嵌入式软件开发知识点总结-uboot文件系统

news2025/1/11 16:59:10

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Uboot

什么是bootloader？

Linux系统要启动就必须需要一个 bootloader程序，也就说芯片上电以后先运行一段bootloader程序。这段 bootloader程序会先初始化时钟，看门狗，中断，SDRAM，等外设，然后将 Linux内核从 flash（NAND, NOR FLASH,SD,MMC等）拷贝到SDRAM中，最后启动Linux内核。当然了， bootloader的实际工作要复杂的多，但是它最主要的工作就是启动 Linux内核。

bootloader和 Linux内核的关系就跟PC上的BIOS和 Windows的关系一样， bootloader就相当于BIOS。总得来说，Bootloader就是一小段程序，它在系统上电时开始执行，初始化硬件设各、准备好软件环境，最后调用操作系统内核。

uboot启动过程中做了那些事？

第一阶段

初始化时钟，关闭看门狗，关中断，启动ICACHE，关闭DCACHE和TLB，关闭MMU，初始化SDRAM，初始化NAND FLASH，重定位。

第二阶段

初始化一个串口，检测系统内存映射，将内核映象和根文件系统映象从 Flash上读到SDRAM空间中，为内核设置启动参数，调用内核。

uboot和内核如何完成参数传递？

uboot启动后已经完成了基本的硬件初始化（如：内存、串口等），接下来，它的主要任务就是加载Linux内核到开发板的内存，然后跳转到Linux内核所在的地址运行。

PS:只要问到uboot，面试官必问uboot和内核的参数传递，所以一定要知道！

具体是如何跳转呢？做法很简单，直接修改PC寄存器的值为Linux内核所在的地址，这样CPU就会从Linux内核所在的地址去取指令，从而执行内核代码。

在前面我们已经知道，在跳转到内核以前，uboot需要做好以下三件事情：

(1) CPU寄存器的设置

R0=0

R1=机器类型ID；对于ARM结构的CPU，其机器类型ID可以参见 linux/arch/arm tools/ mach-types

R2=启动参数标记列表在RAM中起始基地址

(2) CPU工作模式

必须禁止中断（IRQs和FIQs）

CPU必须为SVC模式

(3) Cache和MMU的设置

MMU必须关闭

指令 Cache可以打开也可以关闭

数据 Cache必须关闭

其中上面第一步CPU寄存器的设置中，就是通过R0,R1,R2三个参数给内核传递参数的。

为什么要给内核传递参数呢？

在此之前，uboot已经完成了硬件的初始化，可以说已经”适应了“这块开发板。然而，内核并不是对于所有的开发板都能完美适配的（如果适配了，可想而知这个内核有多庞大，又或者有新技术发明了，可以完美的适配各种开发板），此时，对于开发板的环境一无所知。所以，要想启动Linux内核，uboot必须要给内核传递一些必要的信息来告诉内核当前所处的环境。

如何给内核传递参数？

uboot把机器ID通过R1传递给内核，Linux内核运行的时候，首先就从R1中读取机器ID来判断是否支持当前机器。这个机器ID实际上就是开发板CPU的ID，每个厂家生产出一款CPU的时候都会给它指定一个唯一的ID，大家可以到uboot源码的arch\arm\include\asm\mach-type.h文件中去查看。

R2存放的是块内存的基地址，这块内存中存放的是uboot给Linux内核的其他参数。这些参数有内存的起始地址、内存大小、Linux内核启动后挂载文件系统的方式等信息。很明显，参数有多个，不同的参数有不同的内容，为了让Linux内核能精确的解析出这些参数，双方在传递参数的时候要求参数在存放的时猴需要按照双方规定的格式存放。

除了约定好参数存放的地址外，还要规定参数的结构。Linux2.4.x以后的内核都期望以标记列表（tagged_list）的形式来传递启动参数。标记，就是一种数据结构；标记列表，就是挨着存放的多个标记。标记列表以标记ATAG_CORE开始，以标记ATAG_NONE结束。

标记的数据结构为tag，它由一个tag_header结构和一个联合（union）组成。tag_header结构表示标记的类型及长度，比如是表示内存还是表示命令行参数等。对于不同类型的标记使用不同的联合（union），比如表示内存时使用tag_ mem32，表示命令行时使用 tag_cmdline。具体代码见arch\arm\include\asm\setup.h。

从上面可以看出，struct_tag结构体由structtag_header+联合体union构成，结构体struct tag_header用来描述每个tag的头部信息，如tag的类型，tag大小。联合体union用来描述每个传递给Linux内核的参数信息。

为什么uboot要关掉caches？

caches是cpu内部的一个2级缓存，它的作用是将常用的数据和指令放在cpu内部。caches是通过CP15管理的，刚上电的时候，cpu还不能管理caches。上电的时候指令cache可关闭，也可不关闭，但数据cache一定要关闭，否则可能导致刚开始的代码里面，去取数据的时候，从cache里面取，而这时候RAM中数据还没有caches过来，导致数据预取异常。

文件系统

什么是根文件系统？

根文件系统首先是一种文件系统，该文件系统不仅具有普通文件系统的存储数据文件的功能，但是相对于普通的文件系统，它的特殊之处在于，它是内核启动时所挂载（mount）的第一个文件系统，内核代码的映像文件保存在根文件系统中，系统引导启动程序会在根文件系统挂载之后从中把一些初始化脚本（如rcS,inittab）和服务加载到内存中去运行，里面包含了 Linux系统能够运行所必需的应用程序、库等，比如可以给用户提供操作 Linux的控制界面的shell程序、动态连接的程序运行时需要的glibc库等。

我们要明白文件系统和内核是完全独立的两个部分。在嵌入式中移植的内核下载到开发板上，是没有办法真正的启动Linux操作系统的，会出现无法加载文件系统的错误。