CORTEX-A8 uboot系列: 第一章 uboot介绍

第一章 uboot介绍

1、Uboot的入口和出口

入口:开机自动启动

出口:启动内核

2、Uboot的工作方式

Uboot的本质就是一个裸机程序,和在裸机下开发出来得到的xxx.bin并没有本质区别。唯一的区别就是uboot比较大,一般在180k-400k之间。并且功能比较复杂。

Uboot本身是一个开源项目,由若干个.c文件和.h文件组成,配置编译之后会生产一个uboot.bin,这就是uboot这个裸机程序的镜像文件。然后这个镜像文件被合理的烧录到启动介质中去拿给soc启动。也就是说uboot在没有运行时表现为uboot.bin,一般放在启动介质中。

Uboot运行时会被加载到内存中然后一条一条指令的被CPU执行。

3、Uboot的shell命令界面

Uboot启动后,会提供一个shell界面,可以进行人机交互。该shell和操作系统下的shell是很像的,只是命令集不一样。

4、uboot的2个关键点

uboot的2个关键点:uboot命令和uboot环境变量。

Uboot启动后大部分时间和工作都是在shell下完成的(例如uboot要部署系统要在shell下输命令、要设置环境变量也得在命令行下,要启动内核也是在命令行下)

命令就是uboot的shell中可以识别的各种命令。Uboot中有几十个命令,其中有一些是常用另一些不常用(还可以自己给uboot添加命令)

Uboot的环境变量和操作系统的环境变量工作原理和使用方式几乎完全相同。

环境变量就是运行时的配置属性。系统的全部环境变量是系统内置的。系统可以通过读取环境来指导程序的运行,这样的设计的好处是灵活,使程序更改运行方式,可以不用去修改程序代码进行编译运行,只要修改相应的环境变量就可以了。

5、Uboot命令

Uboot包含了众多的命令:

◾有些命令可以简化,如print和printenv,set和setenv

◾有些命令要带参数,如setenv后面要带参数

◾命令中的双引号,uboot的有些命令非常长,为了告诉uboot这个较长的而且中间是有空格的字符串是命令的一个参数

如 set name “weiqi 7777 lujun”,设置一个变量name,变量值是weiqi 7777 lujun

◾有一些命令是一个命令族(譬如movi)

命令族就是好多个命令的开头都是同一个命令关键字的,但是后面的参数不一样,这个命令的功能和作用也不同。

同一个命令族中的所有的命令都有极大的关联,譬如movi开头的命令族都和moviNand(EMMC,iNand)操作有关。

5.1、printenv/print

Print命令不带参数,作用是打出系统中所有的环境变量。

5.2、setenv/set

设置(添加/更改)环境变量。

后面带一个参数,表示删除这个环境变量。

后面带两个参数,表示添加/修改这个环境变量的值为第二个参数。

5.3、saveenv/save

保存环境变量,将内存中的环境变量的值同步保存到FLASH中环境变量的分区。

环境变量的保存是整体的覆盖保存,也就是说内存中所有的环境变量都会整体的将FLASH中环境变量分区中原来的内容整体覆盖。

5.4、ping

开发板网络测试命令,和PC机的命令使用一样

注意,开发板和电脑连上同一个网段,先ping通主机,主机ip地址是主机本地连接的ip地址,可以将该地址更改为192.168.1.10。确定开发板中uboot的环境变量,ethaddr(随便设置),netmask(255.255.255.0),ipaddr(表示当前开发板的ip地址,要设置为同PC一个网段,可以设置为192.168.1.77)

如果是使用路由器,开发板和PC都连上路由器,只需要将开发板的ipaddr设置和PC同一个网段即可

5.5、tftp

下载指令,从网络下载文件到内存中

使用格式 tftf 内存地址 文件名字

如 tftp 0x30000000 zImage-qt 将服务器上zImage-qt文件下载到开发板的内存0x30000000上

服务器的ip地址,由uboot的serverip环境变量设置。

5.6、movi

SD卡/iNand/EMMC操作指令

movi是一个命令集,有很多子命令

movi指令都是movi read和movi write一组,movi read从iNand中读取内容到内存中,movi write将内存数据写入到iNand中。

如:

把iNand中的u-boot分区读出到内存的0x30000000起始的位置处。(uboot代码将iNand分成了很多分区,每个分区有地址范围和分区名,uboot程序操作中可以直接使用地址来操作iNand分区,也可以使用分区名来操作分区)

