嵌入式系统学习入门-UBOOT交叉工具链
安装
进行嵌入式开发前，首先需安装交叉工具链，步骤如下：
1. 解压工具链到某一目录下
例：
tar xvzf arm-linux-gcc-4.3.2.tar.gz –C /
2. 修改/etc/profile ,添加
pathmunge /usr/local/arm/4.3.2/bin
3. 执行source /etc/profile
编译器：arm-linux-gcc
arm-linux-gcc hello.c –o hello
反汇编工具：arm-linux-objdump
arm-linux-objdump –D –S hello
ELF文件查看工具：arm-linux-readelf
arm-linux-readelf –a hello
arm-linux-readelf –d hello 查看hello使用的动态库
BootLoader介绍
软件层次
一个嵌入式系统从软件角度来看分为三个层次：
1. 引导加载程序
包括固化在固件(firmware)中的 boot 程序(可选)，和 BootLoader 两大部分。
2. Linux 内核
特定于嵌入式平台的定制内核。
3. 文件系统
包括了系统命令和应用程序。
在嵌入式系统中，通常没有像BIOS那样的固件程序，因此整个系统的加载启动任务就完全由BootLoader来完成。比如在一个基于 ARM7TDMI core的嵌入式系统中，系统在上电或复位时都从地址 0x00000000开始执行。而在这个地址处安排的通常就是系统的BootLoader程序。
简单地说，BootLoader就是在操作系统运行之前运行的一段小程序。通过这段小程序，可以初始化硬件设备，从而将系统的软硬件环境带到一个合适的状态，以便为最终调用操作系统做好准备。
系统加电或复位后，所有的CPU通常都从CPU制造商预先安排地址开始执行。比如，S3C2410在复位后从地址0x00000000起开始执行。而嵌入式系统则将固态存储设备（比如：FLASH）安排在这个地址上，而bootloader程序又安排在固态存储器的最前端，这样就能保证在系统加电后，CPU首先执行BootLoader程序。
每种不同的CPU体系结构都有不同的
BootLoader。除了依赖于CPU的体系结构外，BootLoader 还依赖于具体的嵌入式板级设备的配置，比如板卡的硬件地址分配，外设芯片的类型等。这也就是说，对于两块不同的开发板而言，即使它们是基于同一种CPU而构建的，但如果他们的硬件资源或配置不一致的话，要想在一块开发板上运行的BootLoader程序也能在另一块板子上运行，还是需要作修改。
流程
BootLoader 的启动过程可分为单阶段（Single-Stage）和多阶段（Multi-Stage）两种，通常多阶段的 BootLoader 具有更复杂的功能，更好的可移植性。从固态存储设备上启动的BootLoader 大多采用两阶段，即启动过程可以分为 stage 1和 stage2：stage1完成初始化硬件，为stage2准备内存空间，并将stage2复制到内存中，设置堆栈，然后跳转到stage2。
BootLoader 的 stage1 通常包括以下步骤：
·硬件设备初始化
·为加载 BootLoader 的 stage2 准备 RAM 空间
·拷贝 BootLoader 的 stage2 到 RAM 空间中
·设置好堆栈（why??）
·跳转到 stage2 的 C 入口点
BootLoader 的 stage2 通常包括以下步骤：
·初始化本阶段要使用到的硬件设备
·将内核映像和根文件系统映像从 flash 上读到RAM 中
·调用内核
Uboot是德国DENX小组开发的用于多种嵌入式CPU（ MIPS、x86、ARM、XScale等）的bootloader程序, UBoot不仅支持嵌入式Linux系统的引导，还支持VxWorks, QNX等多种嵌入式操作系统。
从下面地址可以下载到uboot的源代码：
ftp://ftp.denx.de/pub/u-boot/
目录结构
进入到UBOOT目录，可以得到如下的目录结构：
|-- board
|-- common
|-- cpu
|-- disk
|-- doc
|-- drivers
|-- dtt
|-- examples
|-- fs
|-- include
|-- lib_arm
|-- lib_generic
|-- lib_i386
|-- lib_m68k
|-- lib_microblaze
|-- lib_mips
|-- lib_nios
|-- lib_nios2
|-- lib_ppc
|-- net
|-- post
|-- rtc
|-- tools
Board
