什么是驱动

驱动，即设备驱动程序，是一种可以使计算机和设备通信的特殊程序。

从作用角度来看，驱动的主要功能是将硬件设备的功能与操作系统进行连接，让操作系统能够识别并正确使用硬件设备。例如，显卡驱动能让操作系统充分发挥显卡的图形处理能力，打印机驱动能使计算机顺利地向打印机发送打印指令。

从组成结构来说，驱动通常包含了硬件设备的各种控制指令、通信协议以及与操作系统交互的接口等。它就像是一个翻译官，在硬件设备和操作系统之间进行信息的转换和传递。

什么是Linux驱动 

Linux 驱动是专门为在 Linux 操作系统下使硬件设备正常工作而编写的软件程序。

在功能方面，它负责在 Linux 系统与硬件设备之间建立通信桥梁。通过驱动程序，Linux 系统能够识别硬件设备、控制其工作状态以及获取设备提供的数据等。例如，网卡驱动使得 Linux 系统能够连接网络，实现数据的收发；磁盘驱动则负责管理存储设备的读写操作。

从结构组成上看，Linux 驱动通常包含与硬件交互的底层代码、设备注册和初始化的模块、中断处理程序以及与 Linux 内核接口的部分等。它既要遵循 Linux 内核的编程规范和接口要求，又要针对特定硬件的特性进行优化设计。

什么是裸机驱动

裸机驱动是在没有操作系统的情况下，直接控制硬件设备的程序。

从功能上讲，裸机驱动主要负责初始化硬件设备、设置设备的工作模式和参数，并实现对设备的基本操作，如读写数据、控制设备状态等。它直接与硬件进行交互，不需要依赖操作系统提供的服务和接口。

在结构组成方面，裸机驱动通常由针对特定硬件的初始化代码、控制逻辑和中断处理程序等组成。由于没有操作系统的支持，裸机驱动需要更加关注硬件的细节和特性，以确保设备能够正确、高效地运行。

对于一些嵌入式系统开发或特定的硬件控制场景，裸机驱动具有重要意义。它可以提供更高效的硬件控制，减少系统资源的占用，并且能够在没有操作系统的环境下实现特定的功能需求

什么是搬移内核到内存

“搬移内核到内存” 是指在系统启动过程中，将存储在非易失性存储设备（如 NandFlash、NorFlash 等）中的 Linux 内核映像文件复制到计算机的内存中。

 

一、为什么要进行内核搬移

 

1. 提高运行速度
   • 内存的读写速度通常比外部存储设备快得多。将内核加载到内存中运行，可以大大提高内核的启动速度和运行效率。例如，当系统需要快速响应外部事件或执行复杂的计算任务时，内存中的内核能够更快地进行处理。
2. 直接访问
   • CPU 可以直接访问内存中的数据，而对于外部存储设备的访问通常需要通过特定的接口和控制器，这会增加访问的延迟。将内核搬移到内存中，使得 CPU 能够更快速地获取内核代码和数据，从而提高系统的整体性能。

 

二、搬移的过程

 

1. 确定内核映像的位置
   • 在启动过程中，引导加载程序（如 U-Boot）首先需要确定内核映像在存储设备中的位置。这通常是通过读取特定的配置信息或预设的地址来实现的。例如，在 NandFlash 启动方式中，引导加载程序可能会根据预先设定的地址范围来查找内核映像。
2. 读取内核映像
   • 一旦确定了内核映像的位置，引导加载程序会从存储设备中读取内核映像到内存中的特定位置。这个过程可能涉及到对存储设备的读写操作和数据传输。例如，通过特定的总线接口（如 SPI、I2C 等）从 NandFlash 中读取数据，并将其存储到内存的指定地址。
3. 验证内核映像
   • 在将内核映像搬移到内存后，引导加载程序通常会对内核映像进行验证，以确保其完整性和正确性。这可以通过校验和、数字签名等方式来实现。如果内核映像损坏或不完整，引导加载程序可能会停止启动过程并报告错误。
4. 启动内核
   • 当内核映像被成功搬移到内存并验证通过后，引导加载程序会将控制权转移到内存中的内核入口点，启动内核的执行。内核会进一步进行初始化和系统配置，最终启动整个操作系统。

 

三、不同启动方式下的内核搬移

 

