正点原子嵌入式linux驱动开发——U-boot使用

在学会U-boot的移植以及其启动过程之前，先体验一下U-boot会更有助于学习的认知。STM32MP157开发板光盘资料里面已经提供了一个正点原子团队已经移植好的U-Boot，本章我们就直接编译这个移植好的U-Boot，然后烧写到EMMC里面启动，启动U-Boot以后就可以学习使用U-Boot的命令。

U-Boot简介

Linux系统要启动需要通过bootloader 程序引导，也就说芯片上电以后先运行一段bootloader程序。这段bootloader程序会先初始化DDR等外设，然后将Linux内核从Flash(NAND,NOR FLASH,SD,EMMC等 )拷贝到DDR 中，最后启动Linux 内核。当然了，bootloader的实际工作要复杂的多，但是它最主要的工作就是启动 Linux内核，bootloader和 Linux 内核的关系就跟 PC 上的BIOS和Windows的关系一样，bootloader就相当于BIOS。所以我们要先搞定bootloader，现在有很多现成的bootloader软件，比如U-Boot、vivi、RedBoot等等，其中以U-Boot使用最为广泛，为了方便书写，正点原子的后续教程会将U-Boot写为uboot。

uboot的全称是Universal Boot Loader，uboot是一个遵循GPL协议的开源软件，是一个裸机代码，可以看作是一个裸机综合例程。现在的uboot已经支持液屏、网络、USB等高级功能。uboot官网为U-Boot官网，如下图所示：

可以在uboot官网下载uboot源码，点击上图中左侧Topics中的“Source Code”，打开以后如下图所示：

点击上图中的“FTP”，进入其FTP服务器即可看到uboot源码，如下图所示：

上图中就是uboot的源码文件，在文档教程写出来的时候，最新版本是2020.10。但是一般不会直接用uboot官方的U-Boot源码。uboot官方的uboot源码是给半导体厂商准备的，半导体厂商会下载uboot官方的uboot源码，然后将自家相应的芯片移植进去。ST提供了2020.01版本的uboot，在此前获取ST官方系统源码中我们已经得到了ST官方uboot源码，进入到如下目录：

/stm32mp1-openstlinux-5.4-dunfell-mp1-20-06-24/sources/arm-ostl-linux-gnueabi

uboot源码如下图所示：

上图中的“u-boot-stm32mp-2020.01-r0”就是ST官方uboot源码包，它支持了STM32MP1家族全系列芯片 (后续ST也会一直更新，添加新的SOC进去 )，而且支持各种启动方式，比如EMMC、NAND 等等，这些都是uboot官方所不支持的。但是上图中的uboot 是针对ST自家评估板的，如果要在正点原子的STM32MP157开发板上跑，那么就需要对其进行修改，使其支持自己做的板子，正点原子的STM32MP157开发板就是自己做的板子，虽然大部分都参考了ST官方的STM32MP157 EVK开发板，但是还是有很多不同的地方，所以需要修改ST官方的uboot，使其适配正点原子的STM32MP157开发板。所以当我们拿到开发板以后，是有三种uboot的，这三种uboot的区别如下图所示：

首先uboot官方的基本是不会用的，因为支持太弱了。最常用的就是半导体厂商或者开发板厂商的uboot，如果是直接使用ST官方的评估板，就是用半导体厂商的uboot；如果你是购买的第三方开发板，比如正点原子的STM32MP157开发板，那么就使用正点原子提供的uboot源码（也是在半导体厂商的uboot 上修改的）。当然了，也可以在购买了第三方开发板以后使用半导体厂商提供的uboot，只不过有些外设驱动可能不支持，需要自己移植，这个就是我们常说的uboot移植。这一章主要是使用uboot，所以直接用正点原子已经移植好的uboot，在开发板光盘中，就是u-boot-stm32mp-2020.01-gdb8d2374-v1.0.tar.bz2。

U-Boot初次编译

编译

首先需要在Ubuntu中安装一些库，否则编译uboot会报错，安装命令如下：

sudo apt-get install libncurses5-dev bison flex

在Ubuntu中创建存放uboot的目录，比如可以新建一个名为“alientek_uboot”的文件夹用于存放正点原子提供的uboot源码。alientek_uboot文件夹创建成功以后使用FileZilla 软件将正点原子提供的uboot 源码拷贝到此目录中，正点原子提供的uboot 源码已经放到了开发板光盘中，就是u-boot-stm32mp-2020.01-xxxxxxxx-v1.0.tar.bz2（“xxxxxxxxx”为uboot打包时候的版本号，每次打包其版本号都不同！所以不要纠结于开发板光盘中的uboot源码打包版本号是否和教程里面的一致）。将stm32mp-2020.01-xxxxxxxx-v1.0.tar.bz2拷贝到前面新建的alientek_uboot文件夹下，使用如下命令对其进行解压缩：

tar -vxf u-boot-stm32mp-2020.01-gdb8d2374-v1.0.tar.bz2

解压完成以后如下图所示：

上图中除了u-boot-stm32mp-2020.01-gdb8d2374-v1.0.tar.bz2这个正点原子提供uboot源码压缩包以外，其他的文件和文件夹都是解压出来的uboot源码。执行以下命令，编译正点原子提供的uboot：

make distclean make ARCH=arm CROSS_COMPILE=arm-none-linux-gnueabihf- stm32mp157d_atk_defconfig make V=1 ARCH=arm CROSS_COMPILE=arm-none-linux-gnueabihf- DEVICE_TREE=stm32mp157d-atk all

上面命令每次编译的时候都要指定ARCH、 CROSS_COMPILE和 DEVICE_TREE，这三个含义如下：

• ARCH：指定所使用的平台架构，这里肯定是 arm；
• CROSS_COMPILE：所使用的交叉编译器前缀，本教程使用的是交叉编译器前缀为arm-none-linux-gnueabihf-；
• DEVICE_TREE：设备树文件，uboot也支持设备树，所以在编译的时候需要指定设备树文件，不同的硬件其设备树文件肯定不同，这里为stm32mp157d_atk，也就是正点原子的STM32MP157开发板对应的设备树。