和开发板有关的文件。每一个开发板都以一个子目录出现在当前目录中，比如:SMDK2410,子目录中存放与开发板相关的文件。
v Common
实现Uboot支持的命令。
v Cpu
与特定CPU架构相关的代码，每一款Uboot下支持的CPU在该目录下对应一个子目录，比如有子目录arm920t等。
v Disk
对磁盘的支持。
v Doc
文档目录。Uboot有非常完善的文档，推荐大家参考阅读。
v Drivers
Uboot支持的设备驱动程序都放在该目录，比如各种网卡、支持CFI的Flash、串口和USB等。
V Fs
文件系统的支持。
V Include
Uboot使用的头文件。该目录下configs目录有与开发板相关的配置头文件，如smdk2410.h。该目录下的asm目录有与CPU体系结构相关的头文件。
V Net
与网络协议栈相关的代码，例如：TFTP协议、RARP协议的实现。
V Tools
生成Uboot的工具，如：mkimage, crc等等。
编译
Uboot的Makefile从功能上可以分成两个部分：
1、执行每种board相关的配置
2、编译生成uboot.bin文件
Uboot.bin的生成也分为两步，以smdk2410为例来说明，如下：
1. 选择要使用的board：
$make smdk2410_config
2. 编译生成u-boot.bin：
$make CROSS_COMPILE=arm-linux-
常用命令
尽管UBOOT提供了丰富的命令集，但不同的单板所支持的命令并不一定一样（可配置，How?后面章节），help 命令可用于察看当前单板所支持的命令。
【2410】 # help
autoscr -run script from memory
base -print or set address offset
bdinfo -print Board Info structure
bootm -boot application image from memory
printenv 查看环境变量
usage:
printenv
- print values of all environment variablesprintenv name ...
- print value of environment variable 'name'
Uboot> printenv
ipaddr=192.168.1.1
ethaddr=12:34:56:78:9A:BC
serverip=192.168.1.5
setenv 添加、修改、删除环境变量
v setenv name value ...
- set environment variable 'name' to 'value ...‘
v setenv name
- delete environment variable 'name'
Uboot> setenv myboard AT91RM9200DK
Uboot> printenv
serverip=192.168.1.5
myboard=AT91RM9200DK
saveenv 保存环境变量
将当前定义的所有变量及其值存入flash中。
文件下载
tftp 通过网络下载文件
注意：使用tftp，需要先配置好网络
Uboot> setenv ethaddr 12:34:56:78:9A:BC
Uboot> setenv ipaddr 192.168.1.1
Uboot> setenv serverip 192.168.1.254 （tftp服务器的地址）
例：
Uboot> tftp 32000000 uImage
把server（IP=环境变量中设置的serverip）中服务目录下的
uImage通过TFTP读入到0x32000000处。
内存操作
md 显示内存区的内容。
md采用十六进制和ASCII码两种形式来显示存储单元的内容。这条命令还可以采用长度标识符 .l, .w和.b ：
md [.b, .w, .l] address
md.w 100000
00100000: 2705 1956 5050 4342 6f6f 7420 312e 312e
00100010: 3520 284d 6172 2032 3120 3230 3032 202d
mm 修改内存，地址自动递增。
mm [.b, .w, .l] address
mm 提供了一种互动修改存储器内容的方法。它会显示地址和当前值，然后提示用户输入。如果你输入了一个合法的十六进制数，这个新的值将会被写入该地址。然后提示下一个地址。如果你没有输入任何值，只是按了一下回车，那么该地址的内容保持不变。如果想结束输入，则输入空格，然后回车。
=> mm 100000
00100000: 27051956 ? 0
00100004: 50504342 ? AABBCCDD
