U-boot引导Linux内核启动

一、U-boot

U-Boot，全称 Universal Boot Loader，是一个广泛应用于嵌入式系统的开源引导加载程序（Boot Loader），它支持多种不同架构的处理器，如 ARM、PowerPC、MIPS、x86 等，能够在各种嵌入式设备上运行，包括开发板、工业控制计算机、智能家居设备等

其主要作用为初始化硬件设备，引导操作系统的启动

二、U-boot基础命令介绍

帮助命令

显示u_boot支持的所有命令

进入 uboot 的命令行模式以后输入"help"或者"?"，然后按下回车即可查看当前uboot所支持的命令

查看单个命令的详细用法

输入"help(或?) 命令名"就可以查看命令的详细用法

常用的与信息查询有关的命令有2个： bdinfo 和 version

bdinfo命令用于显示板级信息

version用于查看uboot的版本信息

环境变量命令

• printenv输出环境变量的值
• setenv设置环境变量
• saveenv保存环境变量

三、U-boot网络通信参数设置及ping命令

网络参数的设置

要求：

1、 开发板通过网线连接到路由器【ubuntu连接的路由器】或 开发板通过网线与ubuntu直连

2、虚拟机网络设置为"桥接模式"

ping命令

测试开发板的网络通信功能是否正常，是否可以和服务器(Ubuntu主机)进行通信，通过ping命令就可以验证，直接ping服务器的 IP 地址即可。比如我的服务器 IP地址为 192.168.0.104，命令如下：

=> ping 192.168.0.104
Using FEC0 device
host 192.168.0.104 is alive（与主机192.168.0.104通信正常）

四、TFTP服务和NFS服务使用

TFTP服务：TFTP（Trivial File Transfer Protocol）即简单文件传输协议 ，是TCP/IP协议族中用于在客户机与服务器间进行简单文件传输的协议，提供不复杂、开销不大的文件传输服务，端口号为69

4.1 tftp服务安装与卸载

sudo apt-get install tftp-hpa (客户端程序)
sudo apt-get install tftpd-hpa (服务端程序)

4.2 修改tftp配置文件

用管理员权限打开配置文件

sudo vi /etc/default/tftpd-hpa
TFTP_DIRECTORY="/home/linux/imx6ull_dev/tftp_workdir"

4.3 重启tftp服务

sudo /etc/init.d/tftpd-hpa restart
或
sudo service tftpd-hpa restart

4.4 测试tftp服务

linux@linux-virtual-machine:~$ tftp 192.168.0.104
tftp> get tftp.png
tftp> quit

五、NFS服务

NFS（Network File System）即网络文件系统 ，由Sun公司开发，是一种用于分布式文件系统的协议。它允许不同机器、不同操作系统通过网络共享数据，应用程序能像访问本地文件一样访问服务器磁盘中的数据。

典型应用：云存储(网盘)

如果缺少这些配置：

• 不指定目录路径 → NFS 无共享目录可提供；
• 不写rw → 客户端只能读，无法修改根文件系统文件；
• 不写no_root_squash → 开发板 root 用户操作共享目录会报 "权限拒绝"，无法正常启动系统

5.1 nfs服务安装与下载

在线安装:
sudo apt-get install nfs-kernel-server
卸载服务:
sudo apt remove --purge nfs-kernel-server

修改默认的配置文件:sudo vi /etc/exports
添加Ubuntu上需要共享的目录路径
/home/linux/imx6ull_dev/nfs/rootfs *(rw,sync,no_root_squash)

5.2 重启nfs服务

sudo /etc/init.d/nfs-kernel-server restart
或
sudo service nfs-kernel-server restart

5.3 测试nfs服务

创建挂载点目录(建议是空目录)

测试:

sudo mount IP:共享路径 自己的挂载点目录

例如:

sudo mount 192.168.0.104:/home/linux/imx6ull_dev/nfs/rootfs ./mountpoint (自己电脑上当前目录下的mountpoint子目录)

5.4 撤销挂载点

sudo umount 挂载点目录
例如:sudo umount ./mountpoint

六、U-boot网络方式引导Linux内核启动

通过tftp下载Linux内核启动需要的镜像文件,然后引导Linux内核启动

6.1 手动下载

下载:
tftp 80800000 zImage
tftp 83800000 imx6ull-14x14-emmc-4.3-800x480-c.dtb
tftp 81800000 ramdisk.img
zImage介绍:
Linux内核，操作系统镜像文件
smartcar_emmc_4_3.dtb:
设备树文件，存放的是硬件设备的信息，Linux内核在启动的时候会解析这个文件，识别当前的硬件设备
ramdisk介绍:
ramdisk即虚拟内存盘,它是通过软件将一部分内存(RAM)模拟为硬盘来使用的一种技术。
相对于直接的硬盘文件访问来说,这种技术可以极大的提高在其上进行的文件访问的速度
查看ramdisk.img信息:
安装u-boot-tools：
sudo apt install u-boot-tools
linux@linux-virtual-machine:~/imx6ull_dev/tftp_workdir$ mkimage -l ramdisk.img
Image Name: ramdisk
Created: Sat Mar 4 13:42:10 2023
Image Type: ARM Linux RAMDisk Image (uncompressed)
Data Size: 18874665 Bytes = 18432.29 KiB = 18.00 MiB
Load Address: 81800000
Entry Point: 81800000

