原创 写代码的篮球球痴 嵌入式Linux 2020-01-02
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#Linux
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这篇文章是一个读者昨晚发给我的,文章很长,里面的细节也比较多,但是微信公众号只能发 50000 字的文章,如果想阅读全文。
请发送「 uboot和Linux内核移植 」到公众号后台获取下载链接。
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一、uboot学习前传 1- 1.1为什么要有uboot 1
- 1.1.1.计算机的主要部件 1
- 1.1.2 .PC机的启动过程 1
- 1.1.3.典型嵌入式linux系统启动过程 1
- 1.1.4. android系统启动过程 1
- 1.1.5.总结:uboot到底是干嘛的 1
- 1.2 为什么是uboot 2
- 1.2.1 .uboot从哪里来 2
- 1.2.2 .uboot的发展历史 2
- 1.2.3. uboot的版本号问题 2
- 1.2.4. uboot的可移植性的正确理解 2
- 1.2.5.总结:时势造英雄,任何牛逼的东西都是时代的产物 2
- 1.3 uboot必须解决哪些问题 2
- 1.3.1.能自身开机直接启动 2
- 1.3.2.能引导操作系统内核启动并给内核传参 2
- 1.3.3.能提供系统部署功能 3
- 1.3.4.能进行SoC级和板级硬件管理 3
- 1.3.5.uboot的生命周期 3
- 1.4 uboot的工作方式 3
- 1.4.1.从裸机程序镜像uboot.bin说起 3
- 1.4.2.uboot的命令行式shell界面 4
- 1.4.3.掌握uboot使用的2个关键点:命令和环境变量 4
- 1.4.4.思考:结合ARM裸机部分进行理解和印证 4
- 1.5 uboot的常用命令 4
- 1.5.1.类似linux终端的行缓冲命令 4
- 1.5.2.有些命令有简化的别名 4
- 1.5.3.有些命令会带参数(注意格式是固定的) 5
- 1.5.4.命令中的特殊符号(譬如单引号) 5
- 1.5.5.有些命令是一个命令族(譬如movi) 5
- 1.5.6.第一个命令:printenv/print 5
- 1.5.7.设置(添加/更改)环境变量:setenv/set 5
- 1.5.8.保存环境变量的更改:saveenv/save 5
- 1.5.9.网络测试指令:ping 6
- 1.5.10.tftp下载指令:tftp 6
- 1.5.11.SD卡/iNand操作指令movi 7
- 1.5.12.NandFlash操作指令nand 7
- 1.5.13.内存操作指令:mm、mw、md 7
- 1.6 开发板和主机的ping通 8
- 1.6.1.开发板运行linux下和主机Windows的ping通 8
- 1.6.2.开发板运行linux下和虚拟机ubuntu的ping通 8
- 1.6.3.开发板运行uboot下和主机Windows的ping通 8
- 1.6.4.开发板运行uboot下和虚拟机ubuntu的ping通 9
- 1.7 uboot的常用环境变量 9
- 1.7.1.环境变量如何参与程序运行 9
- 1.7.2.自动运行倒计时:bootdelay 9
- 1.7.3.网络设置:ipaddr serverip 9
- 1.7.4.自动运行命令设置:bootcmd 9
- 1.7.5.uboot给kernel传参:bootargs 9
- 1.7.6.新建、更改、删除一个环境变量的方法 10
- 1.7.7.注意:环境变量更改后的保存 10
- 1.8 uboot中对Flash和DDR的管理 10
- 1.8 .1.uboot阶段Flash的分区 10
- 1.8 .2.uboot阶段DDR的分区 11
- 2.1 Shell介绍 11
- 2.1.1.Shell是什么? 11
- 2.1.2.shell概指一类编程语言(在shell中用于编写程序的语言) 11
- 2.1.3.shell脚本的运行机制:解释执行(没有编译和链接的过程) 11
- 2.2 写shell程序 12
- 2.2.1.文本编辑器 12
- 2.2.2.shell程序的运行方法 12
- 2.2.3.shell程序注意事项: 12
- 2.2.4.shell不神秘 12
- 2.3 shell编程学习 13
- 2.3.1.shell中的变量定义、初始化、赋值和引用 13
- 2.3.2.shell中无引号、单引号、双引号的区别 13
- 2.3.3.shell中调用linux命令 14
- 2.4 shell中的选择分支结构 14
- 2.5 shell中的循环结构 15
- 2.6 Makefile基础回顾 17
- 2.6.1.Makefile的作用和意义 17
- 2.6.2.目标、依赖、命令 17
