BIOS

BIOS是英文"Basic Input Output System"的缩略语，直译过来后中文名称就是"基本输入输出系统"。其实，它是一组固化到计算机内主板上一个ROM芯片上的程序，它保存着计算机最重要的基本输入输出的程序、系统设置信息、开机后自检程序和系统自启动程序。其主要功能是为计算机提供最底层的、最直接的硬件设置和控制。

BIOS，Basic Input Output System 基本输入输出系统，意思是主板级别的一个小系统。负责系统（主要是主板）的硬件初始化，例如CPU，内存，硬盘，键盘，显示卡，网卡等等硬件的初始化。初始化是BIOS的主要工作。传统的个人电脑上面BIOS会有一个int19 软件中断功能，在初始化完成后，BIOS会进入int19中断，寻找启动介质，如软盘，光盘，硬盘，flash或者网络等等，读取第一个扇区的内容到内存的0000:7C00处，跳入这个地址执行。这里int19就是一个bootloader，启动引导器。所以BIOS具有Boot Loader的功能。当然，目前的BIOS功能已经被扩充了很多，例如电源管理方面的ACPI接口，USB驱动，PXE网络引导功能，硬盘加密，TPM接口，BIOS配置界面，BIOS自动恢复等等。

BootLoader

BootLoader操作系统内核运行之前运行的一段小程序，可以把它想象成PC机linux上的GRUB/LILO引导程序，只不过在嵌入式linux中，没有BIOS，而是直接从flash中运行，来装载内核。

它可以初始化硬件设备、建立内存空间的映射图，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。`

每种不同的 CPU 体系结构都有不同的 Boot Loader。有些 Boot Loader 也支持多种体系结构的 CPU，比如 U-Boot 就同时支持 ARM 体系结构和MIPS。除了依赖于 CPU 的体系结构外，Boot Loader 实际上也依赖于具体的嵌入式板级设备的配置。

从固态存储设备上启动的 Boot Loader 大多都是 2 阶段的启动过程，也即启动过程可以分为 stage 1 （汇编部分）和 stage 2 （C语言部分）两部分。

第一阶段：A，基本的硬件初始化（屏蔽依赖于CPU体系架构的所有中断，关闭CACHE）；B，为第二阶段准备RAM；C，复制第二阶段的CODE到RAM；D，设置堆栈；E，跳转到第二阶段的C入口点

第二阶段：A，初始化本阶段的硬件设备；B，建立内存映射；C，将内核映像和根文件系统映像从FLASH读到RAM中；（这一步我觉得有些奇怪，内核映像和根文件系统映像读到内存里会很占用内存呀？不过放到内存里速度变快）D，设置内核启动参数；E，调用内核。

<这里用的RAM也就相当于内存条，操作系统中的某些引导要加载到RAM里面>

CODE：代码区，指程序中代码即函数体的大小，注意程序中未使用的函数也会算在CODE中，也即会占用FLASH空间，因此不用的函数最好删除掉，以免占用过多FLASH空间；
RO-DATA：RO就是只读的意思，程序中只读的变量（也就是带Const的）和已初始化的字符串等；
RW-DATA：特指已初始化的可读可写全局/静态变量；
ZI-DATA：未初始化的可读可写全局/静态变量，注意初始化为0也算做未初始化，用到的堆空间和栈空间也会被算入这里面，只有上电了才有；

注意点1：

操作系统（内核+文件系统）也好，应用程序也罢，通通都存放在外存储中。CPU刚上电时，内存空空如也，什么都没有。
要通过引导过程，将操作系统加载到内存中，并且建立相应的数据结构（如进程控制块、文件控制块等）。
要始终记得：

操作系统既包括内核，也包括文件系统

疑问1：将内核映像和根文件系统映像从FLASH读到RAM中，这里的映像是什么东西？他要在RAM上使用大小会不会很大？

Linux内核在PC上以文件的形式存在（保存成磁盘文件形式），就是所谓的“映像文件”。Linux内核映像文件最终是要烧录到目标板的flash中。内核映像大小约2M，所以内核映像不会很大。

