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uboot引导linux内核

发布时间:2024-05-02 20:15:51

1. U-boot与linux的关系是什么给个详细点的说明

uboot 是 Universal BootLoad 。一个就算是“通用”的启动代码载入器。

Linux 本身不能自己把自己读取到内存中并且运行,所以他需要一个 loader (载入器)读入内存并且运行。
uboot 类似台式机的 BIOS + grub 启动 Linux 的组合。
嵌入式系统因为构造很特殊,所以他的系统启动一般都是要在 nor flash (不是我们常见的 NAND flash 存储器,NOR flash 可以直接运行程序,NAND 不能直接运行程序,需要读取到内存运行,和 BIOS 很类似,nor flash 成本很高)。这个前期启动需要做一些初始化工作,以及因为环境限制,程序运行有很大的功能限制。这使得原本就不支持自己启动的 Linux 内核更需要一个 loader 来提供前期的准备,这就是 bootloader 的主要用处。

uboot 就是针对某个嵌入式环境特别编译特别准备的一级引导程序。用来初始化环境,并且读取启动 Linux 内核的东西。
当然一个在 Linux 内核启动之前就启动的 bootloader 不光有这些功能。不过主要的用处就是启动它后面的系统,不光是 Linux ,WinCE 也需要这么一个东西的。

2. 怎样移植u-boot和linux到s3c2440开发板

uboot最主要的功能就是能够引导内核启动。本文就介绍如何实现该功能,并组成一个最简单的系统,这不仅要移植uboot,还要移植linux内核及创建一个根文件系统。

首先我们对nandflash进行分区,规划好每个文件存放在nandflash的位置。下面是nandflash的分区:

第0分区:0x000000000000-0x000000080000为uboot区

第1分区:0x000000080000-0x000000100000为参数区

第2分区:0x000000200000-0x000000600000为linux内核区

第3分区:0x000000800000-0x000001000000为根文件系统区

规划好分区后,我们就可以依次完成uboot的移植,linux内核的移植,及创建一个根文件系统。我们选择cramfs作为根文件系统。

一、uboot移植

1.修改机器码,要保证uboot与linux内核的机器码一致,这样才能启动内核。

修改board/samsung/zhaocj2440/zhaocj2440.c文件中的第116行内容,把SMDK2410改为SMDK2440,即:

gd->bd->bi_arch_number = MACH_TYPE_SMDK2440;

因为我们的uboot移植是以uboot自带的SMDK2440开发板为模板的,所以我们还是按照SMDK2440的机器码来移
植,MACH_TYPE_SMDK2440的具体数值在arch/arm/include/asm/mach-types.h文件的第1013行已有定
义:

#define MACH_TYPE_SMDK2440 1008

2.添加bootcmd和bootargs参数。其中bootcmd是为了引导内核,而bootargs是为了在加载根文件系统时,给根文件系统传递必要的参数。

可以有两种方法来设置这两个参数:

第一种方法是在uboot的提示符下直接设置bootcmd和bootargs这两个参数:

ZHAOCJ2440 # setenv bootcmd ' nand read 31000000 200000 400000; bootm 31000000 '

ZHAOCJ2440 # setenv bootargs ' root=/dev/mtdblock3 ro noinitrd
init=/linuxrc console=ttySAC , 115200 rootfstype=cramfs mem=64M'

ZHAOCJ2440 # saveenv

在这里bootcmd的含义是从nandflash中读取kernel,然后利用命令bootm启动。bootargs的含义是在
nandflash中的第3个分区内存放着根文件系统,它的格式是cramfs。最后还要应用saveenv命令来保存这两个变量。这时,如果你在提示符
下敲入printenv命令,则会看到uboot的环境参数多了两项,如:

bootargs=root=/dev/mtdblock3 ro noinitrd init=/linuxrc console=ttySAC,115200 rootfstype=cramfs mem=64M

bootcmd=nand read 31000000 200000 400000 ; bootm 31000000

第二种方法是在include/configs/zhaocj2440.h内定义CONFIG_BOOTARGS和CONFIG_BOOTCOMMAND这两个宏定义:

#define CONFIG_BOOTARGS " root=/dev/mtdblock3 ro noinitrd init=/linuxrc console=ttySAC , 115200 rootfstype=cramfs mem=64M"