- 2.6.3.通配符%和Makefile自动推导(规则) 18
- 2.6.4.Makefile中定义和使用变量 18
- 2.6.5.伪目标(.PHONY) 18
- 2.6.6.Makefile的文件名 18
- 2.6.7.Makefile中引用其他Makefile(include指令) 18
- 2.7 Makefile补充学习 18
- 2.7.1.Makefile中的注释 # 18
- 2.7.2.命令前面的@用来静默执行 18
- 2.7.3.Makefile中几种变量赋值运算符 19
- 2.7.4.Makefile的环境变量 20
- 2.7.5.Makefile中的通配符 20
- 2.7.6.Makefile的自动变量 20
- 3.1 X210官方uboot配置编译实践 20
- 3.1.1.找到官方移植好的uboot(BSP概念) 21
- 3.1.2.在linux源生目录下配置编译 21
- 3.1.3.配置 21
- 3.1.4.编译得到uboot.bin 21
- 3.2 uboot的源码目录分析 22
- 3.2.1.九鼎官方uboot和三星原版uboot对比 22
- 3.2.2.各文件介绍 22
- 3.2.3.各文件夹介绍 23
- 3.3 SourceInsight的基本使用 25
- 3.3.1.为什么要使用SourceInsight 25
- 3.3.2.建立工程及添加文件 25
- 3.3.3.解析工程文件 26
- 3.3.4.常用技巧 26
- 4.1 uboot主Makefile分析 26
- 4.1.1.uboot version确定(Makefile的24-29行) 26
- 4.1.2.HOSTARCH和HOSTOS 26
- 4.1.3.静默编译(50-54行) 27
- 4.1.4.两种编译方法 27
- 4.1.5.OBJTREE、SRCTREE、TOPDIR 27
- 4.1.6.MKCONFIG(Makefile的101行) 27
- 4.1.7.include $(obj)include/config.mk(133行) 28
- 4.1.8.ARCH CROSS_COMPILE 28
- 4.1.9.$(TOPDIR)/config.mk(主Makefile的185行) 29
- 4.1.10.第一个目标all(主Makefile的第291行) 30
- 4.2 uboot配置过程mkconfig详解 30
- 4.3 uboot的u-boot.lds链接脚本 32
- 5.1 start.S的引入 33
- 5.1.1. u-boot.lds中找到start.S入口 33
- 5.1.2. SI中如何找到文件 33
- 5.1.3. SI中找文件技巧 33
- 5.2 start.S解析 33
- 5.2.1.不简单的头文件包含 34
- 5.2.2.启动代码的16字节头部 34
- 5.2.3.异常向量表的构建 35
- 5.2.4.有点意思的deadbeef 35
- 5.2.5.TEXT_BASE等 36
- 5.2.6.(107行)CFG_PHY_UBOOT_BASE 36
- 5.2.8.设置CPU为SVC模式(149行) 36
- 5.2.9.设置L2、L1cache和MMU 36
- 5.2.10.识别并暂存启动介质选择 36
- 5.2.11.设置栈(SRAM中的栈)并调用lowlevel_init 37
- 5.3 lowlevel_init.S解析 37
- 5.3.1.检查复位状态 37
- 5.3.2.IO状态恢复 37
- 5.3.3.关看门狗 38
- 5.3.4.一些SRAM SROM相关GPIO设置 38
- 5.3.5.供电锁存 38
- 5.3.6.判断当前代码执行位置 38
- 5.3.7.system_clock_init 39
- 5.3.8.mem_ctrl_asm_init 39
- 5.3.9.uart_asm_init 40
- 5.3.10.tzpc_init 40
- 5.3.11.pop {pc}以返回 40
- 5.4 回到start.S解析 40
- 5.4.1.再次设置栈(DDR中的栈) 40
- 5.4.2.再次判断当前地址以决定是否重定位 41
- 5.5 uboot重定位详解 41
- 5.6 start.S继续解析1 42
- 5.6.1.关于虚拟地址和物理地址 42
- 5.6.2.地址映射原理 43
- 5.6.3.什么是页表(转换表)呢? 43
- 5.6.4.uboot中虚拟地址映射采用了段模式 43
- 5.6.5.uboot中的映射页表 46
- 5.6.6.MMU单元的作用 46
- 5.6.7.地址映射的额外收益1:访问控制 46
- 5.6.8.地址映射的额外收益2:cache 46
- 5.7 start.S继续解析2 47
- 5.7.1.使能域访问(cp15的c3寄存器) 47
- 5.7.2.设置TTB(cp15的c2寄存器) 47
- 5.7.3.使能MMU单元(cp15的c1寄存器) 47
