用uboot 烧写uboot linux内核文件系统到nandflash的过程以及bootm go命令启动与区别

浏览数：37 / 时间：2015年06月20日

原文：http://blog.sina.com.cn/s/blog_6b94d5680100nd48.html

文章结构
结构顺序有变化
-1：烧写uboot
0: bootargs bootcmd 命令参数的设置
1：制作yaffs2的过程
2：烧写yaffs2的过程
3：制作uimage 的过程
4: 烧写uiamge的过程
5：uimage zimage vmlinux 的区别
6: uboot传递给内核的参数结构 tag
7：bootm go 的启动过程以及区别
8：加载地址入口地址等

///////////////////通过uboot烧写uboot到nandflash/////////////
//////////////
nand  erase  0  50000
//////////////
tftpboot  30008000  u-boot.bin
/////
Loading: T ##################
done
Bytes transferred = 257164 (3ec8c hex)
[u-boot@MINI2440]# nand  write  0x30008000  0  3f000
//////////////
nand  write  0x30008000  0  3f000( 3ec8c最靠近2K整数倍的值 )

///////////////////通过uboot烧写内核到nandflash/////////////
先查看你自己板子的nandflash分区表
通过实例分析：下面的烧写内核出错
[u-boot@MINI2440]# tftpboot 30008000 uImage
dm9000 i/o: 0x20000300, id: 0x90000a46
DM9000: running in 16 bit mode
MAC: 08:08:11:18:12:27
operating at 100M full duplex mode
Using dm9000 device
TFTP from server 192.168.0.100; our IP address is 192.168.0.10
Filename ‘uImage‘.
Load address: 0x30008000
Loading: T #################################################################
         #################################################################
         ##########################
done
Bytes transferred = 2287128 (22e618 hex)
[u-boot@MINI2440]# nand erase 0x60000 0x500000