flinfo 查看Flash扇区信息
Usage：Uboot> flinfo
protect Flash写保护
打开或关闭扇区写保护
用法：
protect off all
关闭所有扇区的写保护
protect on all
打开所有扇区的写保护
protect off start end
关闭从start 到 end 扇区的写保护(start为要关闭的第1个扇区的起始
地址，end为要关闭的最后一个扇区的结束地址)
protect on start end
打开从start 到 end 扇区的写保护
erase 擦除flash扇区
用法： erase start end
擦除从start 到 end 的扇区，start 为要擦除的第1个扇区的起始地址，end 为要擦除的最后一个扇区的结束地址(在使用cp命令向Nor型Flash写入数据之前必须先使用erase 命令擦除flash，因为nor flash 按字节写入时，无法写入1，所以必须通过擦除来写入1)。
例：erase 30000 1effff
cp 数据拷贝。
cp [.b, .w, .l] saddress daddress len
cp 提供了一种内存与内存，内存与Flash之间数据拷贝的方法。
例：
cp.b 31000000 50000 d0000
将内存地址0x31000000处的数据（长度为0xd0000）拷贝到地址0x50000处（Flash中）
cp.b 32000000 120000 c0000
将内存地址0x32000000处的数据（长度为0xc0000）拷贝到地址0x120000处（Flash中）
执行程序
go 执行内存中的二进制代码，一个简单的跳转到指定地址
go addr [arg ...]
- start application at address 'addr‘，
passing 'arg' as arguments
bootm 执行内存中的二进制代码
bootm [addr [arg ...]]
- boot application image stored in memory
passing arguments 'arg ...'; when booting a
Linux kernel, 'arg' can be the address of an initrd image
要求二进制代码有固定格式的文件头。
bdinfo – 显示开发板信息
bdinfo命令（简写为bdi）将在终端显示诸如内存地址和大小、时钟频率、MAC地址等信息。这些信息在传递给Linux内核一些参数时可能会用到。
自动启动
1. 设置自动启动
mini2440=>setenv bootcmd tftp 31000000 uImage /; bootm 31000000
mini2440 =>saveenv
工作模式
大多数BootLoader都包含两种不同的操作模式：“启动模式” 和“下载模式”，这种区别仅对于开发人员才有意义,但从最终用户的角度看,BootLoader的作用就是用来加载操作系统,而不存在所谓的启动模式与下载模式。
启动模式
这种模式也称为“自主” 模式，是指BootLoader 从目标机上的某个固态存储设备上将操作系统自动加载到 RAM 中运行，整个过程并没有用户的介入。这种模式是BootLoader 的正常工作模式，因此在嵌入式产品发布的时侯，BootLoader 显然必须工作在这种模式下。
下载模式
在这种模式下，目标机上的BootLoader 将通过串口或网络等通信手段从主机（Host）下载文件，然后控制启动流程。
Uboot移植
BootLoader 依赖于：
具体的CPU体系、具体的板级设备配置
（芯片级移植、板级移植）
板级设备的配置文件位于
include/configs/<board_name>.h
<board_name>用相应的BOARD定义代替（例：smdk2410.h）
Smdk2410.h
#define CONFIG_ARM920T 1
/* CPU 类型 */
#define CONFIG_S3C2410 1
/* MCU类型 */
#define CONFIG_SMDK2410 1
/* 开发板型号 */
#define USE_920T_MMU 1
/* 使用MMU */
#undef CONFIG_USE_IRQ
/* 不使用 IRQ/FIQ */
/* malloc 池大小*/
#define CFG_MALLOC_LEN (CFG_ENV_SIZE +
128*1024)
/* 数据段大小 128字节 */
#define CFG_GBL_DATA_SIZE 128
/* 使用 CS8900 网卡 */
#define CONFIG_DRIVER_CS8900 1
/* CS8900A 基地址 */
