Bootloader应用分析

1、Bootloader介绍

Boot 概念

启动引导，自举程序

由于boot设计比较偏底层，所以根据cpu架构和OS类型可能有所不同
uboot是对cpu架构和os类型支持比较多的一种开源引导程序

Bootloader中文解释为：启动引导程序

Bootloader的种类繁多，归纳如下：

2、s5p6818启动过程

S5P6818的启动过程

芯片选择启动irom设备
iROM选择启动下一阶段引导程序所在设备（p5）
iROM启动UBOOT第一阶段BL1
UBOOT第一阶段启动UBOOT第二阶段BL2
UBOOT第二阶段启动内核

s5p6818启动流程

芯片最先是从iRom启动，叫BL0
iROM选择启动下一阶段引导程序BL1

单阶段启动：如果BL1可以完成内核加载，这就是单阶段启动
多阶段启动：启动加载内核的工作由BL2之后的程序完成，这就是多阶段启动。

TPS: BL1的内存不能超过56K，因为UBOOT有的达到400K, 所以会分两个阶段启动BL2。增加DRAM的内存，DRAM可达1G.

问：为什么BL1不直接加载到DRAM里面？

SRAM比DDR更快
DDR需要初始化，而SRAM不需要

BL1启动Bootloader第二阶段BL2，BL2启动内核，内核加载根文件系统。

引导传参：引导程序最终没有了，达成一个共识，引导程序怎么给内存传参。

所传数据结构必须约定一致，不一致即便传过去，内核解析不出来。
引导程序与内核之间必须约定一个参数存放的地址base+0x100(一般可以修改)
数据格式约定一致，比如用户传递给内核的参数：

3、u-boot介绍

3.1、u-boot介绍及配置

u-boot介绍

源码获取:

官网下载
从芯片原厂获取配套的BSP
拷贝"资料/sourcecode/u-boot.xxxx.tar.bz2"到虚拟机
解压源码：tar xvf xxxxx
拷贝内核镜像生成工具（编译uImage时用到）：sudo cp tools/mkImage /bin/

u-boot最初是由PPCBoot发展而来
已经成为当前主流引导程序
官方引导程序由于与硬件平台差异，所以并不能下载直接运行（需要经过调试和修改及移植）
编译uboot

API：只是一些接口不一定用到

arch：非常重要，每个目录代表一个架构

board：代表芯片，平台，基于arm的芯片和平台特别多

commom：绝大部分cmd开头，每个cmd代表一个命令，例如：loadb

disk:磁盘

doc：针对u-boot开源软件的介绍

drivers：驱动，这些驱动绝大部分第二阶段的代码，第一阶段不需要那么多驱动，只是完成DDR的初始化和拷贝。

dts：设备树，现在内核把设备树直接跟内核放在和镜像打成一个包，下载直接下载到指定的地址。

fs：文件系统，uboot支持很多文件系统，ext4ls 直接通过命令查看很多文件内容例如：ext4ls mmc 0:1

include：头文件的集中营，绝大部分头文件汇总到这里

lib：很多的库，不能使用带有系统调用的C库，因为很多人写习惯可以自己实现跟C类似的库。

licenses:走到GPL，BSD，LGPI开源公共协议

net：不是网卡驱动，走的协议相关的，除了支持串口USB，也支持网络下载

post：自检，检查系统是否正常的相关代码

prototype: 兼容性相关的 s5p4418 和 s5p6818能否引导程序在这上面跑起来。

scripts：脚本，完成系统的配置，编译引导程序之前，需要配置，生成目标平台。

tools：处理制作镜像用到的工具，内核生成制作镜像也会用到，例如：mkimage。

配置编译uboot

进入uboot源码目录：cd u-boot-2014.07
清除编译痕迹（只是第一次做）：make distclean，不需要每次都做，每次要好几分钟
编译器配置成目标平台：make x6818_config
编译源码：make
在源码根目录下会生成镜像：ubootpak.bin

