学习野火i.MX Linux 开发实战指南

本博客内容参考、摘抄自野火i.MX Linux 开发实战指南，为野火开源精神，开发板的优良做工点赞！(更加详细的内容可以微信关注“野火电子”公众号，免费获取stm32，i.mxrt1052，RTOS，嵌入式Linux等相关资料(无套路))

1.Uboot

全称 Universal boot loader,是遵循GPL条款的开源项目，U-BOOT发展至今，已经支持很多的操作系统，除了Linux，还支持NetBSD,VxWorks，Android等嵌入式操作系统的引导

如概述中所说，U-Boot主要是用来启动操作系统内核，它分为两个阶段，也就是boot+loader.下面的这个表格阐述了这两个阶段的具体内容

阶段	完成的工作内容
boot阶段	启动系统，初始化硬件设备，建立内存空间映射图，将系统的软硬件带到一个合适的状态
loader阶段	将操作系统的内核文件加载至内存，之后跳转到内核所在的地址运行

当一个开发板上电的时候，即使是执行非常简单的程序，都需要进行很多的初始化操作，例如初始化时钟，初始化存储控制器，将代码拷贝到运行内存中等操作，大多数处理器上电初始化的时候都会有默认的指令执行的位置，如ARM架构的处理器会从0x00000000地址开始读取第一条指令。
一般来说，Bootloader必须提供上电时的初始化代码，在系统上电时初始化相关的环境后，bootloader需要引导完整的操作系统。然后将控制器交给操作系统。
在开发的时候，我们可能需要利用一些命令操作bootloader，让bootloader完成一些事情，我们可以称这种模式为下载模式，比如从内存中的ELF镜像启动，从内存中启动应用程序镜像，当然，下载模式是对于开发人员在有意义，对于用户则不需要这些操作，直接可以启动操作系统运行，这种直接启动的操作系统的模式成为启动模式。正如我们所说，U-BOOT的功能十分强大，可以同时支持下载模式和启动模式，并且可以切换模式。它可以配置成在系统上电的N秒（N秒可以任意设置）内由操作人员选择是否进入下载模式，在这个模式下，bootloader将不会继续启动操作系统内核，而是由开发者去指定bootloader的工作，比如通过串口下载操作系统镜像，通过网络启动镜像等操作。
上面的两张图均为野火Linux开发板上电运行的串口打印信息，第一张图片是进入了下载模式，而第二张图片是正常的启动模式。

2 .Kernel

2.1 Linux内核

Kernel就是Linux内核，Linux采用宏内核架构，即Linux大部分功能都会在内核中实现。例如进程管理、内存管理、设备管理、文件管理以及网络管理等功能。

2.2 Linux系统的组成

Linux系统主要由5部分组成，分别为：进程管理子系统，内存管理子系统，文件子系统、网络子系统、设备子系统，如下图所示：
从上图中看出，整个系统内核由5个部分组成，并且由系统层调用(系统调用)

3.dtb

在 2011 年之前，ARM Linux 中存在大量描述芯片平台以及板级差异的垃圾代码，它
们位于 kernel/arch/arm/plat-xxx 目录和 kernel/arch/arm/mach-xxx 目录下，用代码描述硬件，如注册 platform 设备，声明设备的 resource 等，但这些代码对于 Linux 内核来说都是垃圾，因此 Linux 创始人 Linus Torvalds 在 2011 年 3 月份向 Linux 社区发送一封邮件，他提出ARM 架构平台应该参考其他平台如 PowerPC 的设备树机（Device Tree）制描述硬件，这样子在 Linux 内核中就不再需要进行大量的冗余编码，许多硬件及芯片平台的细节可以通过设备树传递给 Linux 内核。

其实设备树是一种描述硬件的数据结构，它把这些硬件设备的信息，用一个非 C 语言
的脚本语言来描述，而这个脚本文件，就是传说中的 Device Tree（设备树），设备树包括设备树源码（Device Tree Source，DTS）文件、设备树编译工具（Device Tree Compiler，DTC）与二进制格式设备树（Device Tree Blob，DTB）。DTS 包含的头文件格式为 DTSI，DTS 文件是一种人类可以看懂的编码格式，由节点（Node）和属性（Property）组成，节点中又可能会包含子节点，而属性则是可以简单理解为成对出现的名称与值.
因为 Uboot 和 Linux 不能直接识别 DTS 文件，它们只能识别二进制文件，所以需要把
DTS 文件编译成 DTB 文件，而 DTC 就是将设备树源码文件（.dts / .dtsi）编译成二进制格式设备树文件（.dtb）的编译工具，它位于 Linux 内核源码的 scripts/dtc 目录下，在 Linux配置中使能了设备树情况下，内核会自动编译对应的设备树，当然用户也可以单独编译设备树。
DTB 可以被内核与 BootLoader 识别解析，通常在制作 NAND Flash、SD Card 启动镜像时，通常会为 DTB 文件留下一部分存储区域以存储 DTB，在 BootLoader 启动内核时，会先读取 DTB 到内存。

Linux 的设备树中，可描述的硬件信息包括以下几类：

1. CPU 的数量和类别
2. 存基地址和大小
3. 总线和桥
4. 外设连接
5. 中断控制器和中断使用情况
6. GPIO 控制器和 GPIO 使用情况
7. Clock 控制器和 Clock 使用情况

4.根文件系统

根文件系统的英文名称叫做rootfs，这个是Linux在初始化阶段加载的第一个文件系统，根文件系统包括根目录和真实文件系统，根文件系统得名之所以在前面加上一个“根”，是因为他是加载其他文件系统的根，如果没有这个根的话，其他的文件系统也就没有办法加载。

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