Linux系统移植之—uboot移植，你们要的uboot终于来了，堪称精品

作为一名过来人，uboot、kernel对每个学linux的来说都有很深的情谊，因为它们是一个系统跑起来的最基础，每个学linux的都会首先接触到。而它们本身就是一个精美的小系统，里边代码所体现的逻辑、算法以及每个绝妙的C知识点都让你沉醉其中。

uboot 属于bootloader的一种，是用来引导启动内核的，它的最终目的就是，从flash中读出内核，放到内存中，启动内核。具体内容如下：

1 u­boot 的介绍及系统结构

1.1 u­boot 介绍

1.2 获取 u­boot

1.3 u­boot 体系结构

1.3.1 u­boot 目录结构

2 uboot 的启动过程及工作原理

2.1 启动模式介绍

2.2 阶段 1 介绍

2.2.1 定义入口

2.2.2 设置异常向量

2.2.3 设置 CPU 的模式为 SVC 模式

2.2.4 关闭看门狗

2.2.5 禁掉所有中断

2.2.6 设置以 CPU 的频率

2.2.7 设置 CP15

2.2.8 配置内存区控制寄存器

2.2.9 安装 U­BOOT 使的栈空间

2.2.10 BSS 段清 0

2.2.11 搬移 Nand Flash 代码

2.2.12 进入 C 代码部分

2.3 阶段 2 的 C 语言代码部分　

2.3.1 调用一系列的初始化函数

2.3.2 初始化网络设备

2.3.3 进入主 UBOOT 命令行

2.4 代码搬运

3 uboot 的移 植过程

3.1 环境

3.2 步骤

3.2.1 修改 Makefile

3.2.2 在 board 子目录中建立 crane2410

3.2.3 在 include/configs/中建立配置头文件

3.2.4 指定交叉编译工具的路径

3.2.5 测试编译能否成功

3.2.6 修改 lowlevel_init.S 文件

2.9 UBOOT 的 Nand Flash 移植

3.2.8 重新编译 u­boot

3.2.9 把 u­boot 烧入 flash

4.2 常用命令使用说明

4.2.1 askenv(F)

在标准输入（stdin）获得环境变量。

4.2.2 autoscr

从内存（Memory）运行脚本。（注意，从下载地址开始，例如我们的开发板是从 0x30008000 处开始运

行).

CRANE2410 # autoscr 0x30008000

## Executing script at 30008000

4.2.3 base

打印或者设置当前指令与下载地址的地址偏移。

4.2.4 bdinfo

打印开发板信息

CRANE2410 # bdinfo

-arch_number = 0x000000C1 （CPU 体系结构号）

-env_t = 0x00000000 （环境变量）

-boot_params = 0x30000100 （启动引导参数）

-DRAM bank = 0x00000000 （内存区）

--> start = 0x30000000 （SDRAM 起始地址）

--> size = 0x04000000 （SDRAM 大小）

-ethaddr = 01:23:45:67:89:AB （以太网地址）

-ip_addr = 192.168.1.5 （IP 地址）

-baudrate = 115200 bps （波特率）

4.2.5 bootp

通过网络使用 Bootp 或者 TFTP 协议引导境像文件。

CRANE2410 # help bootp

bootp [loadAddress] [bootfilename]

4.2.6 bootelf

默认从 0x30008000 引导 elf 格式的文件(vmlinux)

CRANE2410 # help bootelf

bootelf [address] - load address of ELF image.

4.2.7 bootd(=boot)

引导的默认命令，即运行 U-BOOT 中在“include/configs/smdk2410.h” 中设置的“bootcmd” 中

的命令。如下：

#define CONFIG_BOOTCOMMAND "tftp 0x30008000 uImage; bootm 0x30008000";

在命令下做如下试验:

CRANE2410 # set bootcmd printenv

CRANE2410 # boot

bootdelay=3

baudrate=115200

ethaddr=01:23:45:67:89:abCRANE2410 # bootd

bootdelay=3

baudrate=115200

ethaddr=01:23:45:67:89:ab

4.2.8 tftp(tftpboot)

即将内核镜像文件从 PC 中下载到 SDRAM 的指定地址，然后通过 bootm 来引导内核，前提是所用 PC 要安装设

置 tftp 服务。

下载信息：

CRANE2410 # tftp 0x30008000 zImage

TFTP from server 10.0.0.1; our IP address is 10.0.0.110

Filename 'zImage'.