- 5.7.4.找到映射表待分析 48
- 5.8 start.S继续解析3 48
- 5.8.1.再三次设置栈 48
- 5.8.2.清理bss 48
- 5.8.3. ldr pc, _start_armboot 48
- 5.8.4.总结:uboot的第一阶段做了哪些工作 49
- 6.1.start_armboot函数简介 50
- 6.1.2.一个很长的函数组成uboot第二阶段 50
- 6.1.3. 宏观分析:uboot第二阶段应该做什么 50
- 6.1.4.思考:uboot第二阶段完结于何处? 50
- 6.2 start_armboot解析1 51
- 6.2.1. init_fnc_t 51
- 6.2.2. DECLARE_GLOBAL_DATA_PTR 51
- 6.3内存使用排布 52
- 6.3.1.为什么要分配内存 52
- 6.3.2.内存排布 52
- 6.3.3. uboot运行过程中的存储分布图解 52
- 6.4 start_armboot解析2 53
- 6.4.1. for循环执行init_sequence 53
- 6.4.2. int cpu_init(void) 55
- 6.4.3. int board_init(void) 55
- 6.4.4. int interrupt_init(void) 57
- 6.4.5. int env_init(void) 58
- 6.4.6. int init_baudrate(void) 59
- 6.4.7. int serial_init(void) 59
- 6.4.8. int console_init_f(void) 59
- 6.4.9. int display_banner(void) 59
- 6.4.10 int print_cpuinfo(void) 60
- 6.4.11. int checkboard(void) 60
- 6.4.12. int init_func_i2c(void) 61
- 6.4.13. int dram_init(void) 61
- 6.4.14. int display_dram_config(void) 61
- 6.4.15. CFG_NO_FLASH 61
- 6.4.16. 初始化堆管理器 mem_malloc_init 62
- 6.4.17. 开发板独有初始化:mmc初始化 62
- 6.4.18. env_relocate 62
- 6.4.19. IP地址、MAC地址的确定 63
- 6.4.20. int devices_init (void) 63
- 6.4.21. void jumptable_init (void) 63
- 6.4.22. console_init_r () 63
- 6.4.23. void enable_interrupts (void) 64
- 6.4.24. loadaddr、bootfile两个环境变量 64
- 6.4.25. board_late_init (void) 64
- 6.4.26. int eth_initialize(bd_t *bis) 64
- 6.4.27. x210_preboot_init(void)(LCD和logo显示) 64
- 6.4.28. check menukey to update from sd 65
- 6.4.29. main_loop(uboot的归宿) 65
- 6.4.30. 启动过程特征总结 66
- 7.1 uboot和内核到底是什么 66
- 7.1.1. uboot是一个裸机程序 66
- 7.1.2.内核本身也是一个"裸机程序" 66
- 7.1.3.部署在SD卡中特定分区内 66
- 7.1.4.运行时必须先加载到DDR中链接地址处 67
- 7.1.5.内核启动需要必要的启动参数 67
- 7.2. 启动内核第一步:加载内核到DDR中 67
- 7.2.1.静态内核镜像在哪里? 67
- 7.2.2.镜像要放在DDR的什么地址? 67
- 3.zImage和uImage的区别联系 67
- 8.1 uboot命令体系基础 72
- 8.1.1.使用uboot命令 72
- 8.1.2. uboot命令体系实现代码在哪里 72
- 8.1.3.每个命令对应一个函数 72
- 8.1.4.命令参数以argc&argv传给函数 72
- 8.2 uboot命令解析和执行过程分析 72
- 8.2.1.从main_loop说起 72
- 8.2.2关键点分析 73
- 8.3 uboot如何处理命令集1 73
- 8.3.1.可能的管理方式 73
- 8.3.2.命令结构体cmd_tbl_t 73
- 8.3.2. uboot实现命令管理的思路 74
- 8.4 uboot如何处理命令集2 74
- 8.4.1. uboot命令定义具体实现分析 74
- 8.4.2. find_cmd函数详解 75
- 8.5 uboot中添加自定义命令 76
- 8.5.1.在已有的c文件中直接添加命令 76