NAND erase: device 0 offset 0x60000, size 0x500000
Erasing at 0x54000002800000 --   0% complete.
OK
[u-boot@MINI2440]# nand write 0x30008000 0x60000 22e618
NAND write: device 0 offset 0x60000, size 0x22e618
Attempt to write non page aligned data
2287128 bytes written: ERROR
下面的烧写正确：
NAND erase: device 0 offset 0x80000, size 0x500000
Erasing at 0x54000002800000 --   0% complete.
OK
[u-boot@MINI2440]# nand write 0x30008000 0x80000 22e800
NAND write: device 0 offset 0x80000, size 22e800
改了两个地方：
1:0x60000 ->0x80000
2:0x22e618 ->22e800
修改的原因是：1：从0x60000檫除会把bootargs bootcmd 也给檫除了所以选择从0x80000开始檫除
2：0x22e618 虽然是通过tftpboot下载的内核的实际大小，但是这里是write指令后面的参数是指明要檫写的长度  檫写长度要求是2k（2048）的整数倍（也就是整页整页的檫除）而0x22e618 不是2K的整数倍，出现错误Attempt to write non page aligned data  2287128 bytes written: ERROR ，于是取一个最靠近的数  就选择了22e800 就OK乐
/////////////////////设置自启动参数bootcmd///////////////////
我刚开始时是这样写的：
setenv  bootcmd  nand read 30008000 80000 22e800 ; bootm 30008000
按确定后直接执行了bootm这个命令于是改了：
setenv  bootcmd  nand read 30008000 80000 22e800 \; bootm 30008000 就OK了
/////////////////////下载yaffs2映像到nandflash中/////////////////////////
生产yaffs2 以及工具请可以参考Tekkaman Ninja 的文件 uboot 烧写yaffs2文件系统
方法是类似于内核的烧写
先查看你自己板子的nandflash分区表( 比如128M的板子 128M ->8000000 檫写地址是从0x580000开始所以两个相减等于 7a80000 而我的是256M的前面的内核是从0x80000开始的檫除了0x500000 长度所以这里文件系统从0x580000 开始结束到 nandflash的结束  )
128M
先察除：nand erase 0x580000 7a80000
再写  ：nand write.yaffs 30008000 0x580000 dbb040(文件系统的大小，而这里文件系统不像内核一样烧写长度不是2K的整数倍我不确定我从网络上找到的答案是否是对的，自己也没有去查证：用mkyaffs2image 生成的文件系统在2K数据对齐的问题上已经采取了对齐措施用户不用在考虑数据对齐的问题，而mkimage等工具没有采用对齐措施所以是要注意)
256M：
先察除：nand erase 0x580000 FA80000
再写  ：nand write.yaffs 30008000 0x580000 dbb040
///////////设置bootargs参数////////////////////////////////////
1：如果用yaffs2文件系统
setenv bootargs noinitrd root=/dev/mtdblock3 rootfstype=yaffs2 rw console=ttySAC0,115200 init=/linuxrc mem=64M
2：如果用NFS文件系统
setenv bootargs noinitrd root=/dev/nfs rw nfsroot= 192.168.0.100 :/ home/lq/rootfs ip=192.168.0.10 console=ttySAC0 mem=64M
///////////////bootatgs 参数解析/////////////////////////
root
用来指定rootfs的位置，常见的情况有:
    root=/dev/ram rw
    root=/dev/ram0 rw
  请注意上面的这两种设置情况是通用的，我做过测试甚至root=/dev/ram1 rw和root=/dev/ram2 rw也是可以的，网上有人说在某些情况下是不通用的，即必须设置成ram或者ram0，但是目前还没有遇到，还需要进一步确认，遇到不行的时候可以逐一尝试。
    root=/dev/mtdx rw
    root=/dev/mtdblockx rw
    root=/dev/mtdblock/x rw
    root=31:0x
上面的这几个在一定情况下是通用的，当然这要看你当前的系统是否支持，不过mtd是字符设备，而mtdblock是块设备，有时候你的挨个的试到底当前的系统支持上面那种情况下，不过root=/dev/mtdblockx rw比较通用。此外，如果直接指定设备名可以的话，那么使用此设备的设备号也是可以的。
    root=/dev/nfs
在文件系统为基于nfs的文件系统的时候使用。当然指定root=/dev/nfs之后，还需要指定nfsroot=serverip:nfs_dir，即指明文件系统存在那个主机的那个目录下面。
B. rootfstype
    这个选项需要跟root一起配合使用，一般如果根文件系统是ext2的话，有没有这个选项是无所谓的，但是如果是jffs2,squashfs等文件系统的话，就需要rootfstype指明文件系统的类型，不然会无法挂载根分区.
C. console
console=tty  使用虚拟串口终端设备 .
console=ttyS[,options] 使用特定的串口，options可以是这样的形式bbbbpnx，这里bbbb是指串口的波特率，p是奇偶位（从来没有看过使用过），n是指的bits。
console=ttySAC[,options] 同上面。
看你当前的环境，有时用ttyS，有时用ttySAC，网上有人说，这是跟内核的版本有关，2.4用ttyS，2.6用ttySAC，但实际情况是官方文档中也是使用ttyS，所以应该是跟内核版本没有关联的。可以查看Documentation/serial-console.txt找到相关描述。
D. mem
mem=xxM 指定内存的大小，不是必须的
E. ramdisk_size
ramdisk=xxxxx           不推荐
ramdisk_size=xxxxx   推荐
上面这两个都可以告诉ramdisk 驱动，创建的ramdisk的size，默认情况下是4m(s390默认8M)，你可以查看Documentation/ramdisk.txt找到相关的描述，不过ramdisk=xxxxx在新版的内核都已经没有提了，不推荐使用。
F. initrd, noinitrd
当你没有使用ramdisk启动系统的时候，你需要使用noinitrd这个参数，但是如果使用了的话，就需要指定initrd=r_addr,size, r_addr表示initrd在内存中的位置，size表示initrd的大小。
G. init
init 指定的是内核启起来后，进入系统中运行的第一个脚本，一般init=/linuxrc, 或者init=/etc/preinit，preinit的内容一般是创建console,null设备节点，运行init程序，挂载一些文件系统等等操作。请注意，很多初学者以为init=/linuxrc是固定写法，其实不然，/linuxrc指的是/目录下面的linuxrc脚本，一般是一个连接罢了。
H. mtdparts
mtdparts=fc000000.nor_flash:1920k(linux),128k(fdt),20M(ramdisk),4M(jffs2),38272k(user),256k(env),384k(uboot)
要想这个参数起作用，内核中的mtd驱动必须要支持，即内核配置时需要选上Device Drivers  ---> Memory Technology Device (MTD) support  ---> Command line partition table parsing
mtdparts的格式如下：
mtdparts=[;
  := :[,]
  := [@offset][][ro]
   := unique id used in mapping driver/device
    := standard linux memsize OR "-" to denote all remaining space
    := (NAME)
因此你在使用的时候需要按照下面的格式来设置：
mtdparts=mtd-id:@(),@()
这里面有几个必须要注意的：
a.  mtd-id 必须要跟你当前平台的flash的mtd-id一致，不然整个mtdparts会失效
b.  size在设置的时候可以为实际的size(xxM,xxk,xx)，也可以为‘-‘这表示剩余的所有空间。
举例：
假设flash 的mtd-id是sa1100，那么你可以使用下面的方式来设置：
mtdparts=sa1100:-     →  只有一个分区
mtdparts=sa1100:256k(ARMboot)ro,-(root)  →  有两个分区
可以查看drivers/mtd/cmdlinepart.c中的注释找到相关描述。
I. ip
指定系统启动之后网卡的ip地址，如果你使用基于nfs的文件系统，那么必须要有这个参数，其他的情况下就看你自己的喜好了。设置ip有两种方法：
ip = ip addr
ip=ip addr:server ip addr:gateway:netmask::which netcard:off
这两种方法可以用，不过很明显第二种要详细很多，请注意第二种中which netcard 是指开发板上的网卡，而不是主机上的网卡。
说完常见的几种bootargs，那么我们来讨论平常我经常使用的几种组合：
1). 假设文件系统是ramdisk，且直接就在内存中，bootargs的设置应该如下：
setenv bootargs ‘initrd=0x32000000,0xa00000 root=/dev/ram0 console=ttySAC0 mem=64M init=/linuxrc’
2). 假设文件系统是ramdisk，且在flash中，bootargs的设置应该如下：
setenv bootargs ‘mem=32M console=ttyS0,115200 root=/dev/ram rw init=/linuxrc’
注意这种情况下你应该要在bootm命令中指定ramdisk在flash中的地址，如bootm kernel_addr ramdisk_addr (fdt_addr)
3). 假设文件系统是jffs2类型的，且在flash中，bootargs的设置应该如下
setenv bootargs ‘mem=32M console=ttyS0,115200 noinitrd root=/dev/mtdblock2 rw rootfstype=jffs2 init=/linuxrc’
4). 假设文件系统是基于nfs的，bootargs的设置应该如下
setenv bootargs ‘noinitrd mem=64M console=ttySAC0 root=/dev/nfs nfsroot=192.168.0.3:/nfs ip=192.168.0.5:192.168.0.3:192.168.0.3:255.255.255.0::eth0:off’
或者
setenv bootargs ‘noinitrd mem=64M console=ttySAC0 root=/dev/nfs nfsroot=192.168.0.3:/nfs ip=192.168.0.5’
//////////bootm go 的启动过程以及区别/////////////////////
Bootm命令在/common/cmd_bootm.c中do_bootm函数中
//////////////////
通过mkimage这个tool可以给zImage添加一个header：
typedef struct image_header
{
  uint32_t ih_magic;
  uint32_t ih_hcrc;
  uint32_t ih_time;
  uint32_t ih_size;
  uint32_t ih_load;
  uint32_t ih_ep;
  uint32_t ih_dcrc;
  uint8_t  ih_os;
  uint8_t  ih_arch;
  uint8_t  ih_type;
  uint8_t  ih_comp;
  uint8_t  ih_name[IH_NMLEN];
} image_header_t;
这个头的大小是 0x40  64个字节，64byte的信息，供建立tag之用，通过tag 传递参数给内核
mkimage 参数说明：
对于ARM linux内核映象用法：
-A arm    -------- 架构是arm
-O linux  -------- 操作系统是linux
-T kernel -------- 类型是kernel
-C none/bzip/gzip   -------- 压缩类型
-a 30008000  ---- image的载入地址(hex)，通常为0xX00008000
-e 300080XX  ---- 内核的入口地址(hex)，XX为0x40或者0x00
-n linux-XXX --- image的名字，任意
-d nameXXX   ---- 无头信息的image文件名，你的源内核文件
uImageXXX    ---- 加了头信息之后的image文件名，任意取