Load address: 0x30008000

Loading: #################################################################

#################################################################

#################################################

done

Bytes transferred = 913880 (df1d8 hex)

4.2.9 bootm

内核的入口地址开始引导内核。

CRANE2410 # bootm 0x30008000

## Booting image at 30008000 ...

Starting kernel ...

Uncompressing

Linux......................................................................

done, .

4.2.10 go

直接跳转到可执行文件的入口地址，执行可执行文件。

CRANE2410 # go 0x30008000

## Starting application at 0x30008000 ...

4.2.11 cmp

对输入的两段内存地址进行比较。

CRANE2410 # cmp 0x30008000 0x30008040 64

word at 0x30008000 (0xe321f0d3) != word at 0x30008040 (0xc022020c)

Total of 0 words were the same

CRANE2410 # cmp 0x30008000 0x30008000 64

Total of 100 words were the same

4.2.12 coninfo

打印所有控制设备和信息，例如

-List of available devices:

-serial 80000003 SIO stdin stdout stderr

4.2.13 cp

内存拷贝，cp 源地址 目的地址 拷贝大小（字节）

CRANE2410 # help cp

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

ANE2410 # cp 0x30008000 0x3000f000 644.2.14 date

获得/设置/重设日期和时间

CRANE2410 # date

Date: 2006-6-6 (Tuesday) Time: 06:06:06

4.2.15 erase(F)

擦除 FLASH MEMORY, 由于该 ARM 板没有 Nor Flash, 所有不支持该命令.

CRANE2410 # help erase

erase start end

- erase FLASH from addr 'start' to addr 'end'

erase start +len

- erase FLASH from addr 'start' to the end of sect w/addr 'start'+'len'-1

erase N:SF[-SL]

- erase sectors SF-SL in FLASH bank # N

erase bank N

- erase FLASH bank # N

erase all

- erase all FLASH banks

4.2.16 flinfo(F)

打印 Nor Flash 信息, 由于该 ARM 板没有 Nor Flash, 所有不支持该命令.

4.2.17 iminfo

打印和校验内核镜像头, 内核的起始地址由 CFG_LOAD_ADDR 指定:

#define CFG_LOAD_ADDR 0x30008000 /* default load address */

该宏在 include/configs/crane2410.h 中定义.

CRANE2410 # iminfo

## Checking Image at 30008000 ...

Image Name: Linux-2.6.14.1

Created: 2006-06-28 7:43:01 UTC

Image Type: ARM Linux Kernel Image (uncompressed)

Data Size: 1047080 Bytes = 1022.5 kB

Load Address: 30008000

Entry Point: 30008040

Verifying Checksum ... OK

4.2.18 loadb

从串口下载二进制文件

CRANE2410 # loadb

## Ready for binary (kermit) download to 0x30008000 at 115200 bps...

## Total Size = 0x00000000 = 0 Bytes

## Start Addr = 0x30008000

4.2.19 md

显示指定内存地址中的内容

CRANE2410 # md 0

00000000: ea000012 e59ff014 e59ff014 e59ff014 ................

00000010: e59ff014 e59ff014 e59ff014 e59ff014 ................

00000020: 33f80220 33f80280 33f802e0 33f80340 ..3...3...3@..3

00000030: 33f803a0 33f80400 33f80460 deadbeef ...3...3`..3....

00000040: 33f80000 33f80000 33f9c0b4 33fa019c ...3...3...3...3

00000050: e10f0000 e3c0001f e38000d3 e129f000 ..............).00000060: e3a00453 e3a01000 e5801000 e3e01000 S...............

00000070: e59f0444 e5801000 e59f1440 e59f0440 D.......@...@...

00000080: e5801000 e59f043c e3a01003 e5801000 ....<...........

00000090: eb000051 e24f009c e51f1060 e1500001 Q.....O.`.....P.