- 8.5.2.自建一个c文件并添加命令 76
- 9.1 uboot的环境变量基础 77
- 9.1.1.环境变量的作用 77
- 9.1.2.环境变量的优先级 77
- 9.1.3.环境变量在uboot中工作方式 77
- 9.2.环境变量相关命令源码解析 78
- 9.2.1. printenv 78
- 9.2.2. setenv 79
- 9.2.3. saveenv 80
- 9.2.4. getenv 80
- 9.2.5. getenv_r 81
- 10.1 uboot与linux驱动 81
- 10.1.2. uboot的虚拟地址对硬件操作的影响 81
- 10.1.3. uboot借用(移植)了linux驱动 81
- 10.2 iNand/SD驱动解析 82
- 10.2.1.从start_armboot开始 82
- 10.2.2. mmc_initialize 82
- 10.2.3. cpu_mmc_init 82
- 10.2.4. smdk_s3c_hsmmc_init 82
- 10.2.5. s3c_hsmmc_initialize 82
- 10.2.6. find_mmc_device 83
- 10.2.7. mmc_init 83
- 10.2.8. 总结 83
- 10.2.9. struct mmc 84
- 10.2.10.分离思想 84
- 10.2.11.分层思想 84
- 11.1移植前的准备工作 84
- 11.1.1.三星移植过的uboot源代码准备 85
- 11.1.2. SourceInsight准备 85
- 11.1.3.便捷的文件传输工具sshsecureshell 85
- 11.2 ubuntu14.04上网及安装openssh 85
- 11.2.1. ubuntu14.04上网问题 85
- 11.2.2.搭建openssh环境 86
- 11.3 移植初体验 86
- 11.3.1.直接编译三星移植版uboot尝试运行 86
- 11.3.2.代码分析&问题查找 86
- 11.4时钟和DDR的配置移植 87
- 11.4.1.确认时钟部分的配置 87
- 11.4.2. DDR配置信息的更改 87
- 11.5 将DDR端口0地址配置为30000000开头 87
- 11.4.1. DDR初始化参数更改 87
- 11.4.2. smdkv210single.h中相关宏定义修改 88
- 11.4.3.虚拟地址映射表中相应修改 88
- 11.4.4.修改DMC0的配置参数 88
- 11.4.5.修改修改虚拟地址到物理地址的映射函数 89
- 11.5 iNand驱动问题的解决 89
- 11.5.1.先从现象出发定位问题 89
- 11.5.2.网络搜索解决方案 89
- 11.5.3.尝试修改代码解决问题 89
- 11.5.4.推测和实验验证(SD卡和iNand的区别) 90
- 11.6 一些小问题的修补 90
- 11.6.1控制台串口更换为串口0 90
- 11.6.2修改默认网络地址设置 90
- 11.6.3修改行提示符 91
- 11.6.1总结 91
1.1为什么要有uboot
1.1.1.计算机的主要部件
- (1)计算机系统就是由CPU来做核心进行运行的系统。典型的计算机系统有:PC机(台式机+笔记本)、嵌入式设备(手机、平板电脑、游戏机)、单片机(家用电器像电饭锅、空调)。
- (2)计算机系统的组成部件非常多 ,不同计算机的组成部件也不同。但是所有的计算机系统运行时都需要的主要核心部件都是3个东西:CPU + 外部存储器(Flash/ 硬盘) + 内部存储器(DDR SDRAM/ SDRAM/ SRAM)。
1.1.2 .PC机的启动过程
- (1)典型的PC机的部署:BIOS程序部署在PC机主板上(随主板出厂时就已经预制了),操作系统部署在硬盘上,内存在掉电时无作用,CPU在掉电时不工作。
- (2)启动过程:PC上电后先执行BIOS程序(实际上PC的BIOS保存在NorFlash),BIOS程序负责初始化DDR内存,负责初始化硬盘,然后从硬盘上将OS镜像读取到DDR中,然后跳转到DDR中去执行OS直到启动(OS启动后BIOS就无用了)。
1.1.3.典型嵌入式linux系统启动过程
- (1)嵌入式系统的部署和启动都是参考的PC机的。只是设备上有一些差别。
- (2)典型嵌入式系统的部署:uboot程序部署在Flash(能作为启动设备的Flash上),OS部署在Flash(嵌入式系统中使用了Flash代替了硬盘),内存在掉电时无作用,CPU在掉电时不工作。
- (3)启动过程:嵌入式系统上电后先执行uboot,然后ubbot负责初始化DDR、初始化Flash,然后将OS从Flash中读取到DDR中,然后启动OS(OS启动后uboot无用了)。
总结:嵌入式系统和PC机的启动过程几乎没有两样,只是BIOS成了uboot,硬盘成了Flash。
1.1.4. android系统启动过程