编译的时候每次都输入ARCH和 CROSS_COMPILE比较麻烦，为了方便起见，可以直接修改uboot的Makefile文件，在里面直接对ARCH和CROSS_COMPILE进行赋值，也就是直接将ARCH设置为arm，CROSS_COMPILE设置为arm-none-linux-gnueabihf-，修改完成以后如下图所示：

注意！不能在Makefile里面对DEVICE_TREE进行复制，因为没用，必须在编译的时候手动输入！

设置好Makefile里ARCH和CROSS_COMPILE以后就可以将编译命令简化为如下所示：

make distclean //清除 make stm32mp157d_atk_defconfig //配置 uboot make V=1 DEVICE_TREE=stm32mp157d-atk all //编译

上述命令和前面的相比就要简洁很多，最后的“make V=1”是真正的编译命令，V=1表示编译uboot的时候输出详细的编译过程，方便我们观察uboot编译过程。直接输入“make”命令的话默认使用单线程编译，编译速度会比较慢，可以通过添加“-j”选项来使用多线程编译比如使用8线程编译，最后的编译命令就是：

make V=1 DEVICE_TREE=stm32mp157d-atk all -j8 //8线程编译

uboot编译完成如下图所示：

编译完成后就会在uboot源码目录下生成相应的镜像文件，如下图所示：

编译完成以后uboot源码多了一些文件，重点是u-boot.bin和u-boot.stm32这两个文件。u-boot.bin是 uboot的二进制可执行文件，u-boot.stm32是在u-boot.bin前面添加了256个字节头部信息。STM32MP1内部ROM代码和TF-A在运行uboot的时候要求前面添加头部信息。

烧写

使用STM32CubeProgrammer将上面编译出来的u-boot.stm32镜像烧写到开发板的EMMC里面，修改前面创建的tf-a.tsv文件，添加uboot烧写指令，在最后面添加下面这行：

P 0x06 ssbl Binary mmc1 0x00080000 u-boot.stm32

修改后的tf-a.tsv如图所示：

最后将上一小节编译出来的u-boot.stm32，拷贝到前面创建的 images目录下（在做 TF-A实
验的就有u-boot.stm32这个文件，我们只要替换就行）。

一切准备就绪以后就可以使用STM32CubeProgrammer软件通过USB OTG将uboot烧写到开发板上的EMMC里面，等到烧写完成。完成以后设置开发板上的拨码开关，设置从 EMMC启动，然后用USB Type-C线将开发板上的USB_TTL接口与电脑连接起来，因为我们要在串口终端里面输入命令来操作uboot。

打开MobaXterm，设置好串口参数，最后复位开发板。在MobaXterm上出现“Hit any key tostop autoboot: ”倒计时的时候按下键盘上的回车键，默认是1秒倒计时，在1秒倒计时结束以后如果没有按下回车键的话uboot就会使用默认参数来启动Linux 内核了（如果内核存在的话，如果 Linux内核不存在那么就会进入到uboot的命令行模式）。如果在1秒倒计时结束之前按下回车键，那么就会进入uboot 的命令行模式，如下图所示：

从上图可以看出，当进入到uboot 的命令行模式以后，左侧会出现一个“STM32MP=>”标志。uboot 启动的时候会输出一些信息，这些信息如下所示：

• 第1行是uboot版本号和编译时间，可以看出，当前的uboot版本号是2020.01，编译时间是2020年11月24日17:17；
• 第3行是CPU的信息，可以看出CPU型号为STM32MP157DAA；
• 第4行是板子信息，当前板子是ST公司的STM32MP157D eval开发板，这个信息是可以改的，因为正点原子是直接参考ST公司的EVK开发板移植的uboot，所以这部分信息也就没改；
• 第5行是板子的一些信息，比如工作在 trusted模式下；
• 第6行是DDR的大小，为1GB；
• 第7-12行是时钟信息，它们的频率分别为，MPU频率、MCU频率、AXI总线频率、PER的频率、DDR频率；
• 第13行是看门狗信息，喂狗时间为32s；
• 第14行是NAND的大小，因为正点原子的STM32MP157开发板没 NAND，所以这里就是0MB；
• 第15行是板子上MMC设备，一共有两个，SD/MMC0(SD卡)和SD/MMC1(EMMC)；
• 第16行是从MMC里获取环境变量；
• 第17-19行是标准输入、标准输出和标准错误所使用的终端，这里都使用串口 (serial)作为终端；
• 第20-23行是网络相关信息，网络的MAC地址从OTP里获取，因为我们的OTP没有设置MAC地址，所以就获取失败；这里的网络是可以用的，只是因为没有MAC地址所以提示没有找到网络，可以自行添加相关环境变量来设置MAC地址；
• 第25行是倒计时提示，默认倒计时1秒，倒计时结束之前按下回车键就会进入Linux命令行模式；如果在倒计时结束以后没有按下回车键，那么Linux内核就会启动，Linux内核一旦启动，uboot 就会寿终正寝。

uboot的主要作用是引导kernel，我们现在已经进入uboot的命令行模式了，进入命令行模式以后就可以给uboot发号施令了。当然了，不能随便发号施令，得看看uboot支持哪些命令，然后使用这些uboot所支持的命令来做一些工作。

U-Boot命令使用

进入uboot的命令行模式以后输入“help”或者“?”，然后按下回车即可查看当前uboot所支持的命令，如下图所示：

上图中只是uboot的一部分命令，具体的命令列表以实际为准。上图中的命令并不是uboot所支持的所有命令，uboot是可配置的，需要什么命令就使能什么命令。所以上图中的命令是正点原子提供的uboot中使能的命令，uboot支持的命令还有很多，而且也可以在uboot中自定义命令。

输入“help(或 ?)” 命令名也可以查看命令的详细用法，以“bootz”这个命令为例，我们输入如下命令即可查看“bootz”这个命令的用法：

? bootz 或 help bootz

结果如下图所示：

查询命令

常用的和信息查询有关的命令有3个：bdinfo、printenv和version。先来看一下bdinfo命令，此命令用于查看板子信息，直接输入“bdinfo”即可，结果如下图所示：