000000a0: 0a000007 e51f2068 e51f3068 e0432002 ....h ..h0... C.

000000b0: e0802002 e8b007f8 e8a107f8 e1500002 . ............P.

000000c0: dafffffb e51f008c e2400803 e2400080 ..........@...@.

000000d0: e240d00c e51f0094 e51f1094 e3a02000 ..@.......... ..

000000e0: e5802000 e2800004 e1500001 dafffffb . ........P.....

000000f0: eb000006 e59f13d0 e281f000 e1a00000 ................

4.2.20 mm

顺序显示指定地址往后的内存中的内容,可同时修改,地址自动递增。

CRANE2410 # mm 0x30008000

30008000: e1a00000 ? fffff

30008004: e1a00000 ? eeeeee

30008008: e1a00000 ? q

CRANE2410 # md 30008000

30008000: 000fffff 00eeeeee e1a00000 e1a00000 ................

30008010: e1a00000 e1a00000 e1a00000 e1a00000 ................

30008020: ea000002 016f2818 00000000 000df1d8 .....(o.........

30008030: e1a07001 e3a08000 e10f2000 e3120003 .p....... ......

4.2.21 mtest

简单的 RAM 检测

CRANE2410 # mtest

Pattern FFFFFFFD Writing... Reading...

4.2.22 mw

向内存地址写内容

CRANE2410 # md 30008000

30008000: ffffdffd ffffdffc ffffdffb ffffdffa ................

CRANE2410 # mw 30008000 0 4

CRANE2410 # md 30008000

30008000: 00000000 00000000 00000000 00000000 ................

4.2.23 nm

修改内存地址, 地址不递增

CRANE2410 # nm 30008000

30008000: de4c457f ? 00000000

30008000: 00000000 ? 11111111

30008000: 11111111 ?

4.2.24 printenv

打印环境变量

CRANE2410 # printenv

bootdelay=3

baudrate=115200

ethaddr=01:23:45:67:89:ab

ipaddr=10.0.0.110

serverip=10.0.0.1

netmask=255.255.255.0

stdin=serial

stdout=serialstderr=serial

Environment size: 153/65532 bytes

4.2.25 ping

ping 主机

CRANE2410 # ping 10.0.0.1

host 10.0.0.1 is alive

4.2.26 reset

复位 CPU

4.2.27 run

运行已经定义好的 U-BOOT 的命令

CRANE2410 # set myenv ping 10.0.0.1

CRANE2410 # run myenv

host 10.0.0.1 is alive

4.2.28 saveenv(F)

保存设定的环境变量

4.2.29 setenv

设置环境变量

CRANE2410 # setenv ipaddr 10.0.0.254

CRANE2410 # printenv

ipaddr=10.0.0.254

4.2.30 sleep

命令延时执行时间

CRANE2410 # sleep 1

4.2.31 version

打印 U-BOOT 版本信息

CRANE2410 # version

U-Boot 1.1.4 (Jul 4 2006 - 12:42:27)

4.2.32 nand info

打印 nand flash 信息

CRANE2410 # nand info

Device 0: Samsung K9F1208U0B at 0x4e000000 (64 MB, 16 kB sector)

4.2.33 nand device <n>

显示某个 nand 设备

CRANE2410 # nand device 0

Device 0: Samsung K9F1208U0B at 0x4e000000 (64 MB, 16 kB sector)

... is now current device

4.2.34 nand bad

CRANE2410 # nand bad

Device 0 bad blocks:4.2.35 nand read

nand read InAddr FlAddr size

InAddr: 从 nand flash 中读到内存的起始地址。

FlAddr: nand flash 的起始地址。

size: 从 nand flash 中读取的数据的大小。

CRANE2410 # nand read 0x30008000 0 0x100000

NAND read: device 0 offset 0, size 1048576 ...

1048576 bytes read: OK

4.2.36 nand erease

nand erase FlAddr size

FlAddr: nand flash 的起始地址

size: 从 nand flash 中擦除数据块的大小

CRANE2410 # nand erase 0x100000 0x20000

NAND erase: device 0 offset 1048576, size 131072 ... OK

4.2.37 nand write

nand write InAddr FlAddr size

InAddr: 写到 Nand Flash 中的数据在内存的起始地址

FlAddr: Nand Flash 的起始地址

size: 数据的大小

CRANE2410 # nand write 0x30f00000 0x100000 0x20000

NAND write: device 0 offset 1048576, size 131072 ...

