Linux内核驱动——Ubuntu 网络启动环境配置与操作

[一、Linux 启动流程](#一、Linux 启动流程)

[1.1 内核与根文件系统均在 SD 卡中（本地启动）](#1.1 内核与根文件系统均在 SD 卡中（本地启动）)

[1.2 内核与根文件系统均在 Ubuntu 主机（网络启动）](#1.2 内核与根文件系统均在 Ubuntu 主机（网络启动）)

[二、Ubuntu 网络启动环境配置](#二、Ubuntu 网络启动环境配置)

[2.1 TFTP 服务配置](#2.1 TFTP 服务配置)

[2.2 NFS 服务配置](#2.2 NFS 服务配置)

[三、U-Boot 常用命令](#三、U-Boot 常用命令)

[3.1 基础命令：环境验证与配置](#3.1 基础命令：环境验证与配置)

[3.2 核心命令：TFTP 下载与内核启动](#3.2 核心命令：TFTP 下载与内核启动)

[四、bootargs 启动](#四、bootargs 启动)

[4.1 完整命令配置](#4.1 完整命令配置)

[4.2 启动完成](#4.2 启动完成)

五、内核恐慌与启动失败

[5.1 内核恐慌典型现象](#5.1 内核恐慌典型现象)

[5.2 排查步骤](#5.2 排查步骤)

六、总结

一、Linux 启动流程

（1）系统上电触发 ROM 启动

系统上电后，先执行 IMX6 内部 ROM 中的启动程序（根据 boot mode 选择对应的外设）；

（2）Bootloader 初始化与自搬移

拷贝 SD 卡中的 Bootloader 前半部分程序到 IMX6 内部的 RAM 中，Bootloader 必须在自己的前半部分初始化好内存，并将自己的后半部分搬移到内存执行；

之后分为本地启动和网络启动两种情况。

1.1 内核与根文件系统均在 SD 卡中（本地启动）

（3）加载内核到内存

Bootloader 完成初始化后，从 SD 卡中读取内核镜像（zImage），将其搬移到内存的 0x80800000 地址处；

（4）启动内核并挂载根文件系统

Bootloader 通过 bootz 命令启动内核（PC 指针指向 0x80800000），内核启动完成后，自动挂载 SD 卡中存储的根文件系统，最终进入 shell 终端。

1.2 内核与根文件系统均在 Ubuntu 主机（网络启动）

（3）TFTP 下载内核与设备树

Bootloader 通过网络（依赖 SD 卡中配置的网络参数）连接 Ubuntu 主机的 TFTP 服务，将 Ubuntu 中的 zImage 下载到内存 0x80800000 地址，将设备树文件（imx6.dtb）下载到 0x83000000 地址；

（4）引导内核启动

Bootloader 向内核传递 bootargs 启动参数（指定 NFS 根文件系统路径、IP 地址等），执行bootz 命令启动内核；

（5）NFS 挂载根文件系统

内核启动后，根据 bootargs 配置，通过网络挂载 Ubuntu 主机 NFS 服务中的根文件系统（rootfs），完成系统初始化并进入 shell。

二、Ubuntu 网络启动环境配置

当内核及根文件系统位于 Ubuntu 主机时，需在 Ubuntu 上配置 TFTP（传输内核镜像） 和 **NFS（共享根文件系统）**服务。

2.1 TFTP 服务配置

TFTP 协议用于快速传输小型文件（如内核镜像、设备树），开发板通过 UBoot 命令直接从 Ubuntu 下载，无需拷贝到 SD 卡：

（1）安装 TFTP 服务

bash 复制代码

sudo apt-get install tftpd-hpa tftp-hpa

（2）配置 TFTP 服务目录

创建 TFTP 共享目录（建议与 NFS 目录同级，方便管理）：

bash 复制代码

mkdir -p /home/linux/nfs/tftpboot
sudo chmod 777 /home/linux/nfs/tftpboot  # 赋予读写权限

修改 TFTP 配置文件（/etc/default/tftpd-hpa），添加以下内容：

bash 复制代码

TFTP_USERNAME="tftp"
TFTP_DIRECTORY="/home/linux/nfs/tftpboot"  # 刚才创建的共享目录
TFTP_ADDRESS=":69"
TFTP_OPTIONS="--secure --create"