#define CS8900_BASE 0x19000300
/* 使用串口1 */
#define CONFIG_SERIAL1 1
/* 波特率 */
#define CONFIG_BAUDRATE 115200
#define CONFIG_COMMANDS /
(CONFIG_CMD_DFL | /
CFG_CMD_CACHE | /
/*CFG_CMD_NAND |*/ /
/*CFG_CMD_EEPROM |*/ /
/*CFG_CMD_I2C |*/ /
/*CFG_CMD_USB |*/ /
CFG_CMD_REGINFO | /
CFG_CMD_DATE | /
CFG_CMD_ELF)
/*定义使用的命令,可添加额外命令,如PING*/
/* 自动启动等待时间 */
#define CONFIG_BOOTDELAY 3
/* 内核启动参数 */
#define CONFIG_BOOTARGS
"root=ramfs devfs=mount console=ttySA0,9600“
#define CONFIG_ETHADDR 08:00:3e:26:0a:5b
#define CONFIG_NETMASK 255.255.255.0
#define CONFIG_IPADDR 10.0.0.110
#define CONFIG_SERVERIP 10.0.0.1
#define CONFIG_BOOTCOMMAND "tftp; bootm"
#define CFG_PROMPT "SMDK2410 # "
#define PHYS_SDRAM_1 0x30000000 /* SDRAM Bank #1 */
#define PHYS_SDRAM_1_SIZE 0x04000000 /* 64 MB */
#define CFG_LOAD_ADDR 0x33000000
/* 默认的启动地址 */
#define CFG_BAUDRATE_TABLE { 9600, 19200, 38400, 57600, 115200 } /*可用的波特率*/
/* 有一片SDRAM */
#define CONFIG_NR_DRAM_BANKS1
/* FLASH No1的基地址 */
#define PHYS_FLASH_1 0x00000000
/* FLASH 的基地址 */
#define CFG_FLASH_BASE PHYS_FLASH_1
移植方法
开始移植之前，首先要分析U-Boot已经支持的开发板，选择出硬件配置最接近的开发板。选择的原则是，首先选择MCU相同的开发板，如果没有，则选择MPU相同的开发板。
以mini2440开发板为例，该开发板采用s3c2440芯片。根据选择原则，首先选择MCU为s3c2440的开发板，但 UBoot 各版本均不支持采用s3c2440芯片的开发板。因此根据第二原则，选择MPU相同，即ARM核为arm920T的开发板，Uboot支持SMDK2410开发板,并且SMDK2410采用s3c2410芯片，s3c2410采用的正好是arm920T，因此选取SMDK2410开发板作为移植参考板。
移植U-Boot的基本步骤如下:
1. 在顶层Makefile中为开发板添加新的配置选项，使用已有的配置项目为例
smdk2410_config: unconfig
@./mkconfig $(@:_config=) arm arm920t smdk2410 NULL s3c24x0
参考上面2行，添加下面2行:
mini2440_config: unconfig
@./mkconfig $(@:_config=) arm arm920t mini2440 NULL s3c24x0
arm: CPU 架构
arm920t: CPU 类型，对应cpu/arm920t目录
mini2440: 开发板型号，对应board/mini2440目录
NULL:开发者
s3c24x0: 片上系统(SOC)
2. 在board目录中创建一个属于新开发板的目录，
并添加文件:
mkdir –p board/mini2440
cp –rf board/smdk2410/* board/mini2440
3. 为开发板添加新的配置文件
先复制参考开发板的配置文件，再修改。例如：
$cp include/configs/smdk2410.h include/configs/mini2440.h
4. 选择板级配置
$ make mini2440_config
5. 编译U-Boot
执行make CROSS_COMPILE=arm-linux- 命令，编译成功可以得到U-Boot映像。
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