上图中可以看出DRAM的起始地址和大小、BOOT参数保存起始地址、波特率、sp(堆栈指针)起始地址等信息。

命令“printenv”用于输出环境变量信息，uboot也支持TAB键自动补全功能，输入“print”然后按下TAB键就会自动补全命令。直接输入“print”也可以，因为整个uboot命令中只有printenv的前缀是“print”，所以当输入print以后就只有printenv命令了。输入“print”，然后按下回车键，环境变量如下图所示：

STM32MP1系列的环境变量有很多，比如baudrate、board、board_name、boot_device、bootcmd、bootdelay等等。uboot中的环境变量都是字符串，既然叫做环境变量，那么它的作用就和“变量”一样。比如bootdelay这个环境变量就表示uboot启动延时时间，默认bootdelay=1，也就默认延时1秒，前面说的1秒倒计时就是由bootdelay定义的。uboot中的环境变量是可以修改的，有专门的命令来修改环境变量的值。

命令version用于查看uboot的版本号，输入“version”，uboot版本号如下图所示：

环境变量操作命令

修改环境变量

环境变量的操作涉及到两个命令：setenv和saveenv。setenv命令用于设置或者修改环境变量的值。命令saveenv用于保存修改后的环境变量，一般环境变量存放在外部flash中，uboot启动的时候会将环境变量从flash读取到DRAM中。所以使用命令setenv修改的是DRAM中的环境变量值，修改以后要使用saveenv命令将修改后的环境变量保存到flash中，否则uboot下一次重启会继续使用以前的环境变量值。

命令saveenv的格式为：

saveenv

比如我们要将环境变量bootdelay改为5，就可以使用如下所示命令：

setenv bootdelay 5 saveenv

上述命令执行过程如下图所示：

上图中，当使用命令saveenv保存修改后的环境变量会有保存过程提示信息，根据提示可以看出环境变量保存到了MMC(1)中，也就是EMMC中。这是因为采用的是EMMC启动，所以保存在MMC(1)中。

新建环境变量

命令setenv也可以用于新建命令，用法和修改环境变量一样，比如我们新建一个环境变量author，author的值为‘console=ttySTM0,11520 root=/dev/mmcblk2p2 rootwait rw’，那么就可以
使用如下命令：

setenv author 'console=ttySTM0,115200 root=/dev/mmcblk2p2 rootwait rw ' saveenv

上面命令设置author的值为“console=ttySTM0,115200 root=/dev/mmcblk2p2 rootwait rw”，其中“console=ttySTM0,115200”、 root=/dev/mmcblk2p2”、“rootwait”和“rw”相当于四组“值”，这四组“值”之间用空格隔开，所以需要使用单引号‘’将其括起来，表示这四组“值”都属于环境变量author。

author命令创建完成以后重启uboot，然后使用命令printenv查看当前环境变量，如下图所示：

删除环境变量

删除环境变量也是使用命令setenv，要删除一个环境变量只要给这个环境变量赋空值即可，比如我们删除掉上面新建的author环境变量，命令如下：

setenv author saveenv

上面命令中通过setenv给author赋空值，也就是什么都不写来删除环境变量author。重启uboot就会发现环境变量author没有了。

内存操作命令

内存操作命令就是用于直接对DRAM进行读写操作的，常用的内存操作命令有md、nm、mm、mw、cp 和cmp。

md命令

md命令用于显示内存值，格式如下：

md[.b, .w, .l] address [# of objects]

命令中的[.b .w .l]对应byte、word和long，也就是分别以1个字节、2个字节、4个字节来显示内存值。address就是要查看的内存起始地址，[# of objects]表示要查看的数据长度，这个数据长度单位不是字节，而是跟你所选择的显示格式有关。比如你设置要查看的内存长度为20(十六进制为 0x14)，如果显示格式为.b的话那就表示20个字节；如果显示格式为.w的话就表示20个word，也就是202=40个字节；**如果显示格式为.l 的话就表示20个long也就是204=80个字节**。

另外要注意：uboot命令中数字都是十六进制！！！

uboot命令里面的数字都是十六进制的，所以可以不用写“0x”前缀，十进制的20对应的十六进制为0x14，所以命令md后面的个数应该是14，如果写成20的话就表示查看32(十六进制为0x20)个字节的数据。分析如下三个命令：

md.b C0100000 10 md.w C0100000 10 md.l C0100000 10

上面这三个命令都是查看以0XC0100000为起始地址的内存数据，第一个命令以.b格式显示，长度为0x10，也就是16个字节；第二个命令以.w 格式显示，长度为0x10，也就是32个字节；最后一个命令以.l 格式显示，长度也是0x10，也就是64个字节。这三个命令的执行结果如下：

nm命令

nm 命令用于修改指定地址的内存值，命令格式如下：

nm [.b, .w, .l] address

nm命令同样可以以.b、.w以及.l指定操作格式，比如现在以.l格式修改0XC0100000地址的数据为0x12345678。输入命令：

nm .l C0100000

输入上述命令后结果如下图所示：

在上图中，C0100000表示现在要修改的内存地址，ea0000b8表示地址0xc0100000现在的数据，‘?’后面就可以输入要修改后的数据0x12345678，输入完成以后按下回车，然后再输入‘q’即可退出，如下图所示：

mm命令

mm命令也是修改指定地址内存值的，使用mm修改内存值的时候地址会自增，而使用nm命令的话地址不会自增。比如以.l格式修改从地址0XC0100000开始的连续3个内存块 (3*4=12个字节)的数据为0X05050505，操作如下图所示：