（3）拷贝核心文件到 TFTP 目录

将编译好的内核镜像（zImage）和 IMX6 设备树文件（imx6.dtb）拷贝到 TFTP 服务目录：

bash 复制代码

cp zImage imx6.dtb /home/linux/nfs/tftpboot/

（4）重启 TFTP 服务生效

bash 复制代码

sudo systemctl restart tftpd-hpa

2.2 NFS 服务配置

NFS 用于共享根文件系统，开发板内核启动后通过网络挂载，支持实时修改根文件系统中的驱动模块、配置文件：

（1）安装 NFS 服务

bash 复制代码

sudo apt-get install nfs-kernel-server

（2）配置 NFS 共享目录

创建根文件系统存储目录（建议在 NFS 主目录下新建子目录，避免混乱）：

bash 复制代码

mkdir -p /home/linux/nfs/imx6/rootfs

（3）解压根文件系统镜像

将下载的根文件系统压缩包（rootfs.tar.bz2）拷贝到 NFS 共享目录并解压：

bash 复制代码

# 进入根文件系统存储目录
cd /home/linux/nfs/imx6/rootfs
# 解压压缩包（保留原始权限和目录结构）
sudo tar -xvf rootfs.tar.bz2

解压完成后，目录下会生成 bin、etc、lib、root 等系统目录，后续驱动模块（.ko 文件）可直接放在该目录下供开发板加载。

三、U-Boot 常用命令

3.1 基础命令：环境验证与配置

**help 或 ?：**查看 U-Boot 支持的所有命令。
**reset：**重启开发板（等效于硬件复位）。
**ping：**测试开发板与网络设备（如 PC、路由器）的连通性（例：ping 192.168.1.3）。
**printenv：**打印所有环境变量（环境变量均为字符串类型，如 ipaddr=192.168.1.100）。
**setenv：**设置环境变量（例：setenv ipaddr 192.168.1.100）；若需删除变量，可执行 setenv name（将变量值置空）。
**saveenv：**保存环境变量到存储设备（如 SD 卡、NAND Flash），确保重启后变量生效。

3.2 核心命令：TFTP 下载与内核启动

（1）配置 TFTP 相关环境变量

bash 复制代码

# 设置开发板IP（与Ubuntu同网段）
setenv ipaddr 192.168.1.100
# 设置Ubuntu主机IP（TFTP/NFS服务器IP）
setenv serverip 192.168.1.3
# 保存配置
saveenv

（2）TFTP 下载内核与设备树

bash 复制代码

# 下载内核zImage到内存0x80800000地址（IMX6固定地址）
tftp 0x80800000 zImage
# 下载设备树imx6.dtb到内存0x83000000地址
tftp 0x83000000 imx6.dtb

（3）启动内核

执行 bootz 命令，指定内核和设备树在内存中的地址：

bash 复制代码

bootz 0x80800000 - 0x83000000

格式说明：bootz 内核地址 - 设备树地址，中间的 "-" 表示不指定 initrd 镜像。

四、bootargs 启动

4.1 完整命令配置

bootargs 是 U-Boot 传递给内核的核心参数，直接决定内核的控制台输出、根文件系统类型及挂载路径，以下是网络启动场景的经典配置（适配 IMX6 开发板）：

bash 复制代码

setenv bootargs console=ttymxc0,115200 root=/dev/nfs nfsroot=192.168.1.3:/home/linux/nfs/imx6/rootfs,nfsvers=3 ip=192.168.1.100 init=/linuxrc

参数详解：

**console：**内核输出控制台（通过串口工具监视启动日志，ttyMXC0 为串口设备，115200 为波特率）。
**root：**根文件系统类型（/dev/nfs 表示通过 NFS 网络挂载根文件系统）。
**nfsroot：**NFS 服务器的 IP 及共享目录（格式为服务器 IP:共享目录路径，nfsvers=3 指定 NFS 版本）。
**ip：**内核启动时使用的 IP 地址（需与 ipaddr 环境变量一致）。
**init：**指定初始化进程（系统启动后运行的第一个进程，此处为 /linuxrc 脚本）。

4.2 启动完成

bootargs 启动完成后将出现以下界面，可在此输入命令行与 Ubuntu 连接：
bootargs启动完成

例如，在 Ubuntu 中新建 main.c 文件并编译后，可在 ARM 开发板上运行 a.out 程序：
ARM开发板和Ubuntu交叉开发环境

五、内核恐慌与启动失败

5.1 内核恐慌典型现象

若启动日志中出现类似信息：Kernel panic - not syncing: VFS: Unable to mount root fs on unknown-block(0,0)，核心原因是内核找不到或无法挂载根文件系统。
内核恐慌

5.2 排查步骤

（1）验证网络连通性

在 UBoot 命令行执行 ping 192.168.1.3（UbuntuIP），若提示 host is alive 说明网络正常；若提示 ping failed，需检查：

开发板与 Ubuntu 是否连接同一路由器 / 交换机；
ipaddr 和 serverip 是否在同一网段；
开发板 MAC 地址（ethaddr）是否配置（部分开发板需手动设置：setenv ethaddr xx:xx:xx:xx:xx:xx）。

（2）检查 NFS 服务配置

验证 Ubuntu 的 NFS 共享目录权限：ls -ld /home/linux/nfs/imx6/rootfs，确保有 rwx 权限；
验证 NFS 配置是否生效：showmount -e 192.168.1.3，若输出包含共享目录，说明配置正常；
重启 NFS 服务：sudo systemctl restart nfs-kernel-server，解决服务未启动问题。

（3）检查 bootargs 参数

确保 nfsroot 路径与 Ubuntu 的 NFS 共享目录完全一致（注意大小写、目录层级）；
确保 nfsvers=3 参数存在（部分内核不支持 NFSv4，指定 v3 兼容性更强）；
重新执行 setenv bootargs [完整参数] 和 saveenv，避免参数输入错误。

六、总结

本节聚焦 Ubuntu 网络启动的全流程实操，核心收获如下：

掌握两种 SD 卡启动场景的差异，网络启动（TFTP+NFS）更适合驱动开发的实时调试需求；
完成 Ubuntu 的 TFTP/NFS 服务配置，实现内核 / 设备树快速下载和根文件系统共享；
熟练使用 UBoot 命令配置网络、下载镜像、启动内核，理解 bootargs 参数的核心作用；
学会排查内核恐慌等常见启动问题，确保启动链路畅通。