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对于嵌入式为什么要有uboot的深度解析

宏志图/2019-10-07/ 分类:智能时代/阅读:
(1)uboot主要作用是用来启动操作系统内核。(2)uboot还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 ...

1.1、计算机系统的主要部件

(1)计算机系统就是以CPU为核心来运行的系统。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,不同的计算机系统组成部件也不同。但是所有的计算机系统运行时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)

对于嵌入式为什么要有uboot的深度解析

1.2、PC机的启动过程

(1)部署:典型的PC机的BIOS程序部署在PC机主板上(随主板出厂时已经预制了),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就是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)

1.3、典型嵌入式linux系统启动过程

(1)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(嵌入式系统中用Flash代替了硬盘)上、内存在掉电时无作用,CPU在掉电时不工作。

(2)启动过程:嵌入式系统上电后先执行uboot、然后uboot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就无用了)

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。

1.4、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后不同了。

(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。

1.5、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。

(2)uboot还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来操作。

为什么是uboot

2.1、uboot从哪里来的?

(1)uboot是SourceForge上的开源项目

(2)uboot项目的作者:一个德国人最早发起的项目

(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。

2.2、uboot的发展历程

(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。

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。

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。

uboot必须解决哪些问题

3.1、自身可开机直接启动

(1)一般的SoC都支持多种启动方式,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文件中具体处理了这一块。

3.2、能够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位置然后传给内核,内核启动后会到这个特定位置去取uboot传给他的参数,然后在内核中解析这些参数,这些参数将被用来指导linux内核的启动过程。

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)裸机教程中刷机(ARM裸机第三部分)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。

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)

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自己本身就死了,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

uboot的工作方式

4.1、从裸机程序镜像uboot.bin说起

(1)uboot的本质就是一个裸机程序,和我们裸机全集中写的那些裸机程序xx.bin并没有本质区别。如果非说要有区别,那就是:我们写的大部分小于16KB,而uboot大于16KB(一般uboot在180k-400k之间)

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