mkimage -n ‘liquan_kernel‘ -A arm -O linux -T kernel -C none -a 0x30008000 -e 0x30008040 -d zImage A_zImage
mkimage -n ‘liquan_kernel‘ -A arm -O linux -T kernel -C none -a 0x30008000 -e 0x30008000 -d zImage B_zImage
上面通过mkimage命令创建了两个带有bootm命令用的头的uImage内核映像
做过这样的一个实验：
1：
tftpboot 30008000 A_zImage
bootm 30008000
2：
tftpboot 31000000 B_zImage
bootm 31000000
都可以成功启动
对应第二个实验如果在生产B_zImage时改为-a 0x30008000 -e 0x30008040 也就是说内核的加载地址与内核的入口地址不一样这样再tftpboot 31000000 B_zImage;bootm 31000000  这样就启动不了
tftpboot xxxx 内核映像
bootm    xxxx
对于非gzip压缩的内核映像（非gzip压缩请看下面这里 -C none 没有压缩的）
bootm命令会首先判断bootm xxxx 中xxxx是否与 mkimage 中 -a指定的加载地址相同。
1：相同
   如果相同的话那就让其原封不同的放在那，但-e指定的入口地址会推后64byte，以跳过这64byte的头部，再启动
2：不同
   如果不同的话会从这个地址开始提取出这个64byte的头部，对其进行分析，然后把去掉头部的内核复制到-a指定的load地址中去运行之所以这个情况下是要求 -a 0x30008000 -e 0x30008000 也就是要求内核入口地址与加载地址要相同就是这样要求因为已经没有头部了
对于gzip压缩过的内核：（解压内核到－a指定的地址这个地址这时也就是内核入口地址了）
因为u-boot要对其解压，因此tftpboot下载地址是不能等于－a指定的地址的，且必须有一定的间隔，否则解压到－a的内核会覆盖当前运行的程序。此时要求－a等于－e指定的地址