131072 bytes written: OK

4.2.37 nboot

u-boot-1.1.4 代码对于 nboot 命令的帮助不正确，修改如下:

正确的顺序为：

nboot InAddr dev FlAddr

InAddr: 需要装载到的内存的地址。

FlAddr: 在 nand flash 上 uImage 存放的地址

dev: 设备号

需要提前设置环境变量，否则 nboot 不会调用 bootm

CRANE2410 #setenv autostart yes

CRANE2410 # nboot 30008000 0 100000

Loading from device 0: <NULL> at 0x4e000000 (offset 0x100000)

Image Name: Linux-2.6.14.3

Created: 2006-07-06 7:31:52 UTC

Image Type: ARM Linux Kernel Image (uncompressed)

Data Size: 897428 Bytes = 876.4 kB

Load Address: 30008000

Entry Point: 30008040

Automatic boot of image at addr 0x30008000 ...

## Booting image at 30008000 ...

Starting kernel ...

4.3 命令简写说明

所以命令都可以简写，只要命令前面的一部分不会跟其它命令相同,就可以不用写全整个命令.save 命令

CRANE2410 # sa

Saving Environment to Flash...

Un-Protected 1 sectors

Erasing Flash...Erasing sector 10 ... Erased 1 sectors

4.4 把文件写入 NandFlash

如果把一个传到内存中的文件写入到 Nand Flash 中, 如：新的 uboot.bin, zImage(内核),

rootfs 等, 如果做呢？我们可以用 Nand Flash 命令来完成. 但是 Nand Flash 写时,必须先要把 Nand

Flash 的写入区全部擦除后,才能写. 下面以把内存 0x30008000 起长度为 0x20000 的内容写到 Nand

Flash 中的 0x100000 为例.

CRANE2410 # nand erase 0x100000 20000

NAND erase: device 0 offset 1048576, size 131072 ... OK

CRANE2410 # nand write 0x30008000 0x100000 0x20000

NAND write: device 0 offset 1048576, size 131072 ...

131072 bytes written: OK

uboot启动内核是什么，认识 uboot 和 内核 之间不可不说的关系

uboot启动内核是什么，认识 uboot和内核之间不可不说的关系

uboot镜像为 uboot.bin，Linux镜像为 zImage

嵌入式设备中的分区表是自己定义的，uboot和内核中的分区表应一致

内核运行前必须加载到 ddr中指定的地址处

uboot需要提供内核必要的参数

内核启动的方式

uboot启动内核有两种方式，一种是等待倒计时结束后直接启动内核，一种是在 uboot命令行中使用 boot命令启动内核

其代码分别如下

其中 parse_string_outer的作用是解析 boot参数并执行

/*------------------倒计时----------------------*/

s = getenv ("bootcmd");

if (bootdelay >= 0 && s && !abortboot (bootdelay)) {

...

parse_string_outer(s, FLAG_PARSE_SEMICOLON |

FLAG_EXIT_FROM_LOOP);

...

}

/*------------------命令行----------------------*/

int do_bootd (cmd_tbl_t *cmdtp, int flag, int argc, char *argv[])

{

...

if (parse_string_outer (getenv ("bootcmd"),

FLAG_PARSE_SEMICOLON | FLAG_EXIT_FROM_LOOP) != 0)

rcode = 1;

...