Linux 内核映像文件有两种：一种是非压缩版本，叫Image；另一种是它的压缩版本，叫zImage。zImage是Image经过压缩形成的，所以它的大小比Image小。为了能使用zImage这个压缩版本，必须在它的开头加上解压缩的代码，将zImage 解压缩之后才能执行，因此它的执行速度比Image要慢。但考虑到嵌入式系统的存储空容量一般都比较小，内核要常驻内存，采用zImage可以占用较少的存储空间，因此牺牲一点性能上的代价也是值得的，所以一般嵌入式系统均采用压缩的内核映像文件，即zImage。

根文件系统当中至少包括了一些基本目录，如/etc, /lib,/bin ...一些程序跑起来需要的库，模块驱动，配置文件等等，大小不太固定可能会超过100M。

但是还有一个这个，一般4412开发板上来刷机最开始就是最小根文件系统，最小根文件系统他只包括了启动所需要的最基本的文件，例如/etc/init.d/rcS, /bin/busybox, /lib/libc.so ...等等，它的大小实际上也只要几M。如果仅仅是完成最基本的启动，那么这个文件系统已经足够了。所以他也不会很大。

uboot

uboot（universal bootloader）是一种可以用于多种嵌入式CPU的BootLoader程序，换言之，uboot是bootloader的一个子集。

uboot 属于bootloader的一种，是用来引导启动内核的，它的最终目的就是，从flash中读出内核，放到内存中，启动内核所以，由上面描述的，就知道，UBOOT需要具有读写flash的能力。

uboot是怎样引导启动内核的？

uboot刚开始被放到flash中，板子上电后，会自动把其中的一部分代码拷到内存中执行，这部分代码负责把剩余的uboot代码拷到内存中，然后uboot代码再把kernel部分代码也拷到内存中，并且启动，内核启动后，挂着根文件系统，执行应用程序。

uboot启动的大过程是怎么样的？

uboot启动主要分为两个阶段，主要在start.s文件中，第一阶段主要做的是硬件的初始化，包括，设置处理器模式为SVC模式，关闭看门狗，屏蔽中断，初始化sdram，设置栈，设置时钟，从flash拷贝代码到内存，清除bss段等，bss段是用来存储静态变量，全局变量的，然后程序跳转到start_arm_boot函数，宣告第一阶段的结束。

第二阶段比较复杂，做的工作主要是1.从flash中读出内核。2.启动内核。start_arm_boot的主要流程为，设置机器id，初始化flash，然后进入main_loop，等待uboot命令，uboot要启动内核，主要经过两个函数，第一个是s=getenv("bootcmd"），第二个是run_command(s...),所以要启动内核，需要根据bootcmd环境变量的内容启动，bootcmd环境变量一般指示了从某个flash地址读取内核到启动的内存地址，然后启动，bootm。

uboot启动的内核为uImage,这种格式的内核是由两部分组成：真正的内核和内核头部组成，头部中包括内核中的一些信息，比如内核的加载地址，入口地址。

uboot在接受到启动命令后，要做的主要是，1，读取内核头部，2，移动内核到合适的加载地址，3，启动内核，执行do_bootm_linux

do_bootm_linux主要做的为，1，设置启动参数，在特定的地址，保存启动参数，函数分别为setup_start_tag,setup_memory_tag,setup_commandline_tag,setup_end_tag，根据名字我们就知道具体的段内存储的信息，memory中为板子的内存大小信息，commandline为命令行信息，