1. 从 NandFlash 启动
   • 在这种启动方式下，系统上电后会自动搬移 NandFlash 前 4KB 的程序到 IRAM 中，并将 0 地址映射到 0x40000000 地址处。引导加载程序在前 4KB 代码中初始化好内存，然后将 NandFlash 中的内核映像搬移到内存的特定地址（如 0x30008000）。最后，引导加载程序启动内存中的内核。
2. 从 NorFlash 启动
   • 系统上电后，PC 默认指向 0 地址处，直接运行 NorFlash 中的程序。如果内核映像存储在 NorFlash 中，引导加载程序可以直接将内核从 NorFlash 搬移到内存中。或者，如果内核映像存储在其他位置（如通过网络下载），引导加载程序也可以从其他来源获取内核映像并搬移到内存中。
3. 从网络启动（如通过 TFTP 和 NFS）
   • 在这种启动方式下，引导加载程序通过 TFTP 服务从网络上的服务器（如 Ubuntu 服务器）下载内核映像到内存的特定地址。然后，引导加载程序启动内存中的内核，并通过 NFS 服务挂载网络上的根文件系统。

内存和flash的区别

一、性质与特点

1. 内存（RAM）：
   • 属于易失性存储器，即当电源关闭时，其中存储的数据会立即丢失。
   • 具有高速读写的特点，能够快速响应 CPU 的指令，为 CPU 提供临时的数据存储和快速的数据交换空间。
   • 通常以动态随机存取存储器（DRAM）或静态随机存取存储器（SRAM）的形式存在。
2. Flash：
   • 是非易失性存储器，即使断电后数据也不会丢失。
   • 读写速度相对较慢，但比传统的机械硬盘要快很多。
   • 常用于存储长期的数据，如操作系统、应用程序和用户文件等。

二、用途

1. 内存：
   • 主要用于在计算机运行过程中暂时存储正在运行的程序和数据，以便 CPU 能够快速访问。
   • 对于需要频繁读写和快速响应的任务，如运行大型软件、进行多任务处理等，内存的性能至关重要。
2. Flash：
   • 作为长期存储设备，用于保存操作系统、应用程序、文档、图片、视频等各种数据。
   • 在移动设备如手机、平板电脑和数码相机中，Flash 存储器广泛应用，因为它具有体积小、功耗低和非易失性的优点。

三、存储容量与成本

1. 内存：
   • 通常存储容量相对较小，一般以 GB 为单位。例如，常见的个人电脑内存容量可能在 4GB 到 32GB 之间。
   • 由于其高速读写的特性和复杂的制造工艺，内存的成本相对较高。
2. Flash：
   • 存储容量可以从几 GB 到数 TB 不等，适用于存储大量的数据。
   • 随着技术的不断进步，Flash 的成本逐渐降低，但相对于内存来说，仍然较为便宜。

四、数据读写方式

1. 内存：
   • 可以随机访问任意地址的数据，读写速度非常快。
   • CPU 可以直接对内存进行读写操作，无需经过复杂的寻址过程。
2. Flash：
   • 一般以块为单位进行读写操作，在写入数据之前可能需要先擦除整个块。
   • 读写速度相对较慢，并且在进行大量写入操作时，可能会因为擦除和写入的过程而导致性能下降。

