1.U-Boot簡介

Linux系統要啟動就必須需要一個bootloader程序，也就是說芯片上電后先運行一段bootloader程序，這段bootloader程序會先初始化DDR等外設，然后將Linux內核從flash（NAND/NOR FLASH/SD/MMC等）拷貝到DDR中，最后啟動Linux內核

bootloader和Linux內核的關系跟PC上的BIOS和Windows的關系一樣，bootloader就相當于BIOS。 目前有很多現成的bootloader軟件可用，比如U-Boot、vivi、RedBoot等，其中以U-Boot使用最為廣泛

uboot（Universal Boot Loader），是一個遵循GPL協議的開源軟件，是一個裸機代碼，可以看作是一個裸機綜合例程。

uboot官網代碼

uboot官網上下載的是最原始的uboot源碼。 uboot官網下載地址如下：

https://www.denx.de/wiki/U-Boot/

半導體廠商uboot代碼

移植uboot時一般不會直接用 uboot 官方的源碼的，官方的源碼是給半導體廠商準備的，半導體廠商會根據自家的芯片，維護自己芯片對應的uboot。 NXP維護的的uboot地址：

https://github.com/Freescale/u-boot-fslc

開發板廠商uboot代碼

開發板廠商做的開發板需要修改芯片廠商官方的uboot，使其支持開發板廠商生產的評估板。 本文使用的正點原子i. MX6ULL開發板的uboot下載地址：

http://www.openedv.com/docs/boards/arm-linux/zdyz-i.mx6ull.html

2.U-Boot源碼分析

這里使用開發板廠商提供的uboot源碼（ uboot-imx-2016.03-2.1.0-g8b546e4.tar.bz2）來對uboot工程目錄進行分析：以EMMC版的核心板為例，以下是uboot的目錄，左側為未編譯的源碼，右側為編譯后的源碼（編譯方法見本文下一小節）

需要關注或了解的文件夾或文件如下：

arch文件夾：存放與架構有關的文件，這里只關注arch/arm文件夾即可

• mach開頭的文件夾跟具體的設備有關
• cpu文件夾里是和cpu架構有關的

board文件夾：和具體的板子有關的，打開freescale文件夾，freescale芯片的板子都在此文件夾下

• mx6ul開頭的，表示使用IMX6UL芯片的板子
• mx6ull開頭的，表示使用IMX6ULL芯片的板子
• mx6ullevk是NCP官方的IMX6ULL開發板

configs文件夾：存放uboot配置文件，一般半導體或開發板廠商會制作好一個配置文件，供用戶在此基礎上進行修改，配置文件統一命名為“xxx_defconfig”，xxx表示開發板名字

使用"make xxx_defconfig"命令，即可配置uboot

.u-boot.xxx_cmd文件：是一系列編譯生成的命令文件

#該變量的作用：拷貝一份u-boot-nodtb.bin文件，并重命名為u-boot.bin
cmd_u-boot.bin := cp u-boot-nodtb.bin u-boot.bin
#用到了arm-linux-gnueabihf-objcopy來將ELF格式的u-boot文件轉換為二進制的u-boot-nodtb.bin
cmd_u-boot-nodtb.bin := arm-linux-gnueabihf-objcopy --gap-fill=0xff 
-j .text......-O binary u-boot u-boot-nodtb.bin
#用到了arm-linux-gnueabihf-ld.bfd鏈接工具，將各個built-in.o文件鏈接在一起形成u-boot文件
cmd_u-boot := arm-linux-gnueabihf-ld.bfd ......-Map u-boot.map
#用到了工具tools/mkimage，IVT/DCD等數據保存在了文件mximage.cfg.cfgtmp中
#tools/mkimage工具就是讀取IVT/DCD等數據并添加到u-boot.bin頭部，并生成u-boot.imx
cmd_u-boot.imx := ./tools/mkimage -n board/freescale/mx6ull_alientek_emmc/imximage.cfg.cfgtmp 
-T imximage -e 0x87800000 -d u-boot.bin u-boot.imx

