1.U-Boot的作用

UBoot（Universal Bootloader）是一个广泛使用的开源引导加载程序，主要用于嵌入式系统和硬件设备中，负责在设备启动时加载操作系统或其他固件。它为设备提供了一个在硬件初始化后、操作系统启动之前的引导环境。

具体来说，UBoot的功能可以分为几个主要部分：

  1. 硬件初始化：在系统启动时，UBoot首先进行硬件初始化。这包括初始化CPU、内存、外设（如串口、网络接口、存储设备等）以及其他硬件组件。
  2. 加载操作系统：UBoot的核心任务是加载操作系统镜像（如Linux内核）到内存，并传递控制权给操作系统。UBoot支持多种文件系统格式和存储设备（如SD卡、闪存、网络等），可以从这些设备上加载操作系统。
  3. 支持多种引导方式：UBoot支持多种引导方式，比如从本地存储设备、网络启动（TFTP）、USB启动等。它也支持一些网络协议，例如HTTP、TFTP、NFS等。
  4. 引导配置和命令行：UBoot提供了一个命令行界面，允许用户在引导过程中修改设置、选择启动的内核镜像、加载设备驱动、调试等。用户可以通过串口连接到设备，输入命令来控制设备启动过程。
  5. 支持多种架构：UBoot支持多种硬件架构，如ARM、MIPS、PowerPC、x86等，因此它被广泛应用于嵌入式系统、开发板、路由器、智能设备等领域。

2.U-Boot启动流程

U-Boot（Universal Bootloader）是一种开源的引导加载程序，广泛用于嵌入式系统中。它的主要功能是初始化硬件设备，加载操作系统内核，并将控制权交给操作系统。U-Boot的启动流程可以分为多个阶段，以下是典型的U-Boot启动流程：

1. ROM Bootloader（芯片内部的Boot ROM）

  • 当系统上电或复位时，CPU首先执行芯片内部的Boot ROM代码。
  • Boot ROM会初始化一些基本的硬件（如时钟、内存控制器等），并根据启动模式（如从NOR Flash、NAND Flash、SD卡、UART等）加载U-Boot的第一阶段代码（通常是SPL或U-Boot本身）到内存中。

2. SPL（Secondary Program Loader）

  • SPL是U-Boot的一个精简版本，通常用于初始化DRAM等硬件设备，以便加载完整的U-Boot。
  • SPL的主要任务是初始化内存控制器，将完整的U-Boot映像从存储设备（如NAND Flash、SD卡等）加载到内存中，然后跳转到U-Boot的入口点。

3. U-Boot第一阶段（Low-Level Initialization）

  • U-Boot的第一阶段代码通常是用汇编语言编写的，主要负责初始化CPU、关闭中断、设置堆栈、初始化内存控制器等底层硬件。
  • 这一阶段的代码通常位于start.S文件中，执行完毕后会跳转到C语言编写的第二阶段代码。

4. U-Boot第二阶段（C语言初始化）

  • 在第二阶段，U-Boot会执行C语言编写的初始化代码，主要包括：
    • 初始化串口（用于调试输出）。
    • 初始化板级硬件（如网卡、USB、MMC等）。
    • 初始化环境变量（如从Flash或EEPROM中加载环境变量）。
    • 检测启动设备（如NAND Flash、SD卡、UART等）。
  • 这一阶段的代码通常位于board.c或board_init_f()、board_init_r()等函数中。

5. 加载内核

  • U-Boot会根据环境变量（如bootcmd）或用户输入的命令，从存储设备（如NAND Flash、SD卡、网络等）加载操作系统内核映像（如zImage、uImage等）到内存中。
  • U-Boot还可以加载设备树（Device Tree Blob，DTB）文件，用于描述硬件信息。

6. 传递控制权给内核

  • U-Boot会将控制权交给操作系统内核，通常通过bootm命令或go命令实现。
  • U-Boot会将必要的启动参数（如内存布局、设备树地址等）传递给内核，然后跳转到内核的入口点，启动操作系统。

7. 操作系统启动

  • 操作系统内核接管后，会继续初始化系统，加载驱动、挂载文件系统，并最终启动用户空间的初始化进程（如init）。

8. U-Boot命令行（可选）

  • 如果在启动过程中按下某个键（如空格键），U-Boot会进入命令行模式，用户可以手动输入命令来加载内核、设置环境变量、调试硬件等。

9. 环境变量

  • U-Boot使用环境变量来配置启动参数，常见的环境变量包括：
    • bootcmd：定义默认的启动命令。
    • bootargs：传递给内核的启动参数。
    • ipaddr、serverip：网络相关的配置。
  • 环境变量可以存储在Flash、EEPROM或SD卡中，U-Boot启动时会加载这些变量。

10. 自动启动与手动启动

  • 如果U-Boot没有被打断（如按下按键），它会根据bootcmd环境变量自动执行启动流程。
  • 如果用户手动干预（如按下按键），U-Boot会进入命令行模式，用户可以手动输入命令来控制启动流程。

总结

U-Boot的启动流程从硬件初始化开始，逐步加载并执行更复杂的代码，最终将控制权交给操作系统内核。整个过程涉及多个阶段，包括底层硬件初始化、环境变量加载、内核加载和启动等。U-Boot的灵活性和可配置性使其成为嵌入式系统中广泛使用的引导加载程序。