///////////////////////各种压缩文件的区别//////////////////////////////////////////
通过内核的编译会生产zImage  zImage是vmlinux经过gzip压缩后的文件,它们不仅是一个压缩文件,而且在这个文件的开头部分内嵌有gzip解压缩代码。
通过mkimage -C none/bzip2/gzip  可以决定是否生产的uImage 进行压缩(所以上面的uImage 是gzip压缩的)
如果mkimage -C bzip2/gzip 对zImage 进行了进一步的压缩那么下载内sdram里面后首先是bootm 实现针对mkimage -C bzip2/gzip 对uImage进行第一步解压（这部可以叫做u－boot解压）然后再进行zImage的自解压（kernel自解压）
////////////////
zImage在前面已经被压缩了一次（这次的解压是自解压的不是uboot压缩的所以对于uboot来说这个不是压缩文件），所以在用mkimage时如果 -c 指定要压缩那么U-boot 对内核添加头部时，可以对原来的zImage/Image添加了U-boot的压缩方式，使得生成的uImage变小。此时－c gzip 若不对zImage/Image用gzip命令压缩，则-c none。综合上面分析，mkimage的影响因子为：
－e     ：内核的入口地址是否与－a相同
Tftpaddr：即将内核加载到RAM中运行的地址，决定是否搬运或解压内核，Tftpaddr 与-a指定的加载地址相同，如果如果Tftpaddr 与-a 不同则去掉头部后搬运至-a处运行，如果-c 压缩过 tftpboot 地址还不能与-a 相同以防覆盖
－c     ：内核是否经过gzip压缩过，决定了是搬运还是解压压缩的就解压到-a的地址处  没有压缩的如果Tftpaddr 与-a 不同则去掉头部后搬运至-a处运行
/////////////////
vmlinux:
编译出来的最原始的内核文件，未压缩。
zImage :
vmlinux经过gzip压缩后的文件,它们不仅是一个压缩文件,而且在这两个文件的开头部分内嵌有gzip解压缩代码。所以你不能用gunzip 或 gzip –dc解包vmlinuz。
bzImage:
bz表示“bigzImage”，不是用bzip2压缩的。两者的不同之处在于，zImage解压缩内核到低端内存(第一个640K)，bzImage解压缩内核到高端内存(1M以上)。如果内核比较小，那么采用zImage或bzImage都行，如果比较大应该用bzImage。
uImageU-boot:
专用的映像文件，它是在zImage之前加上一个长度为0x40的tag。
vmlinuz:
bzImage/zImage文件的拷贝或指向bzImage/zImage的链接。内核文件中包含一个微型的gzip用于解压缩内核并引导它。两者的不同之处在于,老的zImage解压缩内核到低端内存（第一个640K）,bzImage解压缩内核到高端内存（1M以上）。如果内核比较小,那么可以采用zImage 或bzImage之一,两种方式引导的系统运行时是相同的。大的内核采用bzImage,不能采用zImage。
////////////////////////bootm go 启动//////////////////////////////////////////////
通过仿真器可以很清晰的看到bootm先后完成了2部分工作。可以分析bootm源码
1.set bootargs 传递参数
2.set pc ，r0 ，r1
通过仿真器可以很清晰的看到go先后完成了2部分工作。可以分析bootm源码
go命令本质就是改变当前pc值
通过仿真器对go命令加以改造
a.将通用寄存器值改成
b.通过仿真器修改 0x08000100 地址的值
然后让程序执行，这样通过uboot也可以让zImage得以执行。