Makefile文件：頂層Makefile文件，Makefile是支持嵌套的，也就是頂層Makefile可以調用子目錄中的Makefile文件

u-boot.xxx文件：一系列文件，其含義如下

• u-boot：編譯出來的ELF格式的uboot鏡像文件
• u-boot.bin：編譯出來的二進制格式的uboot可執行鏡像文件
• u-boot.cfg：uboot的另外一種配置文件
• u-boot.imx：u-boot.bin添加頭部信息后的文件
• u-boot.lds：鏈接腳本
• u-boot.map：uboot映射文件，可查看某個函數被鏈接到哪個地址上了
• u-boot.srec：S-Record格式的鏡像文件
• u-boot.sym：uboot符合文件
• u-boot-nodtb.bin：和u-boot.bin一樣，u-boot.bin是u-boot-nodtb.bin的復制文件

.config文件：uboot配置文件，使用命令"make xxx_defconfig"配置uboot后就會自動生成

README：描述了uboot的詳細信息，包括uboot該如何編譯、uboot中各文件夾的含義、相應的命令等

3.U-Boot初次編譯

本文以正點原子i. MX6ULL阿爾法開發板實驗開發板，核心板為512MB(DDR3) + 8GB(EMMC)，進行學習實踐

在Ubuntu中安裝ncurses庫，以防止編譯報錯

sudo apt-get install libncurses5-dev

創建相應目錄，將開發板廠商提供的uboot源碼拷貝至此目錄中

mkdir /home/andyxi/linux/uboot
cd /home/andyxi/linux/uboot
cp uboot-imx-2016.03-2.1.0-g8b546e4.tar.bz2 .

解壓uboot源碼

tar -vxjf uboot-imx-2016.03-2.1.0-g8b546e4.tar.bz2

使用以下命令編譯uboot

#ARCH=arm表示設置目標為arm架構，相當于make distclean，清除工程
make ARCH=arm CROSS_COMPILE=arm-linux-gnueabihf- distclean
#配置uboot，配置文件為mx6ull_14x14_ddr512_emmc_defconfig
make ARCH=arm CROSS_COMPILE=arm-linux-gnueabihf- mx6ull_14x14_ddr512_emmc_defconfig
#V=1用于設置編譯過程中的信息輸出級別，相當于make -j12，即使用12核來編譯uboot
make V=1 ARCH=arm CROSS_COMPILE=arm-linux-gnueabihf- -j12 
#每次編譯uboot都需要輸入一長串命令
#為了簡單起見，建立一個shell腳本文件，將這些命令寫到shell腳本里
#執行shell腳本即可完成編譯工作
#新建mx6ull_alientek_emmc.sh腳本文件
##########################################################################
#!/bin/bash
make ARCH=arm CROSS_COMPILE=arm-linux-gnueabihf- distclean
make ARCH=arm CROSS_COMPILE=arm-linux-gnueabihf- mx6ull_14x14_ddr512_emmc_defconfig
make V=1 ARCH=arm CROSS_COMPILE=arm-linux-gnueabihf- -j12 
##########################################################################
#通過命令“./mx6ull_alientek_emmc.sh”編譯uboot

4.U-Boot燒寫與啟動

uboot編譯好后就可以燒寫到開發板上使用了，這里使正點原子提供的燒寫工具imxdownload

將imxdownload燒寫工具拷貝到文件夾中，并給與可執行權限

chmod 777 imxdownload

使用imxdownload軟件將bin文件下載到SD卡中

./imxdownload u-boot.bin /dev/sdb

燒寫成功后，插入SD卡，使用USB線將USB_TTL和電腦相連，打開串口工具后復位開發板。 在“Hit any key to stop autoboot”倒計時結束之前，按下鍵盤上的回車鍵，就會進入uboot命令行模式； 否則uboot就會使用默認參數來啟動Linux內核了