从上图可以看出，修改了地址0XC0100000、0XC0100004和0XC0100008的内容为0x05050505。

mw命令

命令mw用于使用一个指定的数据填充一段内存，命令格式如下：

mw [.b, .w, .l] address value [count]

mw命令同样以.b、.w和.l来指定操作格式，address表示要填充的内存起始地址，value为
要填充的数据，count是填充的长度。比如使用.l格式将以0XC0100000为起始地址的0x10个内存块 (0x10 * 4=64字节)填充为0X0A0A0A0A，命令如下：

mw .l C01000000 0A0A0A0A 10

然后使用命令md来查看，如下图所示：

cp命令

cp是数据拷贝命令，用于将DRAM中的数据从一段内存拷贝到另一段内存中，或者把NorFlash中的数据拷贝到DRAM中。命令格式如下：

cp [.b, .w, .l] source target count

cp命令同样以.b、.w和.l来指定操作格式，source为源地址，target为目的地址，count为
拷贝的长度。使用.l格式将0xC0100000处的地址拷贝到0xC0100100处，长度为0x10个内存块 (0x10 * 4=64个字节)，命令如下所示：

cp.l c0100000 c0100100 10

结果如下图所示：

cmp命令

cmp是比较命令，用于比较两段内存的数据是否相等，命令格式如下：

cmp [.b, .w, .l] addr1 addr2 count

cmp命令同样以.b、.w和.l来指定操作格式，addr1为第一段内存首地址，addr2为第二段
内存首地址，count为要比较的长度。

网络操作命令

uboot是支持网络的，在移植uboot的时候一般都要调通网络功能，因为在移植linux kernel的时候需要使用到uboot的网络功能做调试。uboot支持大量的网络相关命令，比如dhcp、ping、nfs和 tftpboot。

建议开发板和主机PC都连接到同一个路由器上！最后设置下图所示的几个环境变量：

上图的环境变量设置命令如下：

setenv ipaddr 192.168.1.250 setenv ethaddr b8:ae:1d:01:01:00 setenv gatewayip 192.168.1.1 setenv netmask 255.255.255.0 setenv serverip 192.168.1.249 saveenv

注意，网络地址环境变量的设置要根据自己的实际情况，确保Ubuntu主机和开发板的IP地址在同一个网段内，比如教程中的开发板和电脑都在 192.168.1.0这个网段内，所以设置开发板的IP地址为192.168.1.250，Ubuntu主机的地址为192.168.1.249，因此serverip就是192.168.1.249。ethaddr为网络MAC地址，是一个48bit的地址，如果在同一个网段内有多个开发板的话一定要保证每个开发板的ethaddr是不同的，否则通信会有问题！设置好网络相关的环境变量以后就可以使用网络相关命令了。

ping命令

开发板的网络能否使用，是否可以和服务器
(Ubuntu主机)进行通信，通过ping命令就可以
验证，直接ping服务器的IP地址即可，比如教程中服务器IP地址为192.168.1.249，命令如下：

ping 192.168.1.249

结果如下图所示：

从上图可以看出，192.168.1.249这个主机存在，说明ping成功，uboot的网络工作正常。

注意！只能在uboot中ping其他的机器，其他机器不能ping uboot，因为uboot没有对ping命令做处理，如果用其他的机器ping uboot的话会失败！

dhcp命令

dhcp用于从路由器获取IP地址，前提是开发板得连接到路由器上的，如果开发板是和电脑直连的，那么dhcp命令就会失效。直接输入dhcp命令即可通过路由器获取到IP地址，如下图所示：

从上图可以看出，开发板通过dhcp获取到的IP地址为192.168.1.7。 DHCP不单单是获取IP地址，其还会通过TFTP来启动 linux内核，输入“? dhcp”即可查看dhcp命令详细的信息，如下图所示：

nfs命令

nfs(Network File System)网络文件系统，通过nfs可以在计算机之间通过网络来分享资源，比如我们将linux镜像和设备树文件放到Ubuntu中，然后在uboot中使用nfs命令将Ubuntu中的linux镜像和设备树下载到开发板的DRAM中。这样做的目的是为了方便调试linux镜像和设备树，也就是网络调试，网络调试是Linux开发中最常用的调试方法。原因是嵌入式linux开发不像单片机开发，可以直接通过JLINK或STLink等仿真器将代码直接烧写到单片机内部的flash中，嵌入式Linux通常是烧写到EMMC、NAND Flash、SPI Flash等外置flash中，但是嵌入式Linux开发也没有MDK，IAR这样的IDE，更没有烧写算法，因此不可能通过点击一个“download”按钮就将固件烧写到外部flash中。虽然半导体厂商一般都会提供一个烧写固件的软件，但是这个软件使用起来比较复杂（一般用于量产），其远没有MDK、IAR的一键下载方便，在Linux内核调试阶段，如果用这个烧写软件的话将会非常浪费时间，而这个时候网络调试的优势就显现出来了，可以通过网络将编译好的linux镜像和设备树文件下载到DRAM中，然后就可以直接运行。

一般使用uboot中的nfs命令将Ubuntu中的文件下载到开发板的DRAM中，在使用之前需要开启Ubuntu主机的NFS服务，并且要新建一个NFS使用的目录，以后所有要通过NFS访问的文件都需要放到这个NFS目录中。Ubuntu的NFS服务开启在之前的笔记中已经详细讲解过了，包括NFS文件目录的创建。教程中设置的NFS文件目录为：/home/zuozhongkai/linux/nfs，uboot中的nfs命令格式如下所示：

nfs [loadAddress] [[hostIPaddr:]bootfilename]

loadAddress是要保存的DRAM地址，[[hostIPaddr:]bootfilename]是要下载的文件地址。这里将正点原子官方编译出来的Linux镜像文件uImage下载到开发板DRAM的0xC2000000这个地址处 (ST官方指定的Linux内核加载地址)。正点原子编译出来的uImage文件已经放到了开发板光盘中，就是uImage。将整个文件通过FileZilla发送到Ubuntu中的NFS目录下：/home/zuozhongkai/linux/nfs，完成以后的 NFS目录如下图所示：

准备好以后就可以使用nfs命令来将uImage下载到开发板DRAM的0XC2000000地址处，命令如下：

nfs C2000000 192.168.1.249:/home/zuozhongkai/linux/nfs/uImage

命令中的“C2000000”表示uImage在DDR中的首地址，“192.168.1.249:/home/zuozhongkai/linux/nfs/uImage”表示uImage在192.168.1.249这个主机中，路径为/home/zuozhongkai/linux/nfs/uImage。下载过程如下图所示：

