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BeagleBoneBlack的U-Boot是如何引导系统的

BeagleBoneBlack的U-Boot是如何引导系统的

作者: 外星间谍 | 来源:发表于2020-05-17 15:33 被阅读0次

    2014-8-27 10:45:11
    BeagleBoneBlack U-Boot 是如何引导系统的

    连接到开发板

    通过串口连接BeagleBone Black，参见Beagleboard:Terminal Shells
    启动到U-Boot的时候，会看到

    Hit any key to stop autoboot:0

    按下任意键则放弃了自动引导，从而进入了U-Boot的命令行。
    在这里你可以手动进行接下来系统的引导。但是我不会。
    虽然不会，但是用于板子上的系统有自动引导，
    我们可以分析自动引导，来了解U-Boot是如何引导系统的。

    资料

    在U-Boot的官网手册中看到了2个关键的环境变量和1个命令。
    5.10. U-Boot Environment Variables

    • bootcmd: This variable defines a command string that is automatically >executed
      　　　　　when the initial countdown is not interrupted.
      　　　　　This command is only executed when the variable bootdelay is also defined!
    • bootargs: The contents of this variable are
      　　　　　passed to the Linux kernel
      　　　　　as boot arguments (aka "command line").

    5.9.6. Environment Variables Commands

    5.9.6.4. run - run commands in an environment variable

    bootcmd中的命令就是出现“Hit any key to stop autoboot”提示后，不按任意键，会自动运行的命令。
    bootargs是传递给Linux内核的参数。
    run是运行环境变量中的命令，bootcmd中包含run命令。

    分析

    所以分析引导过程要从bootcmd开始。

    环境变量

    在U-Boot的命令行中输入printenv可显示所有的环境变量，

    U-Boot# printenv
arch=arm
baudrate=115200
board=am335x
board_name=A335BNLT
board_rev=t\
ue
boot_fdt=try
bootcmd=run findfdt; run mmcboot;setenv mmcdev 1; setenv bootpart 1:2; run mmcboot;run nandboot;
bootcount=2
bootdelay=1
bootdir=/boot
bootenv=uEnv.txt
bootfile=zImage
bootpart=0:2
console=ttyO0,115200n8
cpu=armv7
dfu_alt_info_emmc=rawemmc mmc 0 3751936
dfu_alt_info_mmc=boot part 0 1;rootfs part 0 2;MLO fat 0 1;MLO.raw mmc 100 100;u-boot.img.raw mmc 300 400;spl-os-args.raw mmc 80 80;spl-os-image.raw mmc 900 2000;spl-os-args fat 0 1;spl-os-image fat 0 1;u-boot.img fat 0 1;uEnv.txt fat 0 1
dfu_alt_info_ram=kernel ram 0x80200000 0xD80000;fdt ram 0x80F80000 0x80000;ramdisk ram 0x81000000 0x4000000
eth1addr=c8:a0:30:ac:87:2a
ethact=cpsw
ethaddr=c8:a0:30:ac:87:28
fdt_high=0xffffffff
fdtaddr=0x80F80000
fdtfile=undefined
findfdt=if test $board_name = A335BONE; then setenv fdtfile am335x-bone.dtb; fi; if test $board_name = A335BNLT; then setenv fdtfile am335x-boneblack.dtb; fi; if test $board_name = A33515BB; then setenv fdtfile am335x-evm.dtb; fi; if test $board_name = A335X_SK; then setenv fdtfile am335x-evmsk.dtb; fi; if test $fdtfile = undefined; then echo WARNING: Could not determine device tree to use; fi;
importbootenv=echo Importing environment from mmc ...; env import -t $loadaddr $filesize
loadaddr=0x80200000
loadbootenv=load mmc ${mmcdev} ${loadaddr} ${bootenv}
loadfdt=load mmc ${bootpart} ${fdtaddr} ${bootdir}/${fdtfile}
loadimage=load mmc ${bootpart} ${loadaddr} ${bootdir}/${bootfile}
loadramdisk=load mmc ${mmcdev} ${rdaddr} ramdisk.gz
mmcargs=setenv bootargs console=${console} ${optargs} root=${mmcroot} rootfstype=${mmcrootfstype}
mmcboot=mmc dev ${mmcdev}; if mmc rescan; then echo SD/MMC found on device ${mmcdev};if run loadbootenv; then echo Loaded environment from ${bootenv};run importbootenv;fi;if test -n $uenvcmd; then echo Running uenvcmd ...;run uenvcmd;fi;if run loadimage; then run mmcloados;fi;fi;
mmcdev=0
mmcloados=run mmcargs; if test ${boot_fdt} = yes || test ${boot_fdt} = try; then if run loadfdt; then bootz ${loadaddr} - ${fdtaddr}; else if test ${boot_fdt} = try; then bootz; else echo WARN: Cannot load the DT; fi; fi; else bootz; fi;
mmcroot=/dev/mmcblk0p2 ro
mmcrootfstype=ext4 rootwait
netargs=setenv bootargs console=${console} ${optargs} root=/dev/nfs nfsroot=${serverip}:${rootpath},${nfsopts} rw ip=dhcp
netboot=echo Booting from network ...; setenv autoload no; dhcp; tftp ${loadaddr} ${bootfile}; tftp ${fdtaddr} ${fdtfile}; run netargs; bootz ${loadaddr} - ${fdtaddr}
nfsopts=nolock
ramargs=setenv bootargs console=${console} ${optargs} root=${ramroot} rootfstype=${ramrootfstype}
ramboot=echo Booting from ramdisk ...; run ramargs; bootz ${loadaddr} ${rdaddr} ${fdtaddr}
ramroot=/dev/ram0 rw ramdisk_size=65536 initrd=${rdaddr},64M
ramrootfstype=ext2
rdaddr=0x81000000
rootpath=/export/rootfs
soc=am33xx
spiargs=setenv bootargs console=${console} ${optargs} root=${spiroot} rootfstype=${spirootfstype}
spiboot=echo Booting from spi ...; run spiargs; sf probe ${spibusno}:0; sf read ${loadaddr} ${spisrcaddr} ${spiimgsize}; bootz ${loadaddr}
spibusno=0
spiimgsize=0x362000
spiroot=/dev/mtdblock4 rw
spirootfstype=jffs2
spisrcaddr=0xe0000
static_ip=${ipaddr}:${serverip}:${gatewayip}:${netmask}:${hostname}::off
stderr=serial
stdin=serial
stdout=serial
usbnet_devaddr=c8:a0:30:ac:87:2a
vendor=ti
ver=U-Boot 2014.04 (May 16 2014 - 16:42:23)

