uboot的基本概念

uboot的引入

一 uboot是什么？
uboot是bootloader的一种，是一个嵌入式引导程序。
对比pc机和嵌入式linux系统的启动过程：
1.PC机的启动过程
(1)典型的PC机的部署：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）。

2.典型嵌入式linux系统启动过程
(1)嵌入式系统的部署和启动都是参考PC机的。只是设备上有一些差别。
(2)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。
(3)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）。

二者进行对比可以发现：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。

二 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。

三 uboot必须解决哪些问题
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。

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.能提供系统部署功能
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。

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。
(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）。

四 uboot的两个关键点：命令和环境变量
(1)uboot启动后大部分时间和工作都是在shell下完成的（譬如uboot要部署系统要在shell下输命令、要设置环境变量也得在命令行地下，要启动内核也要在命令行底下敲命令）。

(2)命令就是uboot的shell中可以识别的各种命令。uboot中有几十个命令，其中有一些常用另一些不常用（我们还可以自己给uboot添加命令）。

(3)uboot的环境变量和操作系统的环境变量工作原理和方式几乎完全相同。uboot在设计时借助了操作系统的设计理念（命令行工作方式借鉴了linux终端命令行，环境变量借鉴了操作系统的环境变量，uboot的驱动管理几乎完全照抄了linux的驱动框架）。

(4)环境变量可以被认为是系统的全局变量，环境变量名都是系统内置的（认识就认识，不认识就不认识，这部分是系统自带的默认的环境变量，譬如PATH；但是也有一部分环境变量是自己添加的，自己添加的系统就不认识但是我们自己认识）。系统或者我们自己的程序在运行时可以通过读取环境变量来指导程序的运行。这样设计的好处就是灵活，譬如我们要让一个程序更改运行方法，不用去重新修改程序代码再重新编译运行，而只要修改相应的环境变量就可以了。
注：环境变量和全局变量的区别
全局变量的生命周期是在程序的一次运行中，但是环境变量被存储在Flash中的环境变量分区中，一旦我们在程序中修改保存了该环境变量，那么下次开机时该环境变量的值将维持上一次更改保存后的值。

(5)环境变量就是运行时的配置属性。

五 uboot的常用命令
1.printenv/print
print命令不用带参数，作用是打印出系统中所有的环境变量。

2.setenv/set
作用：设置（添加/更改）环境变量；
用法：
set name vlaue ：给环境变量赋值；
set name ：删除环境变量；

3.saveenv/save
作用：保存环境变量的更改
注：环境变量的保存是整体的覆盖保存，也就是说内存中所有的环境变量都会整体的将Flash中环境变量分区中原来的内容整体覆盖。

4.SD卡/iNand操作指令movi
(1)开发板如果用SD卡/EMMC/iNand等作为Flash，则在uboot中操作flash的指令为movi（或mmc）
(2)movi指令是一个命令集，有很多子命令，具体用法可以help movi查看。
(3)movi的指令都是movi read和movi write一组的，movi read用来读取iNand到DDR上，movi write用来将DDR中的内容写入iNand中。理解这些指令时一定要注意涉及到的2个硬件：iNand和DDR内存。
(4)movi read {u-boot | kernel} {addr} 这个命令使用了一种通用型的描述方法来描述：movi 和 read外面没有任何标记说明每一次使用这个指令都是必选的；一对大括号{}括起来的部分必选1个，大括号中的竖线表是多选一。中括号[]表示可选参数（可以有也可以没有）
(5)指令有多种用法，譬如 movi read u-boot 0x30000000，意思就是把iNand中的u-boot分区读出到DDR的0x30000000起始的位置处。（uboot代码中将iNand分成了很多个分区，每个分区有地址范围和分区名，uboot程序操作中可以使用直接地址来操作iNand分区，也可以使用分区名来操作分区。）；注意这里的0x30000000也可以直接写作30000000，意思是一样的（uboot的命令行中所有数字都被默认当作十六进制处理，不管你加不加0x都一样）。

5.内存操作指令：mm、mw、md
(1)DDR中是没有分区的（只听说过对硬盘、Flash进行分区，没听说过对内存进行分区····），但是内存使用时要注意，千万不能越界踩到别人了。因为uboot是一个裸机程序，不像操作系统会由系统整体管理所有内存，系统负责分配和管理，系统会保证内存不会随便越界。然后裸机程序中uboot并不管理所有内存，内存是散的随便用的，所以如果程序员（使用uboot的人）自己不注意就可能出现自己把自己的数据给覆盖了。
(2)md就是memory display，用来显示内存中的内容。
md [内存地址] [长度]
例如:
md 0x02000000 128
表示显示0x02000000的内存数据,长度为128个32bit.
(3)mw就是memory write，将内容写到内存中
mw [内存地址] [值] [长度]
例如:
mw 0x02000000 0 128
表示修改地址为0x02000000~0x02000000+128的内存值为0.
(4)mm就是memory modify，修改内存中的某一块，说白了还是写内存（如果需要批量的逐个单元的修改内存，用mm最合适）

6.启动内核指令：bootm、go
(1)uboot的终极目标就是启动内核，启动内核在uboot中表现为一个指令，uboot命令行中调用这个指令就会启动内核。
(2)差别：bootm启动内核同时给内核传参，而go命令启动内核不传参。bootm其实才是正宗的启动内核的命令，一般情况下都用这个；go命令本来不是专为启动内核设计的，go命令内部其实就是一个函数指针指向一个内存地址然后直接调用那个函数，go命令的实质就是PC直接跳转到一个内存地址去运行而已。go命令可以用来在uboot中执行任何的裸机程序（有一种调试裸机程序的方法就是事先启动uboot，然后在uboot中去下载裸机程序，用go命令去执行裸机程序）

六 uboot的常用环境变量
1.自动运行倒数时间：bootdelay

2.网络设置：ipaddr serverip
(1)ipaddr是开发板的本地IP地址
(2)serverip是开发板通过tftp指令去tftp服务器下载东西时，tftp服务器的IP地址。
(3)gatewayip是开发板的本地网关地址
(4)netmask是子网掩码
(5)ethaddr是开发板的本地网卡的MAC地址。

3.自动运行命令设置：bootcmd
开机自动启动就是执行这个命令：
bootcmd=movi read kernel 30008000; bootm 30008000 意思是：将iNand的kernel分区读取到DDR内存的0x30008000地址处，然后使用bootm启动命令从内存0x30008000处去启动内核。

4.uboot给kernel传参：bootargs
(1)linux内核启动时可以接收uboot给他传递的启动参数，这些启动参数是uboot和内核约定好的形式、内容，linux内核在这些启动参数的指导下完成启动过程。这样的设计是为了灵活，为了内核在不重新编译的情况下可以用不同的方式启动。
(2)我们要做的事情就是：在uboot的环境变量中设置bootargs，然后bootm命令启动内核时会自动将bootargs传给内核。
(3)bootargs=console=ttySAC2,115200 root=/dev/mmcblk0p2 rw init=/linuxrc rootfstype=ext3
意义解释：
console=ttySAC2,115200 ： 控制台使用串口2，波特率115200.
root=/dev/mmcblk0p2 rw ： 根文件系统在SD卡端口0设备（iNand）第2分区，根文件系统是可读可写的
init=/linuxrc ： linux的进程1（init进程）的路径
rootfstype=ext3 ： 根文件系统的类型是ext3
(4)内核传参非常重要。在内核移植的时候，很多人会经常因为忘记给内核传参，或者给内核传递的参数不对，造成内核启动不起来。