上图中通过网络下载uImage的时候会打印出‘#’表示正在下载，如果网络环境不好，下载有干扰的话就会打印出一个‘T’，但是不干扰整体下载过程，只要最后能打印出“done”即可。

下载完成以后查看0xC2000000地址处的数据，使用命令md.b来查看前0x100(256)个字节的数据，如下图所示：

再使用winhex软件来查看刚刚下载的uImage，检查一下前面的数据是否和上图中的一致，结果如下图所示：

可以看出前0x100字节数据一致，nfs命令下载的uImage是正确的。

tftp命令

tftp命令的作用和nfs命令一样，都是用于通过网络下载东西到DRAM中，只是tftp命令使用的是 TFTP协议，Ubuntu主机作为TFTP服务器。因此需要在Ubuntu上搭建TFTP服务器，需要安装tftp-hpa和tftpd-hpa，命令如下：

sudo apt-get install tftp-hpa tftpd-hpa sudo apt-get install xinetd

和NFS一样，TFTP也需要一个文件夹来存放文件，在用户目录下新建一个目录，命令如下：

mkdir /home/zuozhongkai/linux/tftpboot chmod 777 /home/zuozhongkai/linux/tftpboot

教程创建了一个名为tftpboot的目录 (文件夹)，路径为/home/zuozhongkai/linux/tftpboot。注意！我们要给tftpboot文件夹权限，否则的话uboot不能从tftpboot文件夹里面下载文件。

最后配置tftp，新建文件/etc/xinetd.d/tftp，如果没有/etc/xinetd.d目录的话自行创建，然后在里面输入如下内容：

server tftp
{
	socket_type = dgram
	protocol = udp
	wait = yes
	user = root
	server = /usr/sbin/in.tftpd
	server_args = -s /home/zuozhongkai/linux/tftpboot/
	disable = no
	per_source = 11
	cps = 100 2
	flags = IPv4
}

完了以后启动tftp服务，命令如下：

sudo service tftpd-hpa start

打开/etc/default/tftpd-hpa文件，将其修改为如下所示内容：

# /etc/default/tftpd-hpa

TFTP_USERNAME="tftp"
TFTP_DIRECTORY="/home/liangwencong/linux/tftpboot"
TFTP_ADDRESS=":69"
TFTP_OPTIONS="-l -c -s"

TFTP_DIRECTORY就是我们上面创建的tftp文件夹目录，以后我们就将所有需要通过TFTP传输的文件都放到这个文件夹里面，并且要给予这些文件相应的权限。最后输入如下命令， 重启tftp服务器：

sudo service tftpd-hpa restart

tftp服务器已经搭建好了，接下来就是使用了。将uImage镜像文件拷贝到 tftpboot文件夹中，并且给予uImage相应的权限，命令如下：

cp uImage /home/zuozhongkai/linux/tftpboot/ cd /home/zuozhongkai/linux/tftpboot/ chmod 777 uImage

最后还要验证一下，uboot中的tftp命令格式如下：

tftpboot [loadAddress] [[hostIPaddr:]bootfilename]

看起来和nfs命令格式很相似，loadAddress是文件在DRAM中的存放地址，[[hostIPaddr:]bootfilename]是要从Ubuntu中下载的文件。但是和nfs命令的区别在于， tftp命令不需要输入文件在Ubuntu中的完整路径，只需要输入文件名即可。比如我们现在将tftpboot文件夹里面的uImage文件下载到开发板DRAM的0XC2000000地址处，命令如下：

tftp C2000000 uImage

下载过程如下图所示：

从上图可以看出，uImage下载成功了，网速为2.3MibB/s，文件大小为7312880字节。同样的，可以使用md.b命令来查看前0x100个字节的数据是否和nfs中的相等。有时候使用tftp命令从Ubuntu中下载文件的时候会出现如下图所示的错误提示：

在上图中可以看到“TFTP error: ‘Permission denied’(0)”这样的错误提示，提示没有权限，出现这个错误一般有两个原因：

1. 在Ubuntu中创建tftpboot目录的时候没有给予tftboot相应的权限；
2. tftpboot目录中要下载的文件没有给予相应的权限。

针对上述两个问题，使用命令“chmod 777 xxx”来给予权限，其中“xxx”就是要给予权限的文件或文件夹。

uboot中关于网络的命令就大概是这些，最常用的就是ping、nfs和tftp这三个命令。使用ping命令来查看网络的连接状态，使用nfs和tftp命令来从Ubuntu主机中下载文件。

EMMC和SD卡操作命令

uboot支持EMMC和SD卡，因此也要提供EMMC和SD卡的操作命令。一般认为EMMC和SD卡是同一个东西，所以没有特殊说明，本教程统一使用MMC来代指EMMC和SD卡。uboot中常用于操作MMC设备的命令为“mmc”。

mmc是一系列的命令，其后可以跟不同的参数，输入“? mmc”即可查看mmc有关的命令，如下图所示：

从上图可以看出，mmc后面跟不同的参数可以实现不同的功能，如下图所示：

mmc info命令

mmc info命令用于输出当前选中的mmc info设备的信息，输入命令“mmc info”即可，如下图所示：

从上图可以看出，当前选中的MMC设备是EMMC，EMMC芯片版本为5.1，容量为7.3GiB(EMMC为8GB)，速度为52000000Hz=52MHz，8位宽的总线。还有一个与 mmc info命令相同功能的命令：mmcinfo，“mmc”和“info”之间没有空格。

mmc rescan命令

mmc rescan命令用于扫描当前开发板上所有的MMC设备，包括EMMC和SD卡，输入“mmc rescan”即可。

mmc list命令

mmc list命令用于来查看当前开发板一共有几个MMC设备，输入“mmc list”，结果如下图所示：

可以看出当前开发板有两个MMC设备：STM32 SD/MMC:0和STM32 SD/MMC:1(eMMC)，这是因为教程中的开发板用的是EMMC版本的核心板，加上SD卡一共有两个MMC设备，STM32 SD/MMC:0是SD卡， STM32 SD/MMC:1(eMMC)是EMMC。默认会将 EMMC设置为当前MMC设备，这就是为什么输入“mmc info”查询到的是EMMC设备信息，而不是SD卡。要想查看SD卡信息，就要使用命令“mmc dev”来将SD卡设置为当前的MMC设备。

mmc dev命令

mmc dev命令用于切换当前MMC设备，命令格式如下：

mmc dev [dev] [part]

