day01（Linux底层）基础知识

移植内核层让产品上有系统

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基础知识

如何装系统

Linux产品启动流程

Linux产品启动流程

1. 开机自检（POST）：

- 当开发板通电后，首先会进行硬件设备的自检，以确保各部件正常工作。

2. 引导加载程序（Boot Loader）执行：

- 在自检完成后，引导加载程序（如U-Boot）开始执行。

- U-Boot会进行硬件初始化，如内存、串口、网络等设备的初始化。

- U-Boot会检查环境变量（如启动参数、网络配置等）并进行相应设置。

3. 加载Linux内核：

- U-Boot会从指定的存储介质（如Flash存储器、SD卡等）中加载Linux内核镜像到内存中。

- 加载完成后，U-Boot会将控制权交给Linux内核。

4. Linux内核启动：

- Linux内核开始执行，进行更详细的硬件初始化和驱动加载。

- 内核会解析启动参数（如从U-Boot传递过来的参数），并据此进行配置。

- 内核会启动第一个用户空间程序（通常是init进程），这标志着Linux操作系统的正式启动。

5. 挂载根文件系统：

- init进程会读取/etc/inittab或/etc/systemd/system/default.target等配置文件，确定系统的运行级别或目标。

- 接着，init进程会挂载根文件系统（root filesystem），这是Linux系统中存放各种文件和目录的地方。

- 挂载完成后，系统就可以访问根文件系统中的各种资源了。

6. 启动系统服务和应用程序：

- 根据运行级别或目标，init进程会启动相应的系统服务和应用程序。

- 这些服务和应用程序会提供Linux系统的各种功能和特性。

1、Bootloader是什么

bootloader是一个引导加载程序，它的主要作用是初始化硬件设备、设置硬件参数，并加载操作系统内核。在嵌入式系统中，bootloader是硬件启动后第一个被执行的程序，它位于操作系统和硬件之间，起到桥梁的作用。

2、Bootloader的基本作用

硬件初始化：

在操作系统启动之前，Bootloader会执行一系列的硬件初始化操作，如设置CPU的时钟频率、内存控制器、总线控制器等，以确保硬件平台处于正常的工作状态。

操作系统加载：

Bootloader会负责从指定的存储介质（如硬盘、闪存、网络等）中加载操作系统内核，并将其加载到内存中，然后跳转到操作系统内核的入口点执行。

提供用户接口：

有些Bootloader会提供一个简单的用户接口，允许用户进行一些基本的操作，如选择启动的操作系统、设置启动参数等。

3、入式中常见的Bootloader有哪些

U-Boot：

U-Boot是一个开源的Bootloader，支持多种处理器架构和操作系统。它提供了丰富的硬件初始化功能，并且具有高度的可配置性和可扩展性。U-Boot广泛应用于各种嵌入式设备和系统中，如路由器、交换机、智能手机等。

RedBoot：

RedBoot也是一个开源的Bootloader，主要用于嵌入式系统和网络设备。它支持多种处理器架构和网络协议，并且具有强大的网络功能，可以实现远程启动和更新。RedBoot常用于需要网络功能的嵌入式设备中。

GRUB：

GRUB（Grand Unified Bootloader）是一个多操作系统引导加载程序，最初是为GNU/Linux开发的。但现在也支持其他操作系统，如BSD、Windows等。GRUB具有灵活的配置和强大的功能，可以引导位于不同存储介质上的操作系统。

Android Bootloader：

- Android系统也有其自己的Bootloader，通常被称为Android Bootloader或Android Boot Image。

- 它负责在Android设备启动时加载并验证系统分区，然后启动Android操作系统。

- Android Bootloader通常与设备的硬件紧密相关，并由设备制造商定制。

ARM Trusted Bootloader (ATF)：

- ATF是ARM提供的一个开源Bootloader，用于支持ARM TrustZone技术的设备。

- TrustZone是ARM架构中的一个安全特性，它允许在硬件级别上隔离安全和非安全代码的执行。

- ATF的主要任务是在启动时加载和验证安全引导加载程序（Secure Bootloader），然后将其传递给操作系统。

OpenSBI (Open Source Secure Boot Image)：

- OpenSBI是一个开源的Secure Boot Image，主要用于RISC-V架构的服务器和数据中心设备。

- 它提供了一个安全的启动环境，可以加载和验证操作系统内核和其他关键组件。

- OpenSBI支持多种RISC-V处理器和平台，并且具有高度的可配置性和可扩展性。

4、Linux系统移植为什么要使用bootloader

硬件初始化：

Bootloader能够完成系统硬件的初始化和配置。这包括CPU的初始设置、内存控制器的配置、设备驱动程序的加载等。由于不同的硬件平台有不同的特性和要求，因此使用Bootloader可以确保Linux系统能够正确地与底层硬件进行交互。

内核加载：

Bootloader负责将Linux内核从存储介质（如硬盘、闪存等）加载到内存中，并设置合适的启动参数。这些参数包括内存布局、设备驱动程序的路径等，它们对于Linux内核的正确运行至关重要。

系统稳定性：

Bootloader通常包含了一些错误检测和恢复机制，以确保系统的稳定性和可靠性。例如，它可以检查硬件的完整性，并在发现问题时启动备用设备或采取其他恢复措施。这有助于提高Linux系统的整体可用性和容错性。

