深入了解uboot——了解如何引导Linux内核 (uboot引导linux内核)
Uboot是一个开放源代码的，用于嵌入式系统中的通用引导加载程序。作为整个嵌入式系统的之一个程序，Uboot的引导过程非常重要。它主要用于在启动时加载操作系统内核、根文件系统和设备树（Device Tree Blob，DTB）等。本文将深入探讨Uboot的工作原理和内部结构，并了解如何指定Uboot来引导Linux内核。
一、Uboot的工作原理
Uboot最初是为ARM处理器架构设计的，但随着时间的推移，它已经成为支持多种处理器架构的通用引导加载程序。他的工作原理是非常简单而直观的。Uboot首先读取存储在闪存中的引导程序，通常是Uboot本身，以及设备树和Linux内核。接下来，Uboot加载Linux内核和根文件系统，并启动操作系统。Uboot的引导过程主要分为以下几个步骤：
1. 初始化硬件：从硬件设备中获取信息，如CPU架构、串口信息等。
2. 读取设备树：设备树是一种数据结构用于描述硬件信息，Uboot通过硬件接口读取或从存储器中加载设备树。
3. 加载内核镜像：Uboot从闪存或其他存储设备中获取内核镜像并将其加载到内存中，然后解压内核。
4. 加载根文件系统：Uboot从闪存或其他存储设备中获取文件系统镜像，将其挂载为根文件系统。
5. 启动内核：Uboot将内核的入口点传递给内核，并启动操作系统。
二、Uboot的内部结构
Uboot的内部结构由四个主要组件组成：引导（Boot）、环境变量（Environment Variables）、驱动程序（Driver）和命令行交互（Command Line Interface，CLI）。以下是它们的详细说明：
1. 引导（Boot）
引导（Boot）是Uboot的核心组件之一，它包含用于读取和解析设备树以及内核映像的代码。针对某个特定的处理器架构，引导代码通常都是用汇编语言编写的，并且是Uboot的一个可执行文件。
2. 环境变量（Environment Variables）
环境变量存储系统配置信息，如IP地址、MAC地址、启动内核的命令等。这些配置信息存储在非易失性存储器（Non-Volatile Memory，NVM）中。可以使用Uboot的CLI来修改和保存这些环境变量。环境变量还可以用于指定用于引导内核的设备、设备树和内核镜像。
3. 驱动程序（Driver）
驱动程序是用于访问硬件设备的库。Uboot包含了许多硬件接口的驱动程序，如串口、网络和存储设备等。这些驱动程序通过操作系统进行配置，并遵循操作系统的设备树规范。
4. 命令行交互（Command Line Interface，CLI）
Uboot的CLI为用户提供了一个交互式命令行界面，用户可以通过这个界面来操作Uboot。CLI包含各种命令，如修改环境变量、加载内核、挂载文件系统等。
三、如何使用Uboot引导Linux内核
在Uboot中引导Linux内核有很多不同的方式，但最常见的方法是通过设备树来指定引导参数。设备树是一个文本文件，包含有关硬件配置和设备连接的信息。它是一种平台无关的数据结构，可以在不同的平台上使用相同的设备树。
以下是如何使用设备树来指定Uboot的引导参数以启动Linux内核的步骤：
1. 编写设备树文件
使用文本编辑器创建名为“mydevice.dts”的新文件，并添加以下描述：
“`
/dts-v1/;
/ {
model = “mydevice”;
compatible = “mydevice”;
chosen {
bootargs = “console=ttyS0,115200 root=/dev/mmcblk0p2 rw”;
};
};
“`
在上面这个设备树描述中，model表示这个设备的模型名称，compatible表示该设备与哪些设备兼容。chosen节点提供了Uboot用来启动内核的参数设置。在这个例子中，bootargs设置了一个终端设备（ttyS0）和根分区（/dev/mmcblk0p2）。
2. 将设备树编译为二进制格式
设备树文件需要被编译成二进制格式，用于传递给Uboot。为此，需要使用dtc（设备树编译器）。下面是保存为“mydevice.dtb”的二进制设备树文件的命令：
“`
$ dtc -I dts -O dtb -o mydevice.dtb mydevice.dts
“`
编译器将设备树文件编译为二进制格式后，可以传递给Uboot使用。
3. 在Uboot中设置引导参数
使用Uboot的CLI可以设置引导参数。根据设备树的描述，需要设置bootargs、设备树文件位置和Linux内核文件位置。
以下是设置bootargs、设备树文件位置和Linux内核文件位置的命令：
“`
U-Boot> setenv bootargs “console=ttyS0,115200 root=/dev/mmcblk0p2 rw”
U-Boot> setenv fdtfile mydevice.dtb
U-Boot> setenv bootcmd “fatload mmc 0:1 ${kernel_addr_r} zImage; bootz ${kernel_addr_r} – ${fdt_addr_r}”
“`
这些命令设置了启动内核时需要的参数。bootargs设置终端设备、根分区和读写权限。fdtfile设置设备树文件的位置。bootcmd定义了在从MMC卡启动时的命令。在这个示例中，该命令在物理MMC卡的之一个扇区上查找内核映像，并使用先前定义的fdtfile来加载设备树。bootz命令启动内核。
4. 启动Linux内核
使用boot命令启动内核。
“`
U-Boot> boot
“`
此命令从MMC卡中读取内核，根据设备树中定义的参数启动内核，并在启动时挂载文件系统。
结论
Uboot是一个非常重要的引导加载程序，用于启动嵌入式系统。本文讨论了Uboot的工作原理和内部结构，并演示了如何使用设备树文件指定Uboot的引导参数以启动Linux内核。我们希望这篇文章能够帮助您更好地理解Uboot，并让您更轻松地进行嵌入式系统开发工作。
