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uboot, Linux镜像文件, 嵌入式Linux

 2 years ago
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neoserver,ios ssh client

uboot

从uboot到Linux

这里以uboot 2014年11月的主线代码为例分析从uboot到linux的全过程。之所以写这篇文章，是由于网上的资料多数都很陈旧，诸如start_armboot之类的函数在新的代码里根本找不到了。由于uboot支持的CPU以及Board非常的多，所以本文仅以Samsung exynos为例来介绍这个过程。

从上电到uboot启动:

1./arch/arm/cpu/armv7/start.S: reset——uboot的汇编入口

2./arch/arm/lib/crt0.S: _main

3./arch/arm/lib/board.c: board_init_f——初始化第一阶段

4./arch/arm/lib/board.c: board_init_r——初始化第二阶段

5./common/main.c: main_loop——uboot主循环

uboot启动Linux

1.uboot中有个bootd的命令选项,执行该命令会进入/common/cmd_bootm.c: do_bootd

2.common/cli.c: run_command，传入bootcmd命令作为参数。

3.common/cmd_bootm.c: do_bootm

4.arch/arm/lib/bootm.c: do_bootm_linux

5.arch/arm/lib/bootm.c: do_jump_linux——跳转到Linux内核的入口地址

uImage格式是专为uboot开发的格式，主要解决了uboot和linux在嵌入式设备的存储上共存的问题。

uboot命令处理流程

从main_loop到命令处理：

1./common/main.c: main_loop

2./common/cli.c: cli_loop

3./common/cli_simple.c: cli_simple_loop

4./common/cli.c: run_command_repeatable

5./common/cli_simple.c: cli_simple_run_command

6./common/cli_simple.c: cmd_process

7./common/command.c: cmd_call

上面的流程仅是主循环如何调用命令回调函数的过程。下面介绍一下命令是如何声明、存储和查询的。

首先查看链接脚本，uboot使用的链接脚本文件名为u-boot.lds。根据cpu和board的不同，u-boot.lds也有所差异。例如Samsung exynos所用的u-boot.lds在arch\arm\cpu下。

其中有个.u_boot_list段就是用来存储命令数据的。它的表述如下所示：

.u_boot_list : {
		KEEP(*(SORT(.u_boot_list*)));
	}

命令的声明，通常使用U_BOOT_CMD宏。这个宏最终展开为：

_type _u_boot_list_2_##_list##_2_##_name __aligned(4)		\
		__attribute__((unused,				\
		section(".u_boot_list_2_"#_list"_2_"#_name)))

这也就是.u_boot_list*的来历了。

可以使用/common/command.c: find_cmd函数在命令列表中，根据名称查找命令数据。

/common/cmd_nvedit.c: setenv–这个函数用于设置环境变量的值。它的原理是：

1.首先在环境变量数组default_environment中，更改相应内容的值。

2.然后调用saveenv，保存default_environment的值，到具体的硬件中。例如NAND设备的代码在/common/env_nand.c中。

在linux内核层面也可以修改uboot的环境变量。通常的做法步骤如下：

1.uboot代码中有个tools/env文件夹。编译改代码可以得到fw_printenv文件。编译的命令是：

make env

2.将fw_printenv放到linux系统的/usr/sbin路径下，并创建符号链接fw_setenv。此处的符号链接并不是可有可无的，这里有个编程小技巧：如何用同一个可执行文件执行不同的功能呢？

除了最常用的使用参数区分的方法之外，还可以采用如下方法：

int main(int argc, char *argv[])

这是main函数的声明，其中argv是参数数组，而argv[0]是输入的命令本身，因此可以使用这个作为判断依据，来区分不同的用途。这时候符号链接也就派上用场了。

tftpsrv

有些uboot提供了tftpsrv的功能，用于从网口传输文件（主要是烧写用的镜像文件）。

该tftpsrv默认监听的ip地址保存在uboot的ip环境变量中。如果需要的话，可进行必要的修改并重启。

客户端传输镜像文件时，需要采用二进制模式。命令如下：

tftp 10.3.9.161 -m binary -c put <file name>

Linux镜像文件

vmlinux

这是源代码直接生成的镜像文件。以x86平台为例：

arch\x86\kernel\vmlinux.lds.S–这是链接脚本的源代码，经过C语言的宏预处理之后会生成vmlinux.lds，使用这个脚本，链接即可得到vmlinux，其过程与普通应用程序并无太大区别，也就是个elf文件罢了。

image

vmlinux使用objcopy处理之后，生成的不包含符号表的镜像文件。这是linux默认生成的结果。

zImage

zImage = 使用gzip压缩后的image + GZip自解压代码。使用make zImage或者make bzImage创建。两者的区别是zImage只适用于大小在640KB以内的内核镜像。

uImage

uImage = uImage header + zImage。使用uboot提供的mkimage工具创建。

以上的这些镜像文件的关系可参见：

http://www.cnblogs.com/armlinux/archive/2011/11/06/2396786.html

http://www.linuxidc.com/Linux/2011-02/32096.htm

Flash镜像

一般来说，一个完整的linux系统，不仅包括内核，还包括bootloader和若干分区。这些镜像文件散布，不利于批量生产的进行。这时就需要将之打包，并生成一个可直接用于生产烧写的Flash镜像。