- (1)android系统的启动和linux系统(前面讲的典型的嵌入式系统启动)几乎一样。几乎一样意思就是前面完全一样,只是在内核启动后加载根文件系统不同了。
- (2)可以认为启动分为2个阶段:第一个阶段是uboot到OS启动;第二个阶段是OS启动后到rootfs加载到命令行执行;现在我们主要研究第一个阶段,android的启动和linux的差别在第二阶段。
1.1.5.总结:uboot到底是干嘛的
- (1)uboot主要作用是用来启动操作系统内核的。
- (2)uboot还主要负责部署整个计算机系统。
- (3)uboot中还有操作Flash等板子上硬盘的驱动。
- (4)uboot还得提供一个命令行界面供人机交互。
1.2 为什么是uboot
1.2.1 .uboot从哪里来
- (1)uboot是SourceForge上的开源项目
- (2)uboot项目的作者:是由一个德国人最早发起的
- (3)uboot就是由一个人发起,然后由整个网络上所有感兴趣的人共同维护发展而来的一个BootLoader
1.2.2 .uboot的发展历史
- (1)自己使用的小开源项目。
- (2)被更多人认可使用
- (3)被SoC厂商默认支持。总结:uboot经过多年发展,已经成为事实上的业内bootloader标准。现在大部分的嵌入式设备都会默认使用uboot来做为bootloader。
1.2.3. uboot的版本号问题
- (1)早期的uboot的版本号类似于这样:uboot1.3.4。后来版本号便成了类似于uboot-2010.06。
- (2)uboot的核心部分几乎没怎么变化,越新的版本支持的开发板越多而已,对于一个老版本的芯片来说,新旧版本的uboot并没有差异。
1.2.4. uboot的可移植性的正确理解
- (1)uboot就是universal bootloader(通用的启动代码),通用的意思就是在各种地方都可以用。所以说uboot具有可移植性。
- (2)uboot具有可移植性并不是说uboot在哪个开发板都可以随便用,而是说uboot具有在源代码级别的移植能力,可以针对多个开发板进行移植,移植后就可以在这个开发板上使用了。
1.2.5.总结:时势造英雄,任何牛逼的东西都是时代的产物
uboot的出现是一种必然,如果没有uboot也会有另一个bootloader来代替。
1.3 uboot必须解决哪些问题
1.3.1.能自身开机直接启动
- (1)一般的SoC都支持多种方式启动,譬如SD卡启动、NorFlash启动、NandFlash启动等…… uboot要能够开机启动,必须根据具体的SoC的启动设计来设计uboot
- (2)uboot必须进行和硬件相对应的代码级别的更改和移植,才能够保证可以从相应的启动介质启动。uboot中第一阶段的start.S文件就是具体处理了这一块。
1.3.2.能引导操作系统内核启动并给内核传参
- (1)uboot的终极目标就是启动内核
- (2)linux内核在设计的时候,设计为可以被传参。也就是说我们可以在uboot中事先给linux内核准备一些启动参数放在内存中特定的位置然后传给内核,内核启动后会到这个特定的位置去取uboot传给它的参数,然后在内核中解析这些函数,这些函数将来被用来指导linux内核的启动过程。
1.3.3.能提供系统部署功能
- (1)uboot必须能够被人借助而完成整个系统(包括uboot、kernel、rootfs等的镜像)在Flash上的烧录下载工作。
- (2)裸机中刷机就是利用uboot中的fastboot功能将各种镜像烧录到iNand中,然后从iNand启动。
1.3.4.能进行SoC级和板级硬件管理
- (1)uboot中实现了一部分硬件的控制能力(uboot中初始化了一部分硬件),因为uboot为了完成一些任务必须让这些硬件工作。譬如uboot要实现刷机必须能驱动iNand,譬如uboot要在刷机时LCD上显示进度条就必须能驱动LCD,譬如uboot能够通过串口提供操作界面就必须驱动串口,譬如uboot要实现网络功能就必须驱动网卡芯片。
- (2)SoC级(譬如串口)就是SoC内部外设,板级就是SoC外面开发板上面的硬件(譬如 网卡、iNand)
1.3.5.uboot的生命周期
- (1)uboot的生命周期就是指:uboot什么时候开始运行,什么时候结束运行。
- (2)uboot本质上是一个裸机程序(不是操作系统),一旦uboot开始SoC就会单纯运行uboot(意思就是uboot运行的时候别的程序是不可能同时运行的),一旦uboot结束运行则无法再回到uboot(所以uboot启动了内核后,uboot本身就死了,要想再次看到uboot界面只能重启系统。重启并不是复活了刚才的uboot,重启只是uboot的另一生)。
- (3)uboot的入口和出口。uboot的入口就是开机自动启动,uboot的唯一出口就是启动内核。uboot还可以执行很多别的任务(譬如烧录系统),但是其他任务执行完后都可以回到uboot的命令行下继续执行uboot命令,而启动内核命令一旦执行就回不来了。
总结 :一切都是为了启动内核。