镜像烧写

找到官方提供的标准镜像
开发板开机进uboot命令行模式

执行下载命令：fastboot
插入miniUSB下载线
如果打开了虚拟机，要确认USB链接到的是物理主机
未安装驱动效果，和安装驱动效果如下图右边。

安装驱动，双击打开fastboot 驱动。

安装完驱动后重新插拔USB线
下载：通过fastboot.exe

修改下载脚本文件：REM表示注释一行
下载uboot：fastboot flash ubootpark ../linux_image/ubootpak.bin
下载内核：fastboot flah boot ../linux_image/boot.img
下载根文件系统：flash gtkfs ../linux_image/gtkfa.img

双击："sp_linux_image_down.bat",下载完成，开发板提示：FLASH：ubootpark - DONE
下载完成后，Ctrl+C退回命令行，或直接重启开发板即可

配置编译原理分析

用户执行make x6818_config，其实是调用了一个脚本：

bash 复制代码

/u-boot-2014.07/mkconfig -A x6818 #$(MKCONFIG) -A $(@:_config=)

mkconfig脚本从u-boot-2014.07/boards.cfg中找到x6818所在行，并将该所有信息设置成mkconfig脚本的新的命令行参数：

mkconfig将定义的变量值修改成命令行获取到的参数，存入include/config.mk文件中:

mkconfig创建include/config.h 并写入一个定制的头文件及目标平台相关信息

include/config.h默认是被所有源码所包含的不变的头文件
所以只要包含了include/config.h文件的源码，就会间接包含x6818.h
包含方法：#include <configs/${CONFIG_NAME}.h>

x6818.h中的裁剪配置宏均以CONFIG_开头

这个宏会被脚本解析成变量定义在include/autoconf.mk
include/autoconf.mk最后又会被Makefile所包含，并决定哪些文件需要编译。

uboot镜像产生

链接脚本：arch/arm/cpu/slsiap/u-boot.lds
查看更加详细的编译过程： make V=1

bash 复制代码

arm-linux-ld -pie --gc-sections -Bstatic -Ttext 0x43C0000  ......

如果命令行和链接脚本同时指定了同一个段的链接地址，命令行的优先有效。
裁剪镜像去格式处理：
uboot源码生成的可执行程序是：u-boot.bin
镜像打包：镜像组成：nsih+2ndboot+u-boot.bin=ubootpak.bin

3.2、控制命令

设置启动命令行参数：setenv bootargs

boot启动系统时，自动加载的环境变量；setenv bootcmd ext4load mmc ..

下载镜像命令，至少三种：

loadb 0x48000000 (通过串口下载文件到内存中)
fastboot （通过usb下载文件到磁盘中）
tftp 0x48000000（通过网络下载文件到内中）

启动命令：

boot（从外存启动）
bootm 0x48000000（从指定内存启动系统）
从上位机启动（主要用于调试内核）

fastboot flash app uImage(先从PC端下载镜像到内存0x48000000)
bootm ox48000000(从指定内存启动系统)

3.3、命令实现

uboot添加一条自定义命令：

在common/文件夹下建立cmd_helloworld.c
还可以在include/configs/行818.h中增加一项宏定义：

cpp 复制代码

#define CONFIG_CMD_HELLOWORLD 1

包含必备头文件

cpp 复制代码

#include <common.h>
#include <command.h>

调用命令定义宏：

完成命令回调函数

在common/Makefile中增加一项

3.4、启动过程

通过ext4load或fastboot下载一个内核uImage到内存0x48000000
通过bootm 0x48000000启动内核
先找到cmd_bootm.c文件
找到bootm命令回调函数

具体调用关系如下：

cpp 复制代码

do_bootm() ->
   do_bootm_states() ->
      bootm_os_get_boot_func() ->
         boot_os[] ->
            do_bootm_linux() ->
               boot_jump_linux() ->
                  kernel_entry(0,machid,r2);//启动内核