Environment size: 3515/131067 bytes
U-Boot#

    我已经把相关的粘贴到了下面。
    为方便阅读我添加了换行。

    bootcmd

    bootcmd=
  run findfdt; 
  run mmcboot;
  setenv mmcdev 1; 
  setenv bootpart 1:2; 
  run mmcboot;
  run nandboot;

    提前给出结论，
    一共有6条，但通常前2条就可以启动了，
    第3条是在mmcboot失败的情况下，切换mmc设备。
    然后从新的mmc设备启动，
    如果又失败，从nand启动。

    findfdt 设置设备树文件

    findfdt=
  if test $board_name = A335BONE; 
  then 
    setenv fdtfile am335x-bone.dtb; 
  fi; 
  if test $board_name = A335BNLT; 
  then 
    setenv fdtfile am335x-boneblack.dtb; 
  fi; 
  if test $board_name = A33515BB; 
  then 
    setenv fdtfile am335x-evm.dtb; 
  fi; 
  if test $board_name = A335X_SK; 
  then 
    setenv fdtfile am335x-evmsk.dtb; 
  fi; 
  if test $fdtfile = undefined; 
  then 
    echo WARNING: Could not determine device tree to use; 
  fi;

    board_name=A335BNLT

    首先是运行findfdt中的命令，目的是通过board_name来设置fdtfile，
    结果是fdtfile的值为 am335x-boneblack.dtb。
    就是BeagleBone Black的设备树文件。

    mmcboot 从mmc启动

    接下来运行mmcboot中的命令。

    mmcboot=
  mmc dev ${mmcdev}; 
  if mmc rescan; 
  then 
    echo SD/MMC found on device ${mmcdev};
    if run loadbootenv; 
    then 
      echo Loaded environment from ${bootenv};
      run importbootenv;
    fi;
    if test -n $uenvcmd; 
    then 
      echo Running uenvcmd ...;
      run uenvcmd;
    fi;
    if run loadimage; 
    then 
      run mmcloados;
    fi;
  fi;

    # 相关变量
mmcdev=0

    "mmc dev 0"是将设备切换到0，通常有2个设备一个是SD卡，一个是eMMC。
    mmc rescan 扫描当前mmc设备。

    loadbootenv

    loadbootenv=load mmc ${mmcdev} ${loadaddr} ${bootenv}

    # 相关变量
mmcdev=0
loadaddr=0x80200000
bootenv=uEnv.txt

    这应该是从设备0的第1个分区装载uEnv.txt到地址0x80200000。
    当默认的环境变量不符合要求时，可以用uEnv.txt设置新的环境变量。
    没有它也可以，先不用管，后面说。
    如果装载成功，执行importbootenv。

    importbootenv

    importbootenv=
  echo Importing environment from mmc ...;
  env import -t $loadaddr $filesize