norflash和nandflash的区别有哪些 

NorFlash 和 NandFlash 的区别主要体现在以下几个方面：

1. 物理结构5：
   • NorFlash：采用并行连接的存储单元结构，每个存储单元都有独立的访问线。这使得它可以直接按字节读取，就像访问传统的存储器一样，能够同时读取和写入存储器中的每个字节。
   • NandFlash：采用串行连接的存储单元结构，多个存储单元被组合成一个页（page），多个页再组合成一个块（block），形成存储数组。读取和写入是以页为单位进行的，而非单个字节。
2. 性能表现：
   • 读取速度：NorFlash 的读取速度相对较快，可支持随机读取，适合快速获取代码指令等小数据量的随机读取操作16。NandFlash 的读取速度整体比 NorFlash 稍慢，但随着技术发展，差距在逐渐缩小。
   • 写入速度：NandFlash 的写入速度比 NorFlash 快很多。NorFlash 在写入前需要先将目标块内所有的位写为 0（擦除操作），且擦除是以较大的块为单位进行，导致写入效率较低；而 NandFlash 的写入操作相对简单，擦除单元也更小14。
   • 擦除速度：NandFlash 的擦除速度远快于 NorFlash。NorFlash 擦除一个块的时间可能需要 5s 左右，而 NandFlash 擦除一个块通常不超过 4ms1。
3. 接口与使用方式3：
   • 接口：NorFlash 带有 SRAM 接口，有足够的地址引脚来寻址，可以直接和 CPU 相连，CPU 可以直接通过地址总线对 NorFlash 进行访问，存取其内部的每一个字节，接口较为简单。NandFlash 器件使用复杂的 I/O 口来串行地存取数据，8 个引脚用来传送控制、地址和数据信息，各个产品或厂商的方法可能各不相同，接口相对复杂。
   • 使用方式：NorFlash 可以在片内直接运行代码，应用程序可以直接在 NorFlash 闪存内运行，不必先把代码读到系统 RAM 中。NandFlash 不能在片内运行程序，使用时必须先写入驱动程序，才能进行其他操作3。
4. 容量与成本：
   • 容量：NorFlash 的容量相对较小，常见的有 128KB、256KB、1MB、2MB 等，一般在 1-16MB 左右。NandFlash 的容量较大，目前市面上的 NandFlash 产品容量可以从几 GB 到数 TB 不等23。
   • 成本：NorFlash 的成本相对较高，因为其生产工艺复杂、容量小。NandFlash 由于生产过程相对简单、存储密度高，在大容量的情况下成本更低3。
5. 可靠性与耐用性3：
   • 可靠性：NorFlash 的可靠性较高，接口简单，数据操作少，位交换操作少，极少出现坏区块，一般用在对可靠性要求高的地方。NandFlash 的接口和操作相对复杂，位交换操作较多，出现问题的几率相对较大。
   • 耐用性：NandFlash 中每个块的最大擦写次数一般是一百万次，而 NorFlash 的擦写次数是十万次左右。但是由于 NandFlash 通常是整块擦写，块内的页面中如果有一位失效整个块就会失效，而且擦写过程复杂，失败的概率相对较高14。
6. 应用场景：
   • NorFlash：常用于存储代码和关键数据，如用于 BIOS 芯片、嵌入式系统中存放启动代码等对数据读取速度要求高、容量需求不大且对可靠性要求高的场景5。
   • NandFlash：适合于数据存储，如在固态硬盘（SSD）、U 盘、存储卡等需要大容量存储的设备中广泛应用。