#define CONFIG_BOOTCOMMAND " nand read 31000000 200000 400000 ; bootm 31000000"

3.把移植好的uboot烧写到nandflash中的0x00000000至0x000000080000内。

二、linux内核移植

这里我们实现的是最简单的移植,即能够启动即可。

1.在下列网址下载linux内核,linux-3.4.6.tar.bz2

www.kernel.org/pub/linux/kernel/v3.x/

解压到当前目录:

tar -xvjf linux-3.4.6.tar.bz2

2.修改主目录下的Makefile文件,第195行和第196行改写为:

ARCH ?=arm

CROSS_COMPILE ?= arm-linux-

3.添加机器码,使uboot与linux机器码一致,并改变内核时钟

在arch/arm/tools/mach-types文件的第207行添加下列代码:

smdk2440 MACH_SMDK2440 SMDK2440 1008

在arch/arm/mach-s3c24xx/mach-smdk2440.c文件内

第165行中的16934400改为12000000,即

s3c24xx_init_clocks(12000000);

第178行中的S3C2440改为SMDK2440,即

MACHINE_START(SMDK2440,"SMDK2440")

4.修改内核中的分区,使其与我们事先定义的分区一致

在arch/arm/mach-s3c24xx/common-smdk.c文件内

第111行中的smdk_default_nand_part结构体改为:

static struct mtd_partition smdk_default_nand_part[ ] = {

[0]= {

.name = "UBoot",

.size = SZ_512K,

.offset = 0,

},

[1]= {

.name = "Para",

.offset= SZ_512K,

.size = SZ_512K,

},

[2]= {

.name = "Kernel",

.offset= SZ_2M,

.size = SZ_4M,

},

[3]= {

.name = "rootfs",

.offset = SZ_8M,

.size = SZ_8M,

}

};

5.改变内核的ECC类型

在drivers/mtd/nand/s3c2410.c文件内

第846行中的NAND_ECC_SOFT改为NAND_ECC_NONE,即:

chip->ecc.mode = NAND_ECC_NONE;

此处如果不改,虽然能够启动linux内核,但无法加载根文件系统。

6.编译内核

退回到linux-3.4.6的根目录下,复制配置文件:

cp arch/arm/configs/s3c2410_defconfig .config

使用menuconfig来配置内核:

make menuconfig

在KernelFeatures下选上两项内容,即

Kernel Features --->
[*]Use the ARM EABI to compile the kernel
[*]Allow old ABI binaries to run with this kernel (EXPERIMENTAL)

如果不选择这两项,则在内核启动完,挂载根文件系统时会出现kernel panic:attempted to kill init的错误。

menuconfig的其他内容可以不需要改变,选择默认即可。

最后执行下面两个命令:

make clean

make zImage

等待一段时间后,在arch/arm/boot/目录下会生成zImage文件。

7.制作内核镜像

在上一步虽然我们已经生成了zImage文件,但它还不能被uboot正确引导,我们还需要给zImage文件加上64个字节的数据头,这部分内容
包括CPU架构(A)、操作系统(O)、镜像类型(T)、压缩类型(C)、镜像名称(n)、镜像加载地址(a)、镜像入口(e)、源文件(d)。只有加上
这些内容uboot才能正确引导内核。

mkimage工具就是uboot用来制作完成上述内容的工具。编译过uboot后,会在tools目录下生成mkimage。为了更方便地应用该工具,我们需要完成下列操作,进入tools目录,以根用户的身份执行下列命令:

cp mkimage /usr/bin

chmod 777 /usr/bin/mkimage

进入linux-3.4.6目录下的arch/arm/boot/目录,执行下列命令:

mkimage -n 'linux' -A arm -O linux -T kernel -C none -a 0x31000000 -e 0x31000040 -d zImage uImage.img