[dev]用来设置要切换的MMC设备号，[part]是分区号，如果不写分区号的话默认为分区0。使用如下命令切换到SD卡：

mmc dev 0 //切换到SD卡，0为 SD卡，1为 eMMC

结果如下图所示：

从上图可以看出，切换到SD卡成功，mmc0为当前的MMC设备，输入命令“mmc info”即可查看SD卡的信息 (要插入SD卡 )，结果如下图所示：

从上图可以看出当前SD卡版本号为3.0，容量为14.8GiB(16GB的SD卡），4位宽的总线。

mmc part命令

有时候SD卡或者EMMC会有多个分区，可以使用命令“mmc part”来查看其分区，比如查看EMMC的分区情况，输入如下命令：

mmc dev 1 //切换到 EMMC mmc part //查看 EMMC分区

结果如下图所示：

从上图中可以看出，此时EMMC是EFI类型并且有1个分区，如果核心板EMMC烧写过系统的话会有 3个分区，正点原子出厂开发板都烧写系统，所以一般是3个分区，如下图所示：

从上图中可以看出，有3个分区，第一个分区为名字为“ssbl”，用来存放uboot镜像，范围为：扇区0x400-0x13ff；第二个分区名字为“boot”，用来存放linux内核镜像，范围为：扇区0x1400-0x213ff；第三个分区名字为“rootfs”，这个是根文件系统分区，占用了剩余的所有扇区，也就是扇区0x21400-0xe8fbff。

如果要将EMMC的分区2设置为当前MMC设置分区，可以使用如下命令：

mmc dev 1 2

结果如下图所示：

mmc read命令

mmc read命令用于读取mmc设备的数据，命令格式如下：

mmc read addr blk# cnt

addr是数据读取到DRAM中的地址，blk是要读取的块起始地址(十六进制 )，一个块是512字节，这里的块和扇区是一个意思，在MMC设备中我们通常说扇区，cnt是要读取的块数量 (十六进制)。比如从EMMC的第1024(0x400)个块开始，读取16(0x10)个块的数据到 DRAM的0XC0000000地址处，命令如下：

mmc dev 1 //切换到EMMC mmc read c0000000 400 10 //读取数据

结果如下图所示：

这里我们还看不出来读取是否正确，通过md.b命令查看0xc0000000处的数据就行了，查看16*512=8192(0x2000)个字节的数据，命令如下：

md.b c0000000 2000

结果如下图所示：

从上图可看出，前面的265个字节就是STM32MP1的头部信息。

EXT格式文件系统操作命令

uboot有ext2和ext4这两种格式的文件系统的操作命令，STM32MP1的系统镜像都是ext4格式的，所以我们重点讲解一下和ext4有关的三个命令：ext4ls、ext4load和ext4write。注意，由于只有linux内核、设备树和根文件系统是以ext4格式存放在EMMC中的，因此在测试ext4相关命令的时候要先确保EMMC里面烧写了完整的出厂系统！

ext4ls

ext4ls命令用于查询EXT4格式设备的目录和文件信息，命令格式如下：

ext4ls [] [directory]

interface是要查询的接口，比如mmc dev是要查询的设备号，part是要查询的分区， directory是要查询的目录。比如查询EMMC分区2中的所有的目录和文件，输入命令：

ext4ls mmc 1:2

结果如下图所示：

从上图可以看出，emmc的分区2中存放了10个文件，其中比较重要的就是三个.dtb设备树文件和Linux内核的uImage镜像文件。

ext4load命令

extload命令用于将指定的文件读取到DRAM中，命令格式如下：

extload [ [ [ [bytes [pos]]]]]

interface为接口，比如mmc dev是设备号，part是分区，addr是保存在DRAM中的起始地址，filename是要读取的文件名字。bytes表示读取多少字节的数据，如果bytes为0或者省略的话表示读取整个文件。pos是要读的文件相对于文件首地址的偏移，如果为0或者省略的话表示从文件首地址开始读取。将上图中EMMC分区2中的uImage文件读取到DRAM中的0XC2000000地址处，命令如下：

ext4load mmc 1:2 C2000000 uImage

操作过程如下图所示：

从上图可以看出在207ms内读取了8125872个字节的数据，速度为37.4MiB/s，速度是非常快的，因为这是从EMMC里面读取的，而EMMC是8位的，速度肯定会很快。

ext4write命令

ext4wirte命令用于将DRAM中的数据写入到MMC设备中，命令格式如下：

ext4write [sizebytes] [file offset]

interface为接口，比如mmc dev是设备号；part是分区；addr是要写入的数据在DRAM中的起始地址； absolute filename path是写入的数据文件名字，注意是要带有绝对路径，以’/开始；sizebytes表示要写入多少字节的数据；file offset为文件偏移。可以通过fatwrite命令在uboot中更新linux镜像文件和设备树。以更新linux镜像文件uImage为例，首先将正点原子STM32MP157开发板提供的uImage镜像文件拷贝到Ubuntu中的tftpboot目录下，使用命令tftp将uImage下载到DRAM的0XC0000000地址处，命令如下：

tftp C0000000 uImage

下载过程如下图所示：

uImage大小为7313888(0X6F99E0)个字节，接下来使用命令ext4write将其写入到EMMC的分区2中。为了和原有的uImage文件区分，我们将要写入的文件命名为test_uImage，命令如下：

ext4write mmc 1:2 c0000000 /test_uImage 0x6f99e0

结果如下图所示：

完成以后使用“ext4ls”命令查看一下EMMC分区2里面的文件，结果如下图所示：

BOOT操作命令

uboot的本质工作是引导Linux，所以uboot肯定有相关的boot(引导 )命令来启动Linux。常用的跟 boot有关的命令有：bootm、bootz和boot。

bootm命令

要启动Linux，需要先将Linux镜像文件拷贝到DRAM中，如果使用到设备树的话也需要将设备树拷贝到DRAM中。可以从EMMC或者NAND等存储设备中将Linux镜像和设备树文件拷贝到DRAM，也可以通过nfs或者tftp将Linux镜像文件和设备树文件下载到DRAM中。不管用那种方法，只要能将Linux镜像和设备树文件存到 DRAM中就行，然后使用bootm命令来启动， bootm命令用于启动uImage镜像文件，bootm命令格式如下：

bootm [addr [arg ...]]