    这是把uEnv.txt中的环境变量导入到U-Boot的环境变量中。
    “filesize”没有在我的环境变量中指定。

    uenvcmd

    由于我没有“uenvcmd”这个环境变量，所以那个条件语句中的内容没有执行。
    我记着Arch Linux好像用了那个，那个变量应该在uEnv.txt中。
    于是直接到了loadimage。

    loadimage 载入Linux内核

    loadimage=load mmc ${bootpart} ${loadaddr} ${bootdir}/${bootfile}

    # 相关变量
bootpart=0:2
loadaddr=0x80200000
bootdir=/boot
bootfile=zImage

    这里和载入uEnv.txt是相似的， 都用了load命令。
    “0:2”的意思是设备0的第2个分区。
    如果不指定，为默认第一个分区，
    载入uEnv.txt时就没有指定分区。

    loadimage的目的是将Linux内核载入内存。
    到目前为止，主要做了2件事：

    • 设置设备树文件
    • 载入Linux内核

    成功后执行 mmcloados。

    mmcloados

    mmcloados=
    run mmcargs;
    if test ${boot_fdt} = yes || test ${boot_fdt} = try;
    then
        if run loadfdt;
        then
            bootz ${loadaddr} - ${fdtaddr};
        else
            if test ${boot_fdt} = try;
            then
                bootz;
            else
                echo WARN: Cannot load the DT;
            fi;
        fi;
    else
        bootz;
    fi;

    首先执行mmcargs

    mmcargs=setenv bootargs console=${console} ${optargs} root=${mmcroot} rootfstype=${mmcrootfstype}

    # 相关变量值
console=ttyO0,115200n8
mmcroot=/dev/mmcblk0p2 ro
mmcrootfstype=ext4 rootwait

    目的就是设置bootargs这个环境变量而已，用于向内核传递参数。

    然后判断 boot_fdt 的值决定下一步，

    # 相关变量
boot_fdt=try

    判断通过，执行 loadfdt：

    loadfdt=load mmc ${bootpart} ${fdtaddr} ${bootdir}/${fdtfile}

    # 相关变量
bootpart=0:2
fdtaddr=0x80F80000
bootdir=/boot
# fdtfile的值为第一步执行findfdt设置的am335x-boneblack.dtb

    这里载入了设备树文件，和载入Linux内核是很像的。

    至此又做了2件事：

    • 设置Linux内核启动参数
    • 载入设备树文件

    启动Linux需要的东西就齐了：

    • Linux内核启动参数
    • Linux内核文件
    • 设备树文件

    如果载入设备树成功，
    通过bootz后接2个地址就启动了系统。

    总结如下

    # 切换到启动设备
mmc dev 0;
# 载入Linux内核
load mmc 0:2 0x80200000 /boot/zImage
# 设置Linux内核启动参数
setenv bootargs concole=ttyO0,115200n8 root=mmcroot=/dev/mmcblk0p2 ro rootfstype=ext4 rootwait
# 载入设备树
load mmc 0:2 0x80F80000 /boot/am335x-boneblack.dtb
# 启动Linux
bootz 0x80200000 - 0x80F80000

    这是默认环境变量的行为。
    而我们的系统可能与其不同。这就要修改环境变量。
    我知道有2种方式，
    一种是在U-Boot的命令行中通过命令修改，
    另一种就是通过uEnv.txt了。

    uEnv.txt

    使用eEnv.txt更加方便点。就是个文本文件。
    先列出我uEnv.txt的内容，不用详细看，看我下面的说明。

    bootfile=uImage
loadfdt=load mmc ${bootpart} ${fdtaddr} ${bootdir}/dts/${fdtfile}
mmcloados=run mmcargs; if test ${boot_fdt} = yes || test ${boot_fdt} = try; then if run loadfdt; then bootm ${loadaddr} - ${fdtaddr}; else if test ${boot_fdt} = try; then bootz; else echo WARN: Cannot load the DT; fi; fi; else bootz; fi;
mmcroot=/dev/mmcblk0p2 rw
mmcargs=setenv bootargs console=${console} ${optargs} root=${mmcroot} rootfstype=${mmcrootfstype} init=/usr/lib/systemd/systemd

    一共6行，最后一行空白。

    • bootfile修改了内核名字，
    • loadfdt中只是在目录中加了“dts/”，
    • mmcloados主要是把bootz改成bootm。
    • mmcroot把只读改成了可读写。
    • mmcargs只是在后面指定了init为systemd。也有其他方法，比如在Linux系统中将init设置成指向systemd的软链接。

    U-Boot常用命令

    上面是从设备0启动系统，怎样知道自己的系统位于哪个设备呢，
    也许有某种约定，比如如果有SD卡，那么SD卡是0。
    我不知道的话，可以在U-Boot的命令行中通过命令判断。如，

    # 列出 mmc 设备。  
U-Boot# mmc list
OMAP SD/MMC: 0
OMAP SD/MMC: 1

    # 显示当前是哪个设备。
U-Boot# mmc dev
mmc0 is current device

    # 显示当前设备的分区信息。
U-Boot# mmc part

Partition Map for MMC device 0  --   Partition Type: DOS

Part    Start Sector    Num Sectors     UUID            Type
  1     2048            131072          29942d7e-01     0c Boot
  2     133120          15390720        29942d7e-02     83

    # 列出设备0第1个分区"/"目录的文件，我没有指定，默认为“/”。
U-Boot# ls mmc 0:1
   100688   mlo
   308232   u-boot.img
      510   uenv.txt

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