5.U-Boot常用命令

進入uboot命令行模式后輸入help或 ？ ，回車后即可查看當前uboot所支持的命令； 使用 help cmd 或 ? cmd 命令還可以查看命令的具體用法

信息查詢命令

bdinfo			#用于查看板子信息
printenv		#用于輸出環境變量信息
version			#用于查看uboot版本號

環境變量操作命令

=> setenv bootdelay 5  		#將環境變量bootdelay改為5
=> saveenv			#保存修改后，uboot倒計時變為5秒
Saving Environment to MMC...	#保存過程提示...
Writing to MMC(0)...done	#保存到MMC(0)中，即SD卡中
################################################################
#有時修改的環境變量值可能會有空格，此時需要用單引號括起來
=> setenv bootargs 'console=ttymxc0,115200 root=/dev/mmcblk1p2 rootwait rw'
=> saveenv			#保存修改
#上面命令相當于設置了"console=...","root=...","rootwait","rw"四組值
################################################################
=> setenv author andyxi		#新建環境變量author，其值為andyxi
=> saveenv			#保存修改
=> setenv author 		#給環境變量author賦空值，即刪除該環境變量
=> saveenv			#保存修改

內存操作命令

md	#用于顯示內存值
nm	#用于修改指定地址的內存值
mm	#用于修改指定地址的內存值，與nm命令的區別是，mm修改內存值時地址會自增
mw	#用于使用一個指定的數據填充一段內存
cp	#拷貝命令，用于將DRAM中的數據從一段內存拷貝到另一段內存中
cmp	#比較命令，用于比較兩段內存的數據是否相等

網絡操作命令

=> setenv ipaddr 192.168.10.50  	#開發板IP地址
=> setenv ethaddr b8:ae:1d:01:00:00	#開發板MAC地址
=> setenv gatewayip 192.168.10.1	#網關地址
=> setenv netmask 255.255.255.0		#子網掩碼
=> setenv serverip 192.168.10.100	#服務器IP地址（即Ubuntu主機地址）
=> saveenv	
#######################################################################
ping		#開發板的網絡是否能使用
dhcp 		#用于從路由器獲取IP地址，前提是開發板與路由器連接
nfs 		#網絡文件系統，可以在計算機之間通過網絡來分享資源	
tftp		#通過使用TFTP協議網絡下載東西到DRAM中

EMMC和SD卡操作命令

mmc info  		#輸出MMC設備信息
mmc read		#讀取MMC中的數據
mmc write		#向MMC中寫入數據
mmc rescan		#掃描MMC設備
mmc part		#列出MMC設備的分區
mmc dev			#切換MMC設備
mmc list		#列出當前有效的所有MMC設備
......

FAT格式文件系統操作命令

fatinfo		#用于查詢指定MMC設備分區的文件系統信息
fatls		#用于查詢FAT格式設備的目錄和文件信息
fstype		#用于查看MMC設備某個分區的文件系統格式
fatload		#用于將指定的文件讀取到DRAM中
fatwrite	#用于將DRAM中的數據寫入到MMC設備中

NAND操作命令

nand info	#用于打印NAND Flash信息
nand device	#用于切換NAND Flash
nand erase	#用于擦除NAND Flash
nand write	#用于向指定地址寫入指定的數據
nand read	#用于從NAND Flash中指定地址讀取指定大小的數據到DRAM中

BOOT操作命令

bootz		#用于啟動zImage鏡像文件
bootm		#用于啟動uImage鏡像文件
boot		#用于啟動Linux系統的，該命令會讀取環境變量bootcmd來啟動Linux
bootcmd		#環境變量保存著引導命令（啟動的命令集合）
#####################################################################
#例如使用tftp命令從網絡啟動Linux
tftp 80800000 zImage					#下載zImage
tftp 83000000 imx6ull-14x14-emmc-7-1024x600-c.dtb	#下載設備樹
bootz 80800000 - 83000000				#啟動Linux
#以上實例可以通過設置bootcmd,保存后直接使用boot命令來實現
setenv bootcmd 'tftp 80800000 zImage;
tftp 83000000 imx6ull-14x14-emmc-7-1024x600-c.dtb;
bootz 80800000 - 83000000'
saveenv
boot

其他常用命令

reset 	#復位重啟
go	#用于跳到指定的地址處執行應用
run	#用于運行環境變量中定義的命令
	#例如通過“run bootcmd”來運行bootcmd中的啟動命令
mtest	#簡單的內存讀寫測試命令，可以測試開發板上的DDR