灵活性：

通过使用Bootloader，用户可以灵活地选择加载哪个Linux内核版本、使用哪个文件系统类型等。这为用户提供了更多的选择和灵活性，以适应不同的应用场景和需求。

5、uboot和Bootloader之间的关系

U-Boot是Bootloader的一种实现，它专门用于嵌入式系统，特别是那些基于ARM、MIPS等处理器的系统。U-Boot提供了丰富的硬件支持和功能，使得开发者能够轻松地初始化硬件、加载操作系统内核，并进行一些基本的系统配置。

简单来说就是Uboot属于Bootloader中的一种，bootloader就相当于类，uboot就相当于对象。嵌入式领域常用的bootloader就是uboot

6.Uboot的获取

1. uboot官网获取

ftp://ftp.denx.de/pub/u-boot/

2. 芯片厂家获取

3. 开发板厂家 ---》目前市面上的6818的开发板，开发板厂家只提供u-boot.bin

4. 同事

本次移植课程使用：u-boot-2014.07-netok.tar.bz2

7、uboot版本命名

前期:u-boot-1.3.2

现在:u-boot-2024.01

08年以前uboot是1.1.几1.3.几这样命名08年开始以年份和月份命名。

8、uboot版本选择

支持对应的硬件平台

相对成熟的版本（资料多）

每当发布新的芯片后uboot就会增加对应芯片的版本。一般和处理器同一时期发布的uboot版本对处理器的支持较好。

9、uboot的特点

1. u-boot是一个开源的软件

2. u-boot支持多种架构的平台(ARM powerPC MIPS x86)

3. u-boot的源码短小精悍

4. u-boot就是一个裸机代码

5. u-boot引导加载内核，启动内核，并给内核传递参数

6. u-boot可以完成部分硬件的初始化：uart，内存，emmc，网卡

7.u-boot生命周期短，启动完内核，给内核传递完参数(告诉内核从什么地方去挂载根文件系统)，u-boot的生命周期结束。

10.Uboot使用

• 将板子上电，串口插到电脑上，打开串口工具

• 选择串口功能

• 配置自己的串口信息

• 配置名字

• 双击打开

• 连接串口

• 如果连接不上，使用以下步骤与解决（波特率调低->连接->改回波特率115200）

使用SD卡启动

• 重新上电，打印出文字内容就对了

• Uboot 的模式

倒计时结束之前，按键盘任意键（按关机键的是棒槌），进入交互模式

倒计时结束之后进入自启动模式

• 使用Uboot命令

1. printenv

- 功能：打印当前设置的环境变量列表。

- 样例：直接在U-Boot命令行输入`printenv`，然后按回车键，即可看到所有环境变量的列表及其值。

2. setenv

- 功能：设置或修改环境变量的值。

- 样例：假设我们要设置一个名为`my_variable`的环境变量，其值为`hello_world`，可以输入`setenv my_variable hello_world`，然后按回车键。

3. saveenv

- 功能：将当前的环境变量设置保存到非易失性存储器中，以便在下次启动U-Boot时使用。

- 样例：在修改完环境变量后，为了确保这些更改在下次启动时仍然有效，可以输入`saveenv`，然后按回车键。

4. boot

- 功能：根据环境变量中的配置来启动操作系统。这通常涉及到加载内核镜像和根文件系统。

- 样例：直接输入`boot`，然后按回车键，U-Boot会根据`bootcmd`环境变量中指定的命令来启动操作系统。

5. bootm

- 功能：从指定的内存地址直接启动内核镜像。这通常用于手动指定内核镜像的位置。

- 样例：`bootm [addr [initrd[:size]] [fdt]]`。假设内核镜像位于内存地址`0x80000000`，可以输入`bootm 0x80000000`（注意，这里可能还需要指定其他参数，如initrd和fdt的地址，具体取决于你的系统配置）。

6. help

- 功能：显示U-Boot的帮助信息，列出所有可用的命令及其简短描述。

- 样例：在U-Boot命令行输入`help`，然后按回车键，即可看到所有可用命令的列表。

7、IP地址相关命令

- `ipaddr`：显示或设置U-Boot的IP地址。

- `serverip`：显示或设置服务器的IP地址（例如Ubuntu的IP）。

8. 启动延时

- `bootdelay`：设置进入自启动模式之前的倒计时的秒数。例如，如果设置为5，则U-Boot会在5秒后自动启动操作系统，除非用户在此期间按下某个键来中断启动过程。

9、网络传输命令

- `loadb`：通过Kermit协议从远程主机下载文件到U-Boot指定的内存地址。 样例：`loadb <内存地址>`，之后根据Kermit协议的提示进行文件传输。

- `tftp`：通过TFTP协议从TFTP服务器下载文件到U-Boot指定的内存地址。 样例：`tftp <内存地址> <文件名>`，该命令将尝试从TFTP服务器上下载指定文件，并将其存储在指定的内存地址中。

10. 存储器访问命令

-`mmc read`：从EMMC存储器中读取数据到内存。 样例：`mmc read <内存地址> <扇区编号> <扇区数>`，这将从EMMC中的指定扇区开始，读取指定数量的扇区，并将数据存储在指定的内存地址中。

- `mmc write`：将内存中的数据写入到EMMC存储器中。 样例：`mmc write <内存地址> <扇区编号> <扇区数>`，这将从指定的内存地址开始，读取指定数量的数据，并将其写入到EMMC中的指定扇区。