */
uint8_t ih_comp; /* Compression Type */
uint8_t ih_name[IH_NMLEN]; /* Image Name */
image_header_t;
关心的是load和ep
（2）bootm 0X30007FC0：从0X30007FC0这个地址启动；对应do_bootm()这个函数，所做的工作：
（1）读出头部，移动内核到加载地址(合适的地方)
bootm会先去读出他的头部（头部为64字节），得到他的加载地址和入口地址。memmove (&header, (char *)addr, sizeof(image_header_t));
如果发现当前内核不是位于他的加载地址的话，就会把这个内核移动到这个加载地址。
最后跳到入口地址去执行。memmove ((void *) ntohl(hdr->ih_load), (uchar *)data, len); data就是内核真正所在的地址
（2）启动；即do_bootm_linux()函数，所做的工作：
1.uboot告诉内核一些启动参数------>设置启动参数
在某个地址（与内核约定好）按照某种格式保存数据，内核起来之后就去这个地址读取数据
这里的格式就是TAG，地址对于开发板来说是0X30000100
以下进行举例说明：
setup_start_tag (bd);
setup_memory_tags (bd);
setup_commandline_tag (bd, commandline);
setup_end_tag (bd);
char *commandline = getenv (“bootargs”);
对于bootargs：是传递给内核的启动参数，存放在commandline字符串中
print boorargs：根文件系统位于第4个flash分区，第一个应用程序（init）是谁，内核打印信息（console）从哪里打印出来
2.跳到入口地址启动内核：
theKernel = (void (*)(int, int, uint))ntohl(hdr->ih_ep);头部会指向一个入口地址
theKernel (0, bd->bi_arch_number, bd->bi_boot_params);
第一个参数：0
第二个参数：机器ID 看支不支持这个单板
第三个参数：参数的起始地址，即0X30000100
输入boot命令实际上就是执行bootcmd的命令，启动内核
以上是关于u-boot分析与使用的主要内容，如果未能解决你的问题，请参考以下文章