}

U_BOOT_CMD(

boot, 1, 1, do_bootd,

"boot - boot default, i.e., run 'bootcmd'\n",

NULL

);

/*-----------------相关宏定义----------------------*/

#ifdef CONFIG_BOOTARGS

"bootargs=" CONFIG_BOOTARGS "\0"

#endif

#ifdef CONFIG_BOOTCOMMAND

"bootcmd=" CONFIG_BOOTCOMMAND "\0"

#endif

#define CONFIG_BOOTARGS "console=ttySAC2,115200 root=/dev/mmcblk0p2 rw init=/linuxrc rootfstype=ext3"

#define CONFIG_BOOTCOMMAND "movi read kernel 30008000; movi read rootfs 30B00000 300000; bootm 30008000 30B00000"

加载内核到DDR中

uboot启动内核的步骤

·内核镜像从启动介质中加载到DDR中

·去DDR中启动内核镜像

本文使用的开发板 x210将镜像存放在 SD卡中，要加载到 ddr中需要使用到 movi指令

movi提供了对 iNand/SD卡的操作，movi read用来读取 iNand/SD卡中的内容到DDR中；movi write用来将DDR中的内容写入到 iNand/SD卡中

上面的代码中 bootcmd中的命令就是用来加载 kernel rootfs到 ddr

除了从 SD卡加载，还可以通过 tftp nfs等网络下载方式加载镜像

通过movi read kernel 30008000可以知道，内核加载到了 0x30008000的位置

内核的镜像生成

Linux直接编译得到 elf文件，叫 vmlinux或 vmlinuz。这种文件会比较大，为了烧录方便，会使用 objcopy工具制作成镜像文件，叫 Image(从78M精简成了7.5M)

早期使用的软盘比较小，Image对与软盘来说还是太大了，放不下。Linux对 Image做进一步的压缩，并在压缩文件前端附加了一部分解压缩代码，形成 zImage

uboot可以使用 mkimage工具，在 zImage前面加上64字节的uImage的头信息，形成 uImage

加载启动内核

内核的加载启动是通过 do_bootm完成的

前面介绍过，镜像文件分为两个部分，头部以及真正的内核

所以 do_bootm会先对镜像进行头部信息的校验，然后再进行内核的启动

头部信息的结构体如下

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 */

uint32_t ih_ep; /* Entry Point Address */

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;

在 do_bootm中就是通过 ih_os判断镜像的类型，然后使用相应的方法启动内核

这里的镜像是 Linux镜像，所以使用的是 do_bootm_linux， do_bootm_linux的参数大部分是通过 do_bootm传递的

启动的参数bootm 30008000，告诉 uboot去 30008000这个地址去找镜像文件

内核启动

镜像的程序入口叫做 entrypoint，在 do_bootm_linux中使用 ep保存，镜像的程序入口在头信息的 ih_ep中，可以通过读取头信息得到

得到 ep后，通过theKernel = (void (*)(int, int, uint))ep;将 ep格式化后传递给 theKernel，这样 theKernel函数就指向了内存中加载的OS镜像的真正入口地址

前面也提到了，每个开发板在 uboot中都有唯一的机器码，这个编码用来验证开发板与 uboot是否匹配，这个机器码还会传到内核中再次验证。这个机器码获取的第一顺序备选是环境变量machid，第二顺序备选是gd->bd->bi_arch_num(x210_sd.h中的 #define MACH_TYPE 2456)

接下来就是传参的过程。先看看 Linux的 Documentation/arm/Booting中对 CPU寄存器设置的描述

- CPU register settings

r0 = 0,

r1 = machine type number discovered in (3) above.

r2 = physical address of tagged list in system RAM, or

physical address of device tree block (dtb) in system RAM

通过读取 r0 r1 r2这三个寄存器的值来设置 CPU，r0固定为0，r1为前面提到的机器码，r2为存放启动参数 tag结构体的首地址

所以在 do_bootm_linux通过theKernel (0, machid, bd->bi_boot_params);完成传参的过程

传参是通过 struct tag这个结构体完成的，获取参数就是获取一个个 tag的过程。这些 tag也有着规定的格式，do_bootm_linux中通过 setup_start_tag和 setup_end_tag函数设置 tag的开始和结束，这个函数的作用就是设置当前 tag的类型为 ATAG_CORE和 ATAG_NONE，用作 tag起始终止位置的判别

需要注意的是，传参是一个很重要的过程，内核启动不成功与传参错误有很大关系

uboot启动4步骤总结

第一步：将内核搬移到DDR中

第二步：校验内核格式、CRC等

第三步：准备传参

第四步：跳转执行内核

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