linux移植u-boot(一)——U-Boot详解+自定义命令实战
2015-02-07
一、Bootloader
简单地说：Bootloader主要功能就是 在系统上电时开始执行，初始化硬件和设备，准备好软件环境，最后调用操作系统。
具体的包含：关闭你看门狗WATCHDOG，改变系统时钟，初始化存储控制器
，将操作系统内核代码复制到内存中去运行。
为了开发方便，可以增加网络功能，从PC上通过串口或者网络下载文件，烧写文件，将flash上的内核代码解压后运行等。
Bootloader分为两种模式：
（1）：启动加载模式：上电后，Bootloader在板子上的某个固态存储设备上将操作系统加载到RAM中运行，没有用户的介入
（2）：下载模式：开发人员可以使用各种命令，允许在各种工作模式之间切换，通过串口或者网络来下载内核文件，并将他们直接放在内存中运行，这就是我们我们所说的U-BOOT。
嵌入式linux操作系统从软件角度可以分为四个层次：
- 引导加载程序bootloader
- linux内核
- 文件系统
- 用户应用程序
一般的u-boot分为单阶段，多阶段两种：
多阶段u-boot具有更好的可移植性，可以用两个阶段来概括；
第一阶段：使用汇编来实现，完成一些依赖于CPU体系结构的初始化，包括光比WATCHDOG，关中断，设置CPU的速度和时钟频率，RAM初始化。
硬件设备初始化 => 为加载Bootloader的第二阶段代码准备RAM空间 => 复制Bootloader的第二阶段代码到RAM空间中 => 设置好栈 => 跳转到第二阶段代码的C入口。
第二阶段：使用C语言来实现，可以实现更为复杂的功能。
初始化本阶段要使用的硬件设备 => 检测系统内存映射 => 将内核映像和根文件系统映像从Flash上读到RAM空间中 => 为内核设置启动参数 => 调用内核。
Bootlaoder与内核的交互（参数传递的标记方式）
- 设置标记ATAG_CORE, 已标记此为开始。
- 设置内核标记
- 设置命令行标记，就是一个字符串，用来控制内核的一些行为
- 设置标记ATAG_NONE，标记列表以其结束
常用的bootloader包括LILO, GRUB, loadlin, ROLO, Etherboot, BLOB, U-Boot, RedBoot, Vivi等，此处我们研究U-Boot；
二、U-Boot分析与移植
U-Boot，全称Universal Boot Loader, 遵循GPL条款的开业代码项目。
U-Boot下面有26个子目录：分为四类：
- 平台相关的或者开发板相关的 board、cpu、lib_i386类似
- 通用的函数 include、lib_generic、common
- 通用设备驱动程序 disk、drivers、dtt、fs、nand_spl、net、post、rtc
- U-Boot工具，示例程序，文档 doc、examples、tools
U-Boot 的配置、编译、链接过程
配置过程：
配置文件为根目录下的mkconfig,
例如，执行make smdk2410_config 实际上就是执行如下命令
./mkconfig smdk2410 arm arm920t smdk2410 NULL s3c24x0
结果：
- 开发板名称BOARD_NAME 等于 $1
- 创建到平台/开发板的相关的头文件的链接
- 创建顶层Makefile包含的文件include/config.mk
- 创建开发板相关的头文件include/config.h $include <configs/$1.h>
编译、链接
make all
总结一下U-Boot的编译流程
- 首先编译cpu/$(CPU)/start.S ,对不同的CPU，还可能编译cpu/$(CPU)下的其他文件。
- 然后，对平台/开发板相关的每个目录，每个通用目录都使用它们各自的Makefile生成的相应的库
- 将1、2步骤生成的.0、.a文件按照board/$(BOARDDIR)/config.mk 文件中制定的代码段起始地址，board/$(BOARDDIR)/U-Boot.lds 链接脚本进行链接
- 第3步得到的ELF格式的U-Boot，然后Makefile还会将其转化成二进制格式文件，S-Record格式。
烧写内核映像文件uImage
将uImage放在主机的上的tftp或nfs目录下，确保已经开启tftp或nfs服务。
然后运行命令下载文件，擦除，烧写NAND Flash
tftp 0x80800000 uImage
nand erase 0x0 0x00200000
nand write.jffs2 0x80800000 0x0 $(filesize)
注：nand write.jffs2不要求文件的长度是页对齐（512字节对齐）
也可以使用nand wirte 但是长度要是512字节对齐
烧写文件系统映像
tftp 080800000 yaffs.img
nand erase 0xa00000 0x3600000
nand write.yaffs 0x80800000 0xa00000 $(filesize)
使用U-Boot 来烧写程序
tftp 0x30000000 test.bin
go 0x30000000
注意：生成适用于EasyARM-iMX257的U-Boot文件需要按如下步骤进行操作：
首先，进入u-boot-2009.08目录，清除原有的编译文件，其对应的终端命令如下：
$ cd u-boot-2009.08
$ make ARCH=arm CROSS_COMPILE=arm-none-linux-gnueabi- distclean
其次，需要配置U-Boot的平台为mx25_3stack_config，对应的终端命令如下：
$ make ARCH=arm CROSS_COMPILE=arm-none-linux-gnueabi- mx25_3stack_config
Configuring for mx25_3stack board...
然后，执行编译，对应的终端命令如下：
$ make ARCH=arm CROSS_COMPILE=arm-none-linux-gnueabi-
编译完成后将在u-boot-2009.08目录下得到u-boot.bin文件。
Loadb 0x80800000 -将uImage从串口发送到davinci的ddr2中0x80800000处。
Protect off all -去掉写保护
Erase 0x200000 0x204ffff -擦除nor flash中uImage占用的空间
Cp.b 0x80800000 0x2050000 0x14b008 -将传送到ddr2中的uImage文件拷贝到flash中
Save -保存flash的内容
补充说明：
如果板卡上已经有u-boot，需要升级为新版的u-boot时，则可以操作如下：
使用超级终端的利用串口发送u-boot到davinci板卡，然后利用在线更新的方式完成u-boot烧写，具体步骤：
1）Protect off all -去掉写保护
2）Erase 0x2000000 0x204ffff -擦除nor flash中u-boot占用的空间
3）Loadb 0x80800000 -将u-boot文件通过串口发送到davinci的ddr2
4)Cp.b 0x80800000 0x2000000 0x17398 -将传送到ddr2中
u-boot文件拷贝到flash中
5)Save -保存flash的内容
三、U-Boot增加自定义命令实例
我们在u-boot下增加我们自定义hello命令。
- 首先我们在u-boot的common目录下增加一个cmd_hello.c文件
参照其他命令的书写方式，代码如下
#include <image.h> #include <malloc.h> #include <u-boot/zlib.h> #include <bzlib.h> #include <environment.h> #include <lmb.h> #include <linux/ctype.h> #include <asm/byteorder.h>
int do_hello (cmd_tbl_t *cmdtp, int flag, int argc, char *argv[]) { int i = 0; printf("hello,Lover雪!!! the argcs are "); for(i = 0 ; i<argc ; i++) printf("argv[%d]: %s ",i,argv[i]); return 0; }
U_BOOT_CMD( hello, CONFIG_SYS_MAXARGS, 1, do_hello, "This is a user defined command hello,Lover雪!!!", "hello,long help ...... " ); |
- 修改common下面的makefile文件，告诉U-Boot编译我们自定义的C文件
参考Makefile中其他文件的定义，加入一句
COBJS-y += cmd_hello.o |
- 重新make编译 u-boot