一文详解嵌入式之uboot的作用

[导读]U-Boot提供命令行接口(CLI)，允许开发者实时查看硬件信息、修改启动参数、读写存储设备等操作。例如，通过串口或网络连接可实时调试内存状态或监控系统运行，部分工业设备仍依赖其硬实时响应能力。

U-Boot(通用引导加载程序)在嵌入式系统中的作用主要包括硬件初始化、引导操作系统内核、提供调试工具及固件升级支持，具体功能如下：

硬件初始化

U-Boot在系统启动时负责初始化CPU、内存、串口、网卡等核心硬件组件，为操作系统运行奠定基础。例如，它会设置处理器模式、内存控制器参数、时钟频率等关键硬件状态。 ‌

引导操作系统

U-Boot可从闪存、SD卡、网络等多种介质加载操作系统内核(如Linux)，并将其从存储设备复制到内存中启动。它支持自定义启动参数(如内存分配、命令行参数等)，并处理内核镜像的加载与验证。 ‌

系统调试与维护

U-Boot提供命令行接口(CLI)，允许开发者实时查看硬件信息、修改启动参数、读写存储设备等操作。例如，通过串口或网络连接可实时调试内存状态或监控系统运行，部分工业设备仍依赖其硬实时响应能力。 ‌

固件升级支持

U-Boot支持通过网络或本地存储升级固件，适用于需要远程维护的嵌入式设备。例如，智能电网终端通过保留必要驱动模块实现快速固件更新。

uboot是用来干什么的，有什么作用?

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。

U-boot是一种开源bootloader, 作用是用来引导操作，以及给开发人员提供测试调试工具。本身算是个精简的Linux系统，主要是负责硬件的初始化和引导，本身带有一些工具，作为引导程序，常作为嵌入式设备的引导。当真正的系统开始运行的时候U-boot就把管理权限交了出去。

选择U-Boot的理由： ① 开放源码; ② 支持多种嵌入式操作系统内核，如Linux、NetBSD, VxWorks, QNX, RTEMS, ARTOS, LynxOS, android; ③ 支持多个处理器系列，如PowerPC、ARM、x86、MIPS; ④ 较高的可靠性和稳定性; ⑤ 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; ⑥ 丰富的设备驱动源码，如串口、以太网、SDRAM、FLASH、LCD、NVRAM、EEPROM、RTC、键盘等; ⑦ 较为丰富的开发调试文档与强大的网络技术支持;

U-BOOT工作模式

U-Boot的工作模式有启动加载模式和下载模式。启动加载模式是Bootloader的正常工作模式，嵌入式产品发布时，Bootloader必须工作在这种模式下，Bootloader将嵌入式操作系统从FLASH中加载到SDRAM中运行，整个过程是自动的。下载模式就是Bootloader通过某些通信手段将内核映像或根文件系统映像等从PC机中下载到目标板的FLASH中。用户可以利用Bootloader提供的一些命令接口来完成自己想要的操作。

当前测试uboot命令的开发板是友善之臂tin441，使用三星的EXYNOS4412，本篇文章重点是介绍uboot命令行的命令功能，用法，使用的uboot版本是2010.12，是友善之臂官方提供的uboot。

uboot

1.硬件管理 uboot要能够进行Soc级(Soc内部外设)和板级(Soc外部外设)硬件管理。 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.能够完成镜像烧录(刷机) uboot要能够被借助完成刷机操作。参考下SD卡刷机的步骤： a.烧录uboot到SD卡中。有2种烧写方法：一种是在windows中用刷卡工具去制作启动SD卡;另一种是在linux中用dd命令。制作完SD后将SD卡插入开发板，然后开机就可以进入uboot界面。 b.使用uboot的fastboot命令，并借助PC中的fastboot软件完成包括uboot、kernel、rootfs等的镜像的烧录。从上面就可以看出，刷机依靠的是uboot的fastboot命令，将镜像写到相应的FLASH中。 3.uboot的“生命周期” 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。 4.uboot要提供命令式shell界面 shell是用户操作接口的意思。shell有命令行的shell，如windows下的cmd，如linux下的终端;也有GUI式的shell，比如常用的windows下的各种界面。shell是一种封装后留出来的接口，uboot也要有这样的一个接口。 shell的原理是：由消息接收、解析、执行构成的一个死循环。我之前用过3D打印机的固件(firmware)也是这样的模式。 uboot的shell使用的也是行缓冲的模式。也就是以回车键(换行键)作为一个命令输入的结束。对应的其他缓冲模式还有无缓冲和全缓冲：无缓冲就是输入一个字符就当做一个命令处理;全缓冲就是无论输入什么都缓冲起来知道缓冲区满了才做一次处理。

bootloader 与 uboot的区别

BootLoader是嵌入式设备中用来启动操作系统内核的一段程序。 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的核心作用就是启动操作系统内核，uboot的本质就是一段裸机程。

首先uboot可以说是一个裸机程序，提到裸机程序直觉就是可以验证功能，所以uboot提供了强大的命令行，支持了各种硬件相关的驱动程序，所以先跑起来uboot很重要。

然后就是一些功能不方便kernel去做的，比如升级就更加的高效。因为uboot里面去操作FLASH等有更高的效率

若设置了 u-boot 启动时等待任意键输入几秒，若有输入，则退出自启动模式而进入命令行模式。

help：显示所有命令及其说明;

help 命令：显示命令详细的使用说明;

pri：查看所有环境变量，包括开机等待任意输入的时延(秒)、串口波特率(baudrate)、本地 IP 地址(ipaddr)、tftp 服务器端的 IP 地址(serverip)、自启动命令字符串(bootcmd，一般不用动)等等;

setenv <环境变量> <要设置的值>：修改某一个环境变量为要设置的值，要设置的值若是字符串则要加双引号;

saveenv：将当前所有设置过的环境变量保存，掉电不丢失;

reset：复位;

dhcp：执行 DHCP 服务，获取 IP 地址，验证网络功能;

setenv my：恢复系统的所有环境变量为默认，即使之前用户重设的环境变量都恢复默认;

protext on/off 0~10000：对 Nor Flash 区域 [0x0 ~ 0x10000] 设置为写保护或取消写保护;