uImage.img为最终我们需要烧写到nandflash中的文件。在这里,我们是把镜像加载到内存0x31000000地址内的。

8.最后,我们把uImage.img文件烧写到nandflash中的0x200000至0x600000中。

3. ubootlinux

缂栬瘧uboot鏃跺嚭鐜/bin/sh:1:/opt/buildroot-gcc342/bin/mipsel-linux-as:notfound锛

杩欎釜閿欒搴旇ユ槸鍛婅瘔浣狅紝浣犵殑缂栬瘧鍣ㄦ病鎵惧埌銆備綘鍘荤‘璁や笅杩欎釜鐩褰曞瓨涓嶅瓨鍦锛

/opt/buildroot-gcc342/bin/mipsel-linux-as

濡傛灉涓嶅瓨鍦锛岄偅鑲瀹氭槸缂栬瘧鍣ㄦ病瀹夎呫

濡傛灉瀛樺湪锛屾垜鐪嬬綉涓婃湁浜哄湪璇达細鏄鍥犱负绯荤粺鏄64浣嶇殑锛岃岀紪璇戝櫒鏄32浣嶇殑锛屼笉鍏煎广備綘鎹涓32浣嶇郴缁熻瘯璇曘

linuxbootbiosboot鍖哄埆锛

boot鏄涓閫氱敤璇嶈锛岃〃绀哄惎鍔ㄧ瓑鐩稿叧杩囩▼銆倁boot鏄涓涓撴湁鍚嶈瘝锛岃〃绀虹殑鏄涓涓杞浠跺悕鍙玼boot銆

uboot寮鍙戞湁鍓嶆櫙鍚楋紵

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uboot鐨勬牳蹇冮儴鍒嗗嚑涔庢病鎬庝箞鍙樺寲,瓒婃柊鐨勭増鏈鏀鎸佺殑寮鍙戞澘瓒婂氳屽凡,瀵逛簬涓涓鑰佺増鏈鐨勮姱鐗囨潵璇,鏂版棫鐗堟湰鐨剈boot骞舵病鏈夊樊寮傘

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涓嶅皯U-Boot婧愮爜灏辨槸鐩稿簲鐨凩inux鍐呮牳婧愮▼搴忕殑绠鍖栵紝灏ゅ叾鏄涓浜涜惧囩殑椹卞姩绋嬪簭锛岃繖浠嶶-Boot婧愮爜鐨勬敞閲婁腑鑳戒綋鐜拌繖涓鐐广

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4. uboot如何启动内核

1.uboot启动内核的代码缩减如下:
Uboot 1.16/lib_arm/board.c中start_armboot()函数调用/common/main.c中main_loop()函数,在main_loop()中有uboot启动内核的代码:
s = getenv ("bootcmd");
debug ("### main_loop: bootcmd=\"%s\"\n", s ? s :"<UNDEFINED>");
if (bootdelay >= 0 && s && !abortboot (bootdelay))
{
run_command(s, 0);
}

2.假设bootcmd = nandread.jffs2 0x30007FC0 kernel; bootm 0x30007FC0
<1> nandread.jffs2 0x30007FC0 kernel
从nand读出内核:
从哪里读? :kernel分区
读到哪里去?:0x30007FC0

何为分区?
简单的说就是将nand划分为几个区域,一般如下:

bootloader->params->kernel->root

这些分区划分穗余在/include/configs/100ask24x0.h中写死的:

#define MTDPARTS_DEFAULT"mtdparts=nandflash0:256k@0(bootloader)," \
"128k(params)," \
"2m(kernel)," \
"-(root)"

进入uboot执行mtd ,可以查看已有分区:
# name 大小 在nand上的猜裤滚起始地址
0 bootloader 0x00040000 0x00000000
1 params 0x00020000 0x00040000
2 kernel 0x00200000 0x00060000
3 root 0xfda00000 0x00260000

上面的nand read.jffs2 0x30007FC0 kernel等价于:
nand read.jffs20x30007FC0 0x00060000 0x00200000
注:read.jffs2并不是指定特定的格式,仅表示不需要块/页对齐,所以kernel的分区大小可以随意定。纯岩

<2> bootm0x30007FC0
关键函数do_bootm()

flash上存的内核:uImage
uImage =头部+真正的内核

头部的定义如下:

typedef struct image_header {
uint32_t ih_magic;
uint32_t ih_hcrc;
uint32_t ih_time;
uint32_t ih_size;
uint32_t ih_load;
uint32_t ih_ep;
uint32_t ih_dcrc;
uint8_t ih_os;
uint8_t ih_arch;
uint8_t ih_type;
uint8_t ih_comp;
uint8_t ih_name[IH_NMLEN];
} image_header_t;

我们需要关心:
uint32_t ih_load;
uint32_t ih_ep;
ih_load是加载地址,即内核运行是应该位于的地方
ih_ep是入口地址,即内核的入口地址