Linux启动流程

Linux 的启动是一个复杂而有序的过程，主要包括启动 bootloader、启动内核以及加载（挂载）根文件系统三个关键阶段。

一、启动 bootloader

1. 功能与性质：
   • Bootloader 是一段裸机程序，其主要职责是为内核启动精心准备适宜的环境。一旦内核成功启动，CPU 的控制权便彻底移交至内核，此后 bootloader 不再被启动。任何具备此类功能的程序均可称为 bootloader。
2. 具体操作步骤：
   • 初始化 CPU：合理设置 CPU 的工作模式，确保其处于适合系统启动的最佳状态。
   • 初始化堆栈：为程序的运行构建临时数据存储区域，保障程序执行过程中数据存储和调用栈的稳定运作。
   • 初始化异常向量表：为系统处理各类异常情况（如中断、故障等）设定入口地址，确保在异常发生时能够准确地进行处理。
   • 初始化时钟：为系统提供精准的时间基准，保证各种与时间相关的操作（如定时器设置、任务调度等）得以正常进行。
   • 初始化内存：对系统内存进行检测和配置，为后续程序的加载和运行开辟可用的内存空间。
   • 关看门狗：防止程序运行过程中因看门狗超时而导致系统意外复位，确保系统稳定运行。
   • 关 Cache：在启动初期，为了确保对内存的直接操作准确无误，避免 Cache 可能带来的不一致性。Cache 作为一种高速缓存，能够加速 CPU 对内存的访问，但在某些特定情况下，尤其是在系统启动初期，需要直接操作物理内存，此时关闭 Cache 可以有效确保操作的准确性。
   • 关 MMU：MMU（内存管理单元）负责将虚拟地址转换为物理地址。然而在启动初期，需要直接操作物理地址，因此关闭 MMU 能够避免地址转换带来的复杂性。
   • 初始化相关硬件设备：包括调试串口、网口、LED 等。调试串口用于输出启动过程中的调试信息，为开发者进行问题排查提供便利；网口为系统提供网络连接功能，以便进行网络通信和文件下载等操作；LED 可以作为启动状态的指示，方便用户直观了解系统的运行情况。
   • 集成相关通信协议：若要进行通信操作，必须借助通信协议来定义帧格式。例如，在网络启动过程中，可能需要集成 TCP/IP 等通信协议，以确保与其他设备进行准确的数据传输。
   • 搬移内核到内存：将内核映像从存储设备（如 NandFlash 或通过网络从 Ubuntu 等服务器）搬移到内存中，以便 CPU 能够快速访问和执行内核代码。
   • 向内核传参：向内核传递重要的参数，如根文件系统的位置和调试端口等。根文件系统的位置信息告知内核在哪里能够找到文件系统，以便进行加载和挂载操作；调试端口信息则用于在开发和调试过程中输出调试信息。
3. 启动方式：
   • 在 NandFlash 上：对于s3c2440芯片来说，系统上电后，会自动搬移 NandFlash 前 4KB 的程序到 IRAM（内部随机存取存储器）中（这是一个自动的过程，但这个过程并不是每个处理器都支持），并将 0 地址映射到 0x40000000 地址处，程序就从这个地址开始跑。如果bootloader 程序大于4KB，在这前 4KB 代码中，bootloader 初始化好内存，并将自己剩余的部分搬移到内存中运行。
   • 在 NorFlash 中：系统上电后，PC（程序计数器）默认指向 0 地址处（norflash连接0地址处），直接运行 NorFlash 中的程序。

二、启动内核

1. 内核的性质与功能：
   • 内核（kernel）是一个复杂的程序，负责操作系统的核心功能，涵盖文件管理、进程管理、内存管理、网络管理和设备管理等多个重要方面。
2. 获取、启动内核的方式：
   • 在 NandFlash 上：bootloader 启动的最后阶段将 NandFlash 中的内核搬移到内存的 0x30008000 地址处（内存是被接到0x30000000地址处，从0x30000000到0x30008000之间的这一段内存放的是页表（用于记录虚拟地址和物理地址之间的关系）和参数），然后启动该地址处的内核。
   • 在 Ubuntu 上：bootloader 通过 TFTP（Trivial File Transfer Protocol）服务将 Ubuntu 上的内核下载到内存的 0x30008000 地址处，随后启动该地址处的内核。                （下载：tftp 0x30008000 uImage）

 

三、加载（挂载）根文件系统

1. 根文件系统的组成与作用：
   • 根文件系统（rootfs）是一堆文件的集合，其中包括配置文件、系统命令 / 用户程序以及普通文件等。配置文件用于设置系统的各种参数和选项，如网络配置、用户权限等；系统命令和用户程序是系统运行所必需的工具和应用程序；普通文件则包含各种数据文件和文档等。
2. 启动方式：
   • 在 NandFlash 上：直接挂载 NandFlash 的 mtdblock3 分区（人为的对存储空间的区域划分）上的根文件系统。
   • 在 Ubuntu 上：通过 NFS（Network File System）服务挂载 Ubuntu 上的根文件系统。在这种方式下，bootloader 通过网络从 Ubuntu 服务器下载内核，并将其加载到内存中启动。然后，通过 NFS 服务将 Ubuntu 上的根文件系统挂载到本地系统中，使得本地系统可以像访问本地文件系统一样访问 Ubuntu 上的文件。

 

以网络启动（通过 TFTP 和 NFS）的方式启动内核

首先向开发板的 NorFlash 中下载 uboot.bin。U-Boot（Universal Boot Loader）是一种广泛应用于嵌入式系统的引导加载程序，它负责初始化硬件设备、加载内核等重要任务。将 U-Boot 下载到 NorFlash 中，确保系统在启动时能够首先执行 U-Boot 程序。

在 Ubuntu 中安装 TFTP 服务并将 uImage（内核映像文件）拷贝到 TFTP 服务目录下。TFTP（Trivial File Transfer Protocol）是一种简单的文件传输协议，常用于嵌入式系统中快速传输小文件。通过 TFTP 服务，开发板可以从 Ubuntu 服务器上下载内核映像到特定的内存地址。

