认识Uboot（一）

一、为什么是uboot

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.、uboot的发展历程

自己使用的小开源项目->被更多人认可使用->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。

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。

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。

5.总结：uboot的出现是一种必然，如果没有uboot也会有另一个bootloader来代替。

二、为什么要有uboot

1.计算机系统：计算机系统就是有CPU来做核心进行运行的系统。

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）。

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 + 内部存储器（DDR SDRAM/SDRAM/SRAM）+ 外部存储器（Flash/硬盘） 

2.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（随主板出厂时预制的），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）

3.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）

总结：嵌入式系统和PC机的启动过程几乎相同，只是BIOS成了uboot，硬盘成了Flash。

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）几乎相同，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。

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。

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

(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)刷机就是利用uboot中的fastboot功能将各种镜像烧录到iNand中，然后从iNand启动。

4.能进行SoC级和板级硬件管理

(1)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）

(2)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。

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。