DRAM 起始地址（0x80000000）图中DRAM bank -> start = 0x80000000，这正是 imx6ull DDR 内存的物理起始地址，而你之前用的80800000（zImage 地址）、**81800000（ramdisk 地址）**都是基于这个起始地址 "偏移" 得到的（避开了 U-Boot 占用的0x80000000~0x80800000区域）

DRAM 起始地址和大小，是83800000这个 dtb 下载地址合法可用的前提

我们在用tftp下载的时候，临时关闭ubuntu的防火墙 sudo ufw disable

6.2 引导Linux内核启动

设置u-boot环境变量

bootargs参数在u-boot引导Linux内核启动的时候会传递给Linux内核，告诉内核在启动的时候需要注意信
息
setenv bootargs 'console=ttymxc0,115200 ramdisk_size=12000000 rootfstype=ext2
rootwait rw'
console=ttymxc0,115200 告诉Linux内核在启动的时候使用串口1输出，波特率是115200
ramdisk_size=12000000 告诉Linux内核ramdisk镜像大小为0x12000000 byte = 128MB
rootfstype=ext2 告诉Linux内核ramdisk镜像使用的文件系统类型是ext2
rootwait 告诉Linux内核加载完所有驱动模块后在挂载文件系统
rw 告诉Linux内核在挂载完ramdisk以后可以对它进行读写

引导Linux内核启动

bootz [addr [initrd[:size]] [fdt]]
命令bootz 有三个参数:
addr 是Linux镜像文件在 DRAM 中的位置
initrd 是initrd文件在DRAM 中的地址，如果不使用 initrd 的话使用'-'代替即可
fdt 是设备树文件在 DRAM 中的地址
bootz 80800000 81800000 83800000

自动下载,然后启动Linux内核启动

setenv bootcmd 'tftp 80800000 zImage; tftp 83800000 imx6ull-14x14-emmc-4.3-800x480- c.dtb; bootz 80800000 - 83800000'

setenv bootargs console=ttymxc0,115200 root=/dev/nfs rw ip=dhcp nfsroot=192.168.0.105:/home/linux/imx6ull_dev/nfs/rootfs,v3,tcp

|------------------------------------------------------|-----------------------------------------------------------|-------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------|
| setenv bootcmd '...' | 给 U-Boot 的bootcmd变量赋值，覆盖默认启动流程 | setenv是 U-Boot 中 "设置环境变量" 的命令 |
| tftp 80800000 zImage | 通过 TFTP 协议，从 TFTP 服务器下载内核镜像zImage到开发板物理内存地址0x80800000 | ① tftp：基于 UDP 的简单文件传输协议，需开发板与 TFTP 服务器（Ubuntu）同网段；② 80800000：内核镜像的加载地址（避开 U-Boot 占用的0x80000000~0x80800000）；③ zImage：ARM 架构的压缩内核镜像（imx6ull 专用） |
| tftp 83800000 imx6ull-14x14-emmc-4.3-800x480-c.dtb | 通过 TFTP 下载设备树文件（dtb）到内存地址0x83800000 | ① dtb文件：内核识别硬件的 "硬件清单"，该文件名对应：imx6ull 14x14 核心板 + eMMC+4.3 寸 800x480 屏幕的硬件配置；② 83800000：dtb 的加载地址（避开内核镜像占用的空间，防止重叠） |
| bootz 80800000 - 83800000 | 启动内核的核心命令（bootz专用于启动 zImage 格式内核） | ① bootz参数格式：bootz 内核地址 [ramdisk地址] dtb地址；② -：表示无 ramdisk（根文件系统用 NFS 挂载，无需内存磁盘）；③ 执行该命令后，U-Boot 将控制权交给内核，内核开始初始化并挂载根文件系统 |