5.7、nand

操作nandflash,和movi操作基本一样,不过九鼎的uboot中去掉了这个指令,因此x210开发板默认没有焊接nandflash芯片。

5.8、内存操作指令:mm,mw,md

内存不像FLASH有分区,只有地址,操作时注意不能越界。

Uboot是一个裸机程序,不像操作系统会由系统整体管理所有内存,系统负责分配和管理,系统会保证内存不会越界。但是裸机程序uboot并不管理内存,内存是随便可以使用,所以使用uboot时,内存地址要使用正确。

Md,显示内存区域数据, .b 以字节显示, .w 以半字显示, .l 以字显示

mw,memory write将数据写入到内存

mm,memory modify,修改内存中的某一块,地址会自动增加。修改结束,输入y结束。

5.9、启动内核指令:bootm,go

Uboot的终极目标就是启动内核,启动内核在uboot中表现为一个函数,uboot命令行中调用这个函数就会启动内核

差别,bootm启动内核会给内核传参,而go命令启动内核不传参。

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。所以go命令的实质就是PC直接跳转到一个内存地址去运行。Go命令可以在uboot中执行裸机程序。

6、环境变量

环境变量有2份,一份在FLASH中,另一份在内存中。uboot开机时一次性从FLASH中读取全部环境变量到内存中作为环境变量的初始值,然后使用过程中是用内存中这一份,用户可以用saveenv命令将内存中的环境变量保存到FLASH的环境变量,实现更新。

环境变量在uboot中是用字符串表示的。uboot按照字符匹配的方式来区分各个环境变量。

环境变量有以下:

◾自动运行倒数时间:bootdelay

◾ipaddr,开发板的本地IP地址

◾serverip是开发板通过tftp指令去tftp服务器下载文件时的tftp服务器的IP地址

◾gatewayip是开发板的本地网关地址

◾netmask是子网掩码

◾ethaddr是开发板的本地网卡的MAC地址

◾bootcmd,启动运行命令

uboot启动后,会进行倒数bootdelay时间,如果中间没有被打断,uboot会自动执行启动命令。

uboot开机自动启动时机就是在内部执行了bootcmd这个环境变量的值所对应的命令集。

◾bootargs,uboot给kernel传递的参数

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。这样的设计是为了灵活,为了内核在不重新编译的情况下可以用不同的方式启动

在uboot的环境变量中设置bootargs,然后bootm命令启动内核是会自动将bootargs传给内核

如以下的bootargs:

bootargs=console=ttySAC2,115200 root=/dev/mmcblk0p2 rw init=/linuxrc rootfstype=ext3

◾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mmc通道0(iNand)第二分区,可读可写

◾init=/linuxrc linux的进程1(init进程)的路径

◾rootfstype=ext3 指根文件系统的类型为ext3

内核传参非常重要,内核移植,如果传值不正确,会造成内核启动不起来

7、Uboot对FLASH和DDR的管理
7.1、对FLASH的分区

所谓分区,也就是对FLASH进行分块管理

Uboot中没有操作系统,因此需要自己对FLASH进行管理,所以需要实现对FLASH进行分区界定,有了这个界定,在部署系统是按照分区界定方法来部署,uboot和kernel的软件也是按照这个分区界定来工作。

分区方法不是固定的,是可以变动的,但是在一个移植中必须先设计好,然后使用统一的分区。

标准:

◾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启动设计,如210从扇区1开始),uboot的分区大小必须保证uboot能够放下,一般设置为512KB或1MB。

◾环境变量: 环境变量分区一般紧贴着uboot存放,大小为32KB或者更多

◾Kernel: 可以紧贴环境变量,大小一般为3MB或5MB或其他。

◾根文件系统: 紧贴着kernel,大小得看情况

◾自由分区: kernel启动后,将自由分区挂在到rootfs下使用

7.2、对DDR的分区

DDR的分区和FLASH的分区不同,因为FLASH是掉电存在的,而DDR是掉电丢失的,所以DDR是每次系统运行时开始部署的。

内存的分区,主要是在linux启动之前进行分区,linux内核启动后内核的内存管理模块会接管整个内存空间,这个时候就不需要我们管理了。

内存分区关键就在于内存中那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数据相互之间的影响。

系列其他篇

  • CORTEX-A8裸机系列:第十八章 AD与触摸屏
  • CORTEX-A8裸机系列:第十九章 LCD显示屏

原文首发于骏的世界博客
作者:卢骏.
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