命令bootm主要有三个参数，addr是Linux镜像文件在DRAM中的位置，后面的“arg…”表示其他可选的参数，比如要指定initrd的话，第二个参数就是initrd在 DRAM中的地址。如果Linux内核使用设备树的话还需要第三个参数，用来指定设备树在DRAM中的地址，如果不需要initrd的话第二个参数就用‘-’来代替。

现在使用网络和EMMC两种方法来启动Linux系统，首先将STM32MP157开发板的Linux镜像和设备树发送到Ubuntu主机中的tftpboot文件夹下。Linux镜像文件前面已经放到了tftpboot文件夹中，现在把设备树文件放到 tftpboot文件夹里面。以EMMC核心板为例，将开发板光盘中stm32mp157d-atk.dtb发送到Ubuntu主机中的tftpboot文件夹里面，完成以后 tftpboot文件夹如下图所示：

现在Linux镜像文件和设备树都准备好了，先学习如何通过网络启动Linux，使用tftp命令将uImage下载到DRAM的0XC2000000地址处，然后将设备树stm32mp157d-atk.dtb下载到DRAM中的0XC400000地址处，最后使用命令bootm启动，命令如下：

tftp c2000000 uImage tftp c4000000 stm32mp157d-atk.dtb bootm c2000000 - c4000000

命令运行结果如下图所示：

从上图可以看出，此时Linux内核已经启动成功，相关的 log信息已经打印出来了。

注意！只要打印出Linux内核启动信息就说明Linux系统启动成功，由于没有给 bootargs参数，所以Linux系统启动最终会失败，因为找不到根文件系统！

如果要从EMMC中启动Linux系统的话只需要使用命令 ext4load将uImage和stm32mp157d-atk.dtb从EMMC的分区2中拷贝到DRAM中，然后使用命令bootm启动即可。先使用命令ext4ls查看要下EMMC的分区2中有没有uImage和stm32mp157d-atk.dtb，如果没有的话需要先使用STM32CubeProgrammer将正点原子出厂系统烧写到开发板中。

使用命令ext4load将uImage和stm32mp157d-atk.dtb文件拷贝到DRAM中，地址分别为0XC2000000和0XC4000000，最后使用bootm启动，命令如下：

ext4load mmc 1:2 c2000000 uImage ext4load mmc 1:2 c4000000 stm32mp157d-atk.dtb bootm c2000000 - c4000000

命令运行结果如下图所示：

bootz命令

bootz和bootm功能类似，但是bootz用于启动zImage镜像文件，bootz命令格式如下：

bootz [addr [initrd[:size]] [fdt]]

命令bootz有三个参数，addr是 Linux镜像文件在DRAM中的位置，initrd是initrd文件在DRAM中的地址，如果不使用initrd的话使用‘-’代替即可，fdt就是设备树文件在DRAM中的地址，使用方法和bootm一模一样，只是所引导的Linux镜像格式不同，NXP的I.MX6ULL就是使用bootz命令来引导Linux内核的。

boot和bootd命令

注意！ST官方uboot并没有使能boot和bootd这两个命令，需要自行配置uboot来启动这两个命令，正点原子出厂系统已经使能了这两个命令，后面uboot移植章节会给大家讲解如何使能这两个命令。

boot和bootd其实是一个命令，它们最终执行的是同一个函数。为了方便起见，后面就统一使用boot命令，此命令也是用来启动Linux系统的，只是boot会读取环境变量bootcmd来启动Linux系统，bootcmd是一个很重要的环境变量！其名字分为“boot”和“cmd”，也就是“引导”和“命令”，说明这个环境变量保存着引导命令，其实就是多条启动命令的集合，具体的引导命令内容是可以修改的。比如我们要想使用tftp命令从网络启动Linux那么就可以设置bootcmd为“tftp c2000000 uImage;tftp c4000000 stm32mp157d-atk.dtb;bootm c2000000 - c4000000”然后使用saveenv将bootcmd保存起来。然后直接输入boot命令即可从网络启动Linux系统，命令如下：

setenv bootcmd 'tftp c2000000 uImage;tftp c4000000 stm32mp157d-atk.dtb;bootm c2000000 -c4000000' saveenv boot

运行结果如下图所示：

前面说过uboot倒计时结束 以后就会启动Linux系统，其实就是执行的bootcmd中的启动命令。只要不修改 bootcmd中的内容，以后每次开机uboot倒计时结束以后都会使用tftp命令从网络下载uImage和stm32mp157d-atk.dtb，然后启动Linux内核。

如果想从EMMC启动系统，那就设置bootcmd环境变量为“ext4load mmc 1:2 c2000000 uImage;ext4load mmc 1:2 c4000000 stm32mp157d-atk.dtb;bootm c2000000 - c4000000”，然后使用boot命令启动即可，命令如下：

setenv bootcmd 'ext4load mmc 1:2 c2000000 uImage;ext4load mmc 1:2 c4000000 stm32mp157d-atk.dtb;bootm c2000000 - c4000000' saveenv boot

运行结果如下：

如果不修改bootcmd的话，每次开机uboot倒计时结束以后都会自动从EMMC里面读取uImage和stm32mp157d-atk.dtb，然后启动Linux。

在启动Linux内核的时候可能会遇到如下错误：

“---[ end Kernel panic - not syncing: VFS: Unable to mount root fs on unknown-block(0,0)”

如下图所示：

这个错误的原因是linux内核没有找到根文件系统，这个很正常，因为没有在bootargs环境变量中指定根文件系统路径，关于bootargs环境变量后面会讲解！此处重点是验证boot命令，linux内核已经成功启动了，说明boot命令工作正常。