bootargs是 U-Boot 传递给 Linux 内核的 "启动参数"，内核启动时会读取这些参数，确定串口、根文件系统、网络等关键配置。

参数片段	具体含义	关键细节
setenv bootargs '...'	给 U-Boot 的bootargs变量赋值，传递给内核	内核启动时会解析该变量的所有参数，是内核初始化的核心依据
console=ttymxc0,115200	定义内核的控制台输出串口	① ttymxc0：imx6ull 的第一路串口（对应开发板的调试串口）；② 115200：串口波特率（需与 U-Boot、串口工具波特率一致，否则乱码）
root=/dev/nfs	指定根文件系统类型为 NFS（网络文件系统）	告诉内核：根文件系统不在本地 eMMC/SD 卡，而是通过 NFS 挂载的远程目录
rw	根文件系统的访问权限：读写（Read-Write）	若省略则默认只读（ro），开发板无法修改根文件系统文件（调试必设rw）
ip=dhcp	开发板内核启动后，通过 DHCP 自动获取 IP 地址	替代手动设置ipaddr:serverip:gateway，简化网络配置（需路由器 / DHCP 服务器分配 IP）
nfsroot=192.168.0.105:/home/linux/imx6ull_dev/nfs/rootfs,v3,tcp	定义 NFS 根文件系统的具体信息	① 192.168.0.105：NFS 服务器（Ubuntu）的 IP 地址；② /home/linux/imx6ull_dev/nfs/rootfs：Ubuntu 上共享的根文件系统目录（需与/etc/exports配置一致）；③ v3：指定使用 NFSv3 版本（imx6ull 内核对 NFSv3 兼容性更好，避免 v4 挂载失败）；④ tcp：使用 TCP 协议传输（NFS 默认用 UDP，TCP 更稳定，适合调试）

如同nfs挂载文件目录一样

七、u_boot MMC设备相关操作命令

MMC命令介绍

u-boot 支持EMMC和SD卡，因此也要提供EMMC和SD卡的操作命令。一般认为EMMC和SD卡是同一个东西，所以没有特殊说明。mmc是一系列的命令，其后可以跟不同的参数，输入"？ mmc"即可查看 mmc有关的命令：

=> ? mmc
mmc - MMC sub system
Usage:
mmc info - display info of the current MMC device
mmc read addr blk# cnt
mmc write addr blk# cnt
mmc erase blk# cnt
mmc rescan
mmc part - lists available partition on current mmc device
mmc dev [dev] [part] - show or set current mmc device [partition]
mmc list - lists available devices
mmc hwpartition [args...] - does hardware partitioning
arguments (sizes in 512-byte blocks):
[user [enh start cnt] [wrrel {on|off}]] - sets user data area attributes
[gp1|gp2|gp3|gp4 cnt [enh] [wrrel {on|off}]] - general purpose partition
[check|set|complete] - mode, complete set partitioning completed
WARNING: Partitioning is a write-once setting once it is set to complete.
Power cycling is required to initialize partitions after set to complete.
mmc bootbus dev boot_bus_width reset_boot_bus_width boot_mode
- Set the BOOT_BUS_WIDTH field of the specified device
mmc bootpart-resize <dev> <boot part size MB> <RPMB part size MB>
- Change sizes of boot and RPMB partitions of specified device
mmc partconf dev boot_ack boot_partition partition_access
- Change the bits of the PARTITION_CONFIG field of the specified device
mmc rst-function dev value
- Change the RST_n_FUNCTION field of the specified device
WARNING: This is a write-once field and 0 / 1 / 2 are the only valid values.
mmc setdsr <value> - set DSR register value

显示存在的MMC设备

=> mmc list
FSL_SDHC: 0
FSL_SDHC: 1 (eMMC)

显示当前使用的MMC设备信息

=> mmc info
Device: FSL_SDHC
Manufacturer ID: 15
OEM: 100
Name: 8GTF4 #设备名称为8GTF4，表明这是一款标称容量为8GB的TF（T-Flash，微型 SD）卡
Tran Speed: 52000000
Rd Block Len: 512 #读取块长度为512字节，这是存储设备进行数据读写时的基本块大小
MMC version 4.0
High Capacity: Yes #标识为大容量存储设备（SDHC），支持超过2GB的存储容量，符合SDHC规范。
Capacity: 7.3 GiB #实际可用容量为7.3GiB
Bus Width: 8-bit
Erase Group Size: 512 KiB #擦除组大小为512KiB，即设备进行擦除操作时的最小单位为512KiB
（512 × 1024 字节）

向MMC设备写数据

A、切换到emmc的第0分区
=> mmc dev 1 0
switch to partitions #0, OK
mmc1(part 0) is current device
B、从tftp下载u-boot.imx到内存80010000
=> tftp 80010000 u-boot.imx
FEC1 Waiting for PHY auto negotiation to complete.... done
Using FEC1 device
TFTP from server 192.168.0.105; our IP address is 192.168.0.110
Filename 'u-boot.imx'.
Load address: 0x80010000
Loading: #########################
57.6 KiB/s
done
Bytes transferred = 363520 (58c00 hex)