Linux内核学习（三）：Bootloader的特种兵-Uboot（一）

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1、什么是U-Boot

U-Boot，全称为Universal Boot Loader，即通用Bootloader，是遵循GPL条款的开放源代码项目。

其前身是由德国DENX软件工程中心的Wolfgang Denk基于8xxROM的源码创建的 PPCBOOT 工程。后来整理代码结构使得非常容易增加其他类型的开发板、其他架构的CPU（原来只支持PowerPC)；增加更多的功能，比如启动Linux、下载S-Record格式的文件、通过网络启动、通过PCMCIA/CompactFLash/ATA disk/SCSI等方式启动。增加ARM架构CPU 及其他更多CPU的支持后，改名为U-Boot。

它的名字“通用”有两层含义:可以引导多种操作系统、支持多种架构的CPU。

支持如下操作系统：Linux、NetBSD、VxWorks、QNX、RTEMS、ARTOS、LynxOS等
支持如下架构的CPU：PowerPC、MIPS、 x86、ARM、NIOS、xScale等。

U-Boot有如下特性。

开放源码。
·支持多种嵌入式操作系统内核，如Linux.NetBSD. VxWorks.QNX.RTEMS、ARTOS.LynxOs.
支持多个处理器系列，如PowerPC、ARM、x86、MIPS、xScale。·较高的可靠性和稳定性。
高度灵活的功能设置，适合U-Boot调试、操作系统不同引导要求、产品发布等。丰富的设备驱动源码，如串口、以太网、SDRAM、Flash、LCD、NVRAM、EEPROM、RTC、键盘等。
较为丰富的开发调试文档与强大的网络技术支持。
支持NFS挂戟、RAMDISK（压缩或非压缩）形式的根文件系统。·支持NFS挂载、从Flash中引导压缩或非压缩系统内核。
可灵活设置、传递多个关键参数给操作系统，适合系统在不同开发阶段的调试要求与产品发布，尤对Linux支持最为强劲。
支持目标板环境变量多种存储方式，如Flash、NVRAM、EEPROM… CRC32校验，可校验Flash 中内核、RAMDISK镜像文件是否完好。
上电自检功能: SDRAM、Flash 大小自动检测，SDRAM故障检测，CPU型号.·特殊功能:XIP内核引导。

可以从http://sourceforge.net/projects/U-Boot 获得U-Boot的最新版本，如果使用过程中碰到问题或是发现Bug，可以通过邮件列表网站 http://lists.sourcef orge.net/ lists/ listinfo/U-Boot-users/获得帮助。

2、U-Boot源码结构

从sourceforge网站下载U-Boot-1.1.6.tar.bz2后解压即得到全部源码，U-Boot 源码目录结构比较简单。
U-Boot-1.1.6根目录下共有26个子目录，可以分为4类。

(1) 平台相关的或开发板相关的。
(2）通用的函数。
( 3）通用的设备驱动程序。
(4)U-Boot工具、示例程序、文档。

U-Boot 中各目录间也是有层次结构的，虽然这种分法不是绝对的，但是在移植过程中可以提供一些指导意义，如图所示。

比如common/cmd_nand.c文件提供了操作NAND Flash 的各种命令，这些命令通过调用drivers/nand/nand_base.c中的擦除、读写函数来实现。

这些函数针对NAND Flash 的共性作了一些封装，将平台/开发板相关的代码用宏或外部函数来代替。

而这些宏与外部函数，如果与平台相关，就要在下一层次的cpu/xxx(xxx 表示某型号的CPU)中实现;如果与开发板相关，就要在下一层次的 board/xxx目录（xxx表示某款开发板）中实现。

以增加烧写yaffs 文件系统映象的功能为例，即在 common目录下的cmd_nand.c中增加命令。比如nand write.yaffs，这个命令要调用drivers/nand/nand_util.c中的相应函数，针对yaffs文件系统的特点依次调用擦除、烧写函数。而这些函数依赖于drivers/nand/nand_base.c、cpu/arm920t/s3c24x0/nand_flash.c 文件中的相关函数。

目前U-Boot-1.1.6支持10种架构，根目录下有10个类似lib_i386的目录; 31个型号(类型）的CPU，cpu目录下有31个子目录;214种开发板，board目录下有214个子目录，很容易从中找到与自己的板子相似的配置，在上面稍作修改即可使用。