UMS命令

在uboot下可以将开发板虚拟成一个U盘，可以选择使用哪个Flash作为这个U盘的存储器，比如将正点原子STM32MP157开发板上的EMMC或者SD卡虚拟成U盘。当将EMMC虚拟成U盘以后就可以直接在电脑上向开发板拷贝文件了，比如在产品开发阶段， 就可以直接在uboot下将某个文件拷贝到开发板的根文件系统中，这样就不需要进入系统或者通过网络来替换文件。

uboot提供的ums命令就是来完成此功能的，ums命令格式如下：

ums []

其中USB_controller是usb接口索引，有的开发板有多个USB SLAVE接口，具体要使用哪个就可以通过USB_controller参数指定。正点原子STM32MP157开发板只有一个USB_OTG口可以作为USB SLAVE，对应的索引为 0。Devtype是要挂载的设备，默认为mmc dev[:part]是要挂载的Flash设备，part是要挂载的分区。

这里我们将开发板的EMMC挂载到电脑上，首先使用USB Type-C线将开发板的USB_OTG口与电脑连接起来，然后用以下命令启动：

ums 0 mmc 1

运行结果如下图所示：

挂载成功以后就会在电脑上显示有几个U盘，U盘数量取决于你当前开发板EMMC分区数量，如果烧写过出厂系统的话默认是3个 U盘，如下图所示：

注意，在 Windows下这三个 U盘是无法操作的，因为这三个U盘是ext4格式的，而Windows是不支持ext4格式！所以在操作的时候发现Windows报出U盘识别有问题，让格式化的，千万不要格式化！否则开发板整个Linux系统都会被格式化掉！

既然Windows识别不了ext4格式，那么可以将其挂载到Ubuntu下，这样就可以正常操作这三个U盘了。如果要结束挂载，在终端下运行先按住CTRL+C键就能结束这个挂载。

其他常用命令

uboot中还有其他一些常用的命令，比如reset、go、run和mtest等。

reset命令

reset命令顾名思义就是复位的，输入“reset”即可复位重启，如下图所示：

go命令

go命令用于跳到指定的地址处执行应用，命令格式如下：

go addr [arg ...]

addr是应用在DRAM中的首地址。

run命令

run命令用于运行环境变量中定义的命令，比如可以通过“run bootcmd”来运行bootcmd中的启动命令，但是run命令最大的作用在于运行我们自定义的环境变量。在后面调试Linux系统的时候常常要在网络启动和EMMC启动之间来回切换，而bootcmd只能保存一种启动方式，如果要换另外一种启动方式的话就得重写bootcmd，会很麻烦。这里我们就可以通过自定义环境变量来实现不同的启动方式，比如定义环境变量mybootemmc表示从emmc启动，定义mybootnet表示从网络启动。如果要切换启动方式的话只需要运行“run mybootxxx(xxx为 emmc或 net)”即可。

以上可以如此实现，创建环境变量mybootemmc和mybootnet，命令如下：

setenv mybootemmc 'ext4load mmc 1:2 c2000000 uImage;ext4load mmc 1:2 c4000000(有空格) stm32mp157d-atk.dtb;bootm c2000000 - c4000000' setenv mybootnet 'tftp c2000000 uImage;tftp c4000000 stm32mp157d-atk.dtb;bootm c2000000 - (有空格) c4000000' saveenv

创建环境变量成功以后就可以使用run命令来运行mybootemmc、mybootnet或mybootnand来实现不同的启动：

run mybootemmc

或

run mybootnet

mtest命令

mtest命令是一个简单的内存读写测试命令，可以用来测试自己开发板上的DDR，命令格式如下：

mtest [start [end [pattern [iterations]]]]

start是要测试的DRAM开始地址，end是结束地址，比如测试0XC0000000-0XC0001000这段内存，输入“mtest C0000000 C0001000”，结果如下图所示：

从上图可以看出，测试范围为0XC0000000-0XC0001000，已经测试了527次，如果要结束测试就按下键盘上的“Ctrl+C”键。

至此，uboot常用的命令就讲解完了，如果要使用uboot的其他命令，可以查看uboot中的帮助信息，或者上网查询一下相应的资料。

MII命令

MII命令是网络相关命令，主要用于读取网络 PHY芯片寄存器，在uboot中调试网络PHY芯片的时候非常有用！另外，MDIO命令也是与网络PHY芯片有关的。一般来说，uboot启动以后，如果网络PHY芯片工作正常，那么我们可以直接使用MII命令来读取核心板上PHY芯片的内部寄存器。但是在STM32MP157上是不能读取的，原因是ST官方提供的uboot中，每次网络通信完成以后会关闭ETHMAC时钟，所以MII命令就会无法工作。解决这个方法很简单，每次使用MII或者MDIO命令来操作PHY芯片的时候，先使能ETHMAC时钟。将0X50000218这个寄存器的 bit8~10置1即可。具体步骤如下：

1.先ping一下其他网络设备

先在uboot中ping一下其他设备，注意，此时uboot网络工作一定要正常！如果uboot网络工作不正常就不用ping了。ping一下的目的是让PHY芯片与远端设备进行协商，设置好网络状态，方便使用mii命令读取判断。

2.使能ETHMAC时钟

修改寄存器0X50000218的bit8-10为1，使用mm命令即可，修改过程如下图所示：

3.使用MII命令获取PHY芯片寄存器值

接下来就可以使用MII命令读取PHY芯片寄存器值，MII是一系列命令，如下图所示：

使用“mii info”命令，“mii info”命令格式如下：

mii info

其中addr就是PHY芯片地址，正点原子V1.2版本核心板上的PHY芯片为 RTL8211，地址为0X01。 V1.3版本核心板上的PHY芯片为YT8511，地址为0X00。最新的板子都是V1.4核心板，所以命令如下：

mii info 0x0

结果如下图所示：

也可以使用“mii read”命令读取PHY芯片的其他寄存器。或者使用“mii write”命令向指定的寄存器写入一个数据。

总结

这一章节主要是对U-Boot有了基础的了解，完成了uboot的初次编译和烧写工作，并且在本章中花费大量章节学习了uboot的许多常用命令，可以作为后续的参考手册来进一步的巩固学习。