2，跳到入口地址，启动内核

启动的函数为the_kernel(0,bd->bi_arch_number,bd->bi_boot_param)

bd->bi_arch_number为板子的机器码，bd->bi_boot_param为启动参数的地址

总结：uboot到底是干嘛的，对应下面uboot必须要解决哪些问题！

1)uboot主要作用是用来启动操作系统内核。体现在uboot最后一句代码就是启动内核。

2)uboot还要负责部署整个计算机系统。体现在uboot最后的传参。

3)uboot中还有操作Flash等板子上硬件的驱动。例如串口要打印，ping网络成功，擦除、烧写flash是否成功等。

4)uboot还得提供一个命令行界面供人来操作。很简单，至少你能看到。

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 + 外部存储器（Flash/硬盘） + 内部存储器（DDR SDRAM/SDRAM/SRAM）。而一般的PC机启动过程为：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）。

嵌入式系统和PC机的启动过程几乎没有两样，只是BIOS成了uboot，硬盘成了Flash。

3 uboot必须解决哪些问题？

3.1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•••••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。

3.2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，内核启动后会到这个特定位置去取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。

3.3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)裸机教程中刷机（ARM裸机第三部分）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。

3.4 能进行soc级和板级硬件管理

1)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。

2)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）

3.5 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。

总结：uboot的一切都是为了启动内核。

BIOS和BootLoader uboot相关推荐

[架构之路-25]：目标系统 - 系统软件 - bootloader uboot内存映射与启动流程
目录第1章 uboot概述 1.1 概述 1.2 内存映射(案例) 1.3 uboot在嵌入式系统启动中的位置第2章 uboot启动流程(源码分析) 2.1 入口函数:_start 2.3 执行流 ...
BIOS和Bootloader的区别
BIOS和Bootloader它们都是有基本的初始化系统,USB下载和硬件测试等功能的系统启动程序.不同之处在于中断矢量的定位,由于 bootloader要启动uClinux,因此必须按照uClinu ...
Linux系统引导过程（BIOS和Bootloader部分）
Linux系统引导过程(BIOS和Bootloader部分) 刘建文( http://blog.csdn.net/keminlau ) KEY:x86体系 CPU 系统引导启动过程 Linux LI ...
Linux系统基础——BIOS和Bootloader
BIOS和Bootloader 特此说明: 刘超的趣谈linux操作系统是比较重要的参考资料,本文大部分内容和所有图片来源于这个专栏. 1 了解背景 1.1 目的操作系统不是在板子上电就直接运行的, ...
趣谈Linux操作系统随笔——2.0 从BIOS到bootloader：创业伊始，有活儿老板自己上
从BIOS到bootloader:创业伊始,有活儿老板自己上软件平台:运行于VMware Workstation 12 Player下UbuntuLTS16.04_x64 系统开发环境:Linux ...
【整理】BIOS、BootLoader、uboot对比
bios BIOS是英文"Basic Input Output System"的缩略语,直译过来后中文名称就是"基本输入输出系统".其实,它是一组固化到计算机内 ...
Linux嵌入式 -- Bootloader , Uboot
1. Bootloader作用 PC机中的引导加载程序由BIOS(其本质是一段固件程序)和GRUB或LILO一起组成.BIOS在完成硬件检测和资源分配后,将硬盘中的引导程序读到系统内存中然后将控制权交 ...
[架构之路-26]：目标系统 - 系统软件 - bootloader uboot使用方法、常用命令
目录第1章 uboot简介 1.1 uboot与Linux的关系 1.2 bootloader的类型 1.3 uboot的主要版本 1.4 uboot的作用与功能 1.5 SoC支持的启动方式第2 ...
linux常用的BootLoader U-boot的前世今生
U-Boot,全称 Universal Boot Loader,是遵循GPL条款的开放源码项目.U-Boot的作用是系统引导. U-Boot从FADSROM.8xxROM.PPCBOOT逐步发展演化而 ...

BIOS和BootLoader uboot

BIOS

BootLoader

操作系统既包括内核，也包括文件系统

uboot

BIOS和BootLoader uboot相关推荐

最新文章

热门文章