3、U-Boot 的配置、编译、连接过程

3.1 、U-Boot初体验

U-Boot-1.1.6中有几千个文件，要想了解对于某款开发板，使用哪些文件、哪个文件首先执行、可执行文件占用内存的情况，最好的方法就是阅读它的 Makefile。

根据顶层Readme文件的说明，可以知道如果要使用开发板board/<board_name>，就先执行“make board_name>_config”命令进行配置，然后执行“make all"，就可以生成如下3个文件。

U-Boot.bin:二进制可执行文件，它就是可以直接烧入ROM、NOR Flash的文件。
U-Boot: ELF格式的可执行文件。
U-Boot.srec: Motorola S-Record格式的可执行文件。

对于S3C2410的开发板，执行“make smdk2410_config "、"make all”后生成的U-Boot.bin可以烧入NOR Flash中运行。启动后可以看到串口输出些信息后进入控制界面，等待用户的输入。

对于S3C2440的开发板，烧入上面生成的U-Boot.bin，串口无输出，需要修改代码。在修改代码之前，先看看上面两个命令“make smdk2410_config”、“make all”做了什么事情，以了解程序的流程，知道要修改哪些文件。

**另外，编译U-Boot成功后，还会在它的 tools子目录下生成一些工具，比如 mkimage等。**将它们复制到/usr/local/bin目录下，以后就可以直接使用它们了，比如编译内核时，会使用mkimage 来生成U-Boot格式的内核映象文件uImage。（内核镜像生成的过程中也有用到这个工具，认真看那个图）

3.2、U-Boot 的配置过程

假定在U-Boot-1.1.6的根目录下编译，则其中的MKCONFIG就是根目录下的mkconfig文件.$(@:_config)的结果就是将“smdk2410_config"中的”_config”去掉,结果为“ smdk2410"。所以“make smdk2410_config”实际上就是执行如下命令:

到这里我们来看看这个mkconfig

(1）确定开发板名称BOARD_NAME，相关代码如下:

(2）创建到平台/开发板相关的头文件的链接。

略过mkconfig 文件中的一些没有起作用的行，如下所示:

(3）创建顶层Makefile 包含的文件includelconfig.mk，如下所示:

对于“./mkconfig smdk2410 arm arm920t smdk2410 NULL s3c24x0”命令，上面几行代码创建的config.mk 文件内容如下:

( 4)创建开发板相关的头文件include/config.h，如下所示:

现在总结一下，配置命令“make smdk2410_config”，实际的作用就是执行“./mkconfig smdk2410 arm arm920t smdk2410 NULL s3c24x0”命令。假设执行“./mkconfig $1 $2 $3 $4 $5$6”命令，则将产生如下结果。

配置文件中有以下两类宏。

从下面的编译、连接过程可知，U-Boot中儿乎每个文件都被编译和连接，但是这些文件是否包含有效的代码，则由宏开关来设置。比如对于网卡驱动drivers/cs8900.c，它的格式为:

可以这样认为，“CONFIG_”除了设置一些参数外，主要用来设置U-Boot的功能、选择使用文件中的哪一部分;而“CFG_”用来设置更细节的参数。

（到这里我不知道你是什么样的感受，但是对于我来说，我其实第一次是有点开始懵懵，就是那种感觉学到了，懂点了，但是又把整个脉络整个不清楚的感觉，但是这是因为到这里的时候又把前面的东西搞忘了，所以多多重复，在看这个部分能联想起之前的部分，就会好很多。）

3. U-Boot的编译、连接过程

配置完后，执行“make all”即可编译，从Makefile中可以了解U-Boot使用了哪些文件、哪个文件首先执行、可执行文件占用内存的情况。
先确定用到哪些文件，下面所示为Makefile 中与ARM相关的部分。

第117、164行用于包含其他的config.mk文件，第117行所要包含文件的就是在上面的配置过程中制作出来的include/config.mk 文件，其中定义了ARCH、CPU、BOARD、SOC等4个变量的值为arm、arm920t、smdk2410、s3c24x0。

第164行包含顶层目录的config.mk 文件，它根据上面4个变量的值确定了编译器、编译选项等。其中对我们理解编译过程有帮助的是BOARDDIR、LDFLAGS 的值，如下所示:

继续看看makefile

对于整个分析这还是沧海一粟，大家拉着源码自己在VScode上看，然后边学习韦神的书，效果会更好点。

现在总结一些U-Boot的编译流程：

内容太干了，喝点水哦！！！

下一篇接着跟着韦神看看这个Uboot启动的源码是什么样。