可见go和bootm差异就是 go只是改写pc值，而bootm 除了改PC外传递r0，r1，r2还有bootargs
/////////////////bootm启动过程///////////////////////////////////////////////
Bootm命令在/common/cmd_bootm.c中do_bootm函数
》》》》》》》》》》》获取当前内核的地址，默认地址或者bootm的第一个参数
默认的加载地址或传递给bootm命令（优先）与实际的内核存放地址需要一致
if (argc < 2) {
                addr = load_addr; // load_addr = CFG_LOAD_ADDR;
        } else {
                addr = simple_strtoul(argv[1], NULL, 16);
        }
printf ("## Booting image at lx ...\n", addr);

》》》》》》》》》》》》获得image头，没有mkimage的就返回了
memmove (&header, (char *)addr, sizeof(image_header_t));

》》》》》》》》》》》》打印头部信息
print_image_hdr ((image_header_t *)addr);
实例：
Image Name:   dd-kernel-2.4.19
   Image Type:   ARM Linux Kernel Image (gzip compressed)
   Data Size:    869574 Bytes = 849.2 kB
   Load Address: 20008000
   Entry Point:  20008000

》》》》》》》》》》》》校验image头部
printf ("   Verifying Checksum ... ");       printf ("OK\n");

》》》》》》》》》》》》检查image支持的体系结构即—A 选项是否为arm或者ppc等

》》》》》》》》》》》》检查image的类型
TYPE_MULTI 是否指内核与文件系统一起，内核后面有个分界线
switch (hdr->ih_type)
case IH_TYPE_KERNEL:
                name = "Kernel Image";
                break;
        case IH_TYPE_MULTI:

》》》》》》》》》》判断内核的压缩类型
此处的内核是否压缩非zImage和Image的概念，而是指内核在被mkimage处理前是否用gunzip等压缩过
switch (hdr->ih_comp) {
        case IH_COMP_NONE:         // 非压缩内核
                if(ntohl(hdr->ih_load) == addr) {
// 当前内核存放的地址与－a指定的一致，则不搬动，－e必须必－a大0x40
                       printf ("   XIP %s ... ", name);
                } else {
//当前内核存放的地址与－a指定的不一致，则将内核搬到－a地址，此时－a与－e必相同
memmove ((void *) ntohl(hdr->ih_load), (uchar *)data, len);
。。。。
case IH_COMP_GZIP:
                printf ("   Uncompressing %s ... ", name);
                if (gunzip ((void *)ntohl(hdr->ih_load), unc_len,
//压缩内核，将除去头部的内核解压到-a 指定的地址了，要求－a与－e相同
// 为防止解压缩时覆盖，对于压缩内核，内核存放地址最好在—a后面
                           (uchar *)data, (int *)&len) != 0) {
                       do_reset (cmdtp, flag, argc, argv);
                }
                break;

》》》》》》》》》》》》》》》》判断操作系统类型
switch (hdr->ih_os) {
        default:
        case IH_OS_LINUX:
            do_bootm_linux  (cmdtp, flag, argc, argv, addr, len_ptr, verify);
//前四个为传给bootm的，addr为内核最初的存放地址，没有用处
            break;

#ifdef CONFIG_PPC
static boot_os_Fcn do_bootm_linux;
#else
extern boot_os_Fcn do_bootm_linux;
由上可知，对于ppc和其他体系结构的do_bootm_linux函数实现是不一样的
》》》》》》》》》》》》》》启动Linux内核
do_bootm_linux (cmd_tbl_t *cmdtp, int flag,
                int    argc, char *argv[],
                ulong        addr,
                ulong        *len_ptr,
                int    verify)

》》》》》》》》》》》》获取命令行参数
if ((s = getenv("bootargs")) == NULL)
                s = "";
        strcpy (cmdline, s);

》》》》》》》》》》》》赋内核启动地址
kernel = (void (*)(bd_t *, ulong, ulong, ulong, ulong))hdr->ih_ep;
注意，对于压缩过的内核，会将内核解压到-a指定的地址，此时-a 与-e 地址必须相同

》》》》》》》》》》》判断bootm的命令参数中是否有initrd
        if (argc >= 3) {
                addr = simple_strtoul(argv[2], NULL, 16);
                printf ("## Loading RAMDisk Image at lx ...\n", addr);

若有initrd则赋值，否则为0

》》》》》》》》》》》》》》》启动Linux内核

//*kbd = *(gd->bd); 在上面赋值的
        (*kernel) (kbd, initrd _start, initrd_end, cmd_start, cmd_end);