这与uboot类似,uboot的加载地址是TEXT_BASE = 0x33F80000;入口地址是start.S中的_start。

从nand读出来的内核可以放在ram中的任意地方,如0x31000000,0x32000000等等,只要它不破坏uboot所占用的内存空间就可以

既然设定好了加载地址和入口地址,为什么内核还能随意放?
因为uImage有一个头部!头部里有加载地址和入口地址,当我们用bootm xxx时,
do_bootm先去读uImage的头部以获取该uImage的加载地址和入口地址,当发现该uImage目前所处的内存地址不等于它的加载地址时,会将uImage移动到它的加载地址上,代码中体现如下:
uboot 1.16/common/cmd_bootm.c中的bootm_load_os()函数
case IH_COMP_NONE::
if (load != image_start)
{
memmove_wd((void *)load, (void *)image_start, image_len, CHUNKSZ);
}

另外,当内核正好处于头部指定的加载地址,便不用uboot的do_bootm函数来帮我们搬运内核了,可以缩短启动时间。这就是为什么我们一般都下载uImage到0x30007FC0的原因。

内核加载地址是0x30008000,而头部的大小64个字节,将内核拷贝到0x30007FC0,加上头部的64个字节,内核正好位于0x30008000处。

总结bootm做了什么:
1.读取头部
2.将内核移动到加载地址
3.启动内核

具体如何启动内核?
使用在/lib_arm/bootm.c定义的do_bootm_linux(),我们已经知道入口地址,只需跳到入口地址就可以启动linux内核了,在这之前需要做一件事———— uboot传递参数(启动参数)给内核。
启动代码在do_bootm_linux()函数:
void (*theKernel)(int zero, int arch,uint params); //定义函数指针theKernel
theKernel = (void (*)(int, int, uint))images->ep; //先是将入口地址赋值给theKernel
theKernel (0, bd->bi_arch_number, bd->bi_boot_params); //然后是调用thekernel,以0,bd->bi_arch_number,bd->bi_boot_params为参数

下面分析这三个参数:
1. 0—相当于mov,ro #0
2.bd->bi_arch_number:uboot机器码,这个在/board/100ask24x0.c设置:gd->bd->bi_arch_number = MACH_TYPE_S3C2440,MACH_TYPE_S3C2440在/arch/arm/asm/mach-types.h定义:362,内核机器码和uboot机器码必须一致才能启动内核

2. bd->bi_boot_parmas--- 启动参数地址
也是在在/board/100ask24x0.c设置:gd->bd->bi_boot_params = 0x30000100;

启动参数(tag)在哪里设置?
在lib_arm/armlinux.c设置:
setup_start_tag (bd);
setup_revision_tag (parmas);
setup_memory_tags (bd);
setup_commandline_tag (bd, commandline);
setup_initrd_tag (bd, images->rd_start, images->rd_end);
setup_videolfb_tag ((gd_t *) gd);
setup_end_tag (bd);

每一个启动参数对应一个tag结构体,所谓的设置传递参数其实就是初始化这些tag的值,想了解这个结构体以及这些tag的值是如何设置的请看嵌入式Linux应用开发完全手册的uboot章节

我们来看setup_start_tag(bd)函数:
static void setup_start_tag (bd_t *bd)
{
params = (struct tag *) bd->bi_boot_params;
params->hdr.tag = ATAG_CORE;
params->hdr.size = tag_size(tag_core);
params->u.core.flags = 0;
params->u.core.pagesize = 0;
params->u.core.rootdev = 0;
params = tag_next (params);
}

再看setup_commandline_tag (bd , commandline):
static void setup_commandline_tag (bd_t *bd, char*commandline)
{
// commandline就是我们的bootargs
char *p;
if (!commandline)
return;
for (p = commandline; *p == ' '; p++);
if (*p == '\0')
return;
params->hdr.tag = ATAG_CMDLINE;
params->hdr.size =
(sizeof(struct tag_header) + strlen (p) + 1 + 4) >> 2;
strcpy (params->u.cmdline.cmdline, p);
params = tag_next (params);
}

内核启动时会读取这些tag(参数)并跳转启动。

更多uboot启动内核的细节观看毕业班视频自己写uboot。

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