查看tftp服务是否已经安装

 

通过tftp服务，从tftpboot中下载文件到当前目录下（在哪个目录下使用tftp，文件就下载到哪个目录下） 

 

在 Ubuntu 中安装 NFS 服务，并将 rootfs.tar.gz（根文件系统压缩包）拷贝到 NFS 服务目录下并解压。NFS（Network File System）允许网络中的计算机之间共享文件系统。在这种启动方式中，开发板将通过 NFS 挂载 Ubuntu 服务器上的根文件系统，以便访问系统运行所需的各种文件和程序。

启动 minicom，这是一个用于串口通信的工具。通过 minicom，可以查看开发板的输出信息，进行调试和交互操作。

输入 “print” 查看环境变量。环境变量包含了系统启动时的各种参数和配置信息，通过查看环境变量可以了解当前系统的设置情况。

baudrate=115200：
定义了串口通信的波特率为 115200bps。

bootargs=root=/dev/nfs nfsroot=192.168.1.17:/home/linux/nfs/rootfs ip=192.168.1.100 console=ttySAC0,115200 init=/linuxrc：
root=/dev/nfs：指定根文件系统通过网络文件系统（NFS）挂载。
nfsroot=192.168.1.17:/home/linux/nfs/rootfs：指定 NFS 服务器的地址和共享的根文件系统路径。
ip=192.168.1.100：设置设备的 IP 地址。
console=ttySAC0,115200：将控制台输出重定向到串口ttySAC0，并使用与前面定义一致的波特率 115200。
init=/linuxrc：指定系统启动时执行的初始化程序为/linuxrc。

bootcmd=nand read 30000000 kernel;bootm 30000000：
nand read 30000000 kernel：从 NAND 闪存读取内核到内存地址 30000000。
bootm 30000000：从内存地址 30000000 启动内核。

bootdelay=5：
设置启动延迟为 5 秒，在此期间可以中断启动过程进入 U-Boot 命令行界面。

ethact=dm9000：
指定网络控制器为dm9000。

ethaddr=00:0c:29:4d:e4:f4：
设置设备的以太网 MAC 地址。

ipaddr=192.168.1.27：
设置设备的 IP 地址，与前面bootargs中的ip参数可能有不同的用途，具体取决于系统的启动流程。

mtddevname=u-boot：
指定 MTD（Memory Technology Device）设备名称为u-boot。

mtddevnum=0：
设置 MTD 设备编号为 0。

mtdids=nand0=jz2440-0：

定义 NAND 闪存的设备 ID，这里将其命名为nand0，对应型号为jz2440-0。

mtdparts=mtdparts=jz2440-0:256k(u-boot),128k(params),2m(kernel),-(rootfs)：

定义 MTD 分区，对于jz2440-0设备，划分出不同大小的分区，分别用于存储 U-Boot（256KB）、参数（128KB）、内核（2MB）和根文件系统（剩余空间）。

netmask=255.255.255.0：

设置子网掩码为 255.255.255.0。

partition=nand0,0：

指定要使用的分区为nand0的第一个分区，可能是 U-Boot 分区。

serverip=192.168.1.17：

设置 NFS 服务器的 IP 地址。

stderr=serial、stdin=serial、stdout=serial：

将标准错误、标准输入和标准输出重定向到串口。

修改环境变量，设置启动参数。其中，“setenv bootargs root=/dev/nfs nfsroot=192.168.1.3:/home/linux/nfs/rootfs ip=192.168.1.99 console=ttySAC0,115200 init=/linuxrc” 这条命令设置了根文件系统的位置为 NFS 服务器上的特定目录，指定了开发板的 IP 地址、控制台设备和初始化程序等参数。

“ping serverip” 检查网络是否连通。确保开发板能够与 Ubuntu 服务器进行网络通信是成功启动的关键步骤之一。如果网络不通，可能会导致内核下载和根文件系统挂载失败。

“tftp 0x30008000 uImage” 下载 uImage 到内存的 0x30008000 地址处。这一步骤利用 TFTP 服务将内核映像从 Ubuntu 服务器下载到开发板的内存中，为启动内核做准备。

“bootm 0x30008000” 启动 0x30008000 地址处的内核。这是最后一步，通过引导加载程序（U-Boot）启动位于特定内存地址的内核，从而启动整个 Linux 系统。