可使用mtd-utils库中的ubinize工具生成Flash镜像。

mtd-utils的官网是：

http://www.linux-mtd.infradead.org/

安装方法：

sudo apt install mtd-utils

mtd-utils还可用于烧写分区。例如如下命令：

mtd write xyz.uimage linux

其中xyz.uimage是镜像文件名，linux是分区名称。

http://blog.csdn.net/andy205214/article/details/7390287

利用mkfs.ubifs和ubinize两个工具制作UBI镜像

从代码来查看板子的MTD分区方案，主要是搜索mtd_partition类型的使用定义。比如mini2440板子的分区方案可在mini2440_default_nand_part数组中查到。

MTD(memory technology device):内存技术设备，是linux用于描述ROM，NAND，NOR等内存设备的子系统的抽象。

除了MTD之外，常用的还有SPI Flash方案。

嵌入式Linux

Linaro

Linaro虽然名义上是一家非营利性质的开放源代码软件工程公司。然而，它所提供的ARM工具链，基本上已经是ARM御用级别的了。

https://www.linaro.org/

Yocto

Yocto是一个开源协作项目，它提供了一些模板、工具和方法来支持面向嵌入式产品的自定义Linux系统。

https://www.yoctoproject.org/

它也提供了一套工具链，依附于旗下的子项目：Poky Linux。似乎NXP用的较多。

https://www.ibm.com/developerworks/cn/linux/l-yocto-linux/index.html

使用Yocto Project构建自定义嵌入式Linux发行版

32/64位编译

大致的原则是：

1.使用对应的bit的工具链。

2.链接的库也需要是对应bit的。

32bit float：

-march=armv7-a -mfloat-abi=hard -mfpu=neon

Linux参考资源+

https://mp.weixin.qq.com/s/-U7L8aXoaPXSwZshSpjQ2g

进程间通信

https://mp.weixin.qq.com/s/oKtu3AA9D3y–xMDQ8EARw

携程一次Dubbo连接超时问题的排查

https://mp.weixin.qq.com/s/4o_cSzWeJdLJMObJBhaZlw

计算机系统中的内存

https://www.jianshu.com/p/fad3339e3448

浅析Linux中的零拷贝技术

https://mp.weixin.qq.com/s/Q9BOA88Q6OBaDch1AiS9QA

原来8张图，就可以搞懂零拷贝了

https://mp.weixin.qq.com/s/6R8UcLLjm9gdWud-eNHztw

中断及其初始化

https://mp.weixin.qq.com/s/qwouMWc4CFtqG_jra4xbIg

IDT及中断处理的实现

https://mp.weixin.qq.com/s/pRsXWAv7wgYcN_jlzcA2YA

内存都没了，还能运行程序？

https://mp.weixin.qq.com/s/snQ3T86usv4rXz0MMQvFfQ

如何回答性能优化的问题，才能打动阿里面试官？

https://www.cnblogs.com/zhouyu629/p/3734494.html

一次心惊肉跳的服务器误删文件的恢复过程

https://mp.weixin.qq.com/s/IcEP-JGQbWA7s7yPdIC9vA

80%时间屏蔽了中断，实时性还有救么？

https://mp.weixin.qq.com/s/iKfWSfzauzNjcAvXPNhq0Q

这些算法都不会还学什么操作系统

https://mp.weixin.qq.com/s/gj6Zw8SvOdSZqRx8KP9wWw

20张图揭开内存管理的迷雾，瞬间豁然开朗

https://mp.weixin.qq.com/s/IQYUNzVgSOFUHB9c1SM0Bw

10张图22段代码，万字长文带你搞懂虚拟内存模型和malloc内部原理

https://zhuanlan.zhihu.com/p/370092684

虚拟内存精粹

http://www.ruanyifeng.com/blog/2016/03/systemd-tutorial-commands.html

Systemd入门教程：命令篇

https://mp.weixin.qq.com/s/xOqXM5kFi0CzilDg0EXFKg

Linux内核源码规范解析

https://mp.weixin.qq.com/s/QB-IHiCIWEu3bALm2Dp46Q

操作系统课程知识结构

https://www.zhihu.com/answer/460715569

生产力应用大汇总

https://mp.weixin.qq.com/s/QsgoONKwI7ds8Hnx2Wer6A

Linux从程序到进程

https://mp.weixin.qq.com/s/v9XlJjIQkuVpSudhQIS70A

神秘！申请内存时底层发生了什么？

https://mp.weixin.qq.com/s/V-XT6QuDG522P0bP2e3ULg

咋办，死锁了

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