嵌入式系统之bootloader简介

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

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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

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

setenv 设置新的环境变量

ORIGEN # set myboard FS4412 
ORIGEN # pri

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

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

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

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

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

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.