嵌入式Linux（Exynos 4412）笔记

一、系统移植课程导学

1. 计算机系统层次结构

1）计算机系统层次划分



• 三层架构：嵌入式系统作为计算机系统的分支，分为硬件层（最下层）、操作系统层（中间层）和应用程序层（最上层APP）
• 特殊性质：嵌入式系统是特殊的计算机系统，但同样遵循这三层架构

2）硬件层介绍及作用

• 组成要素：包括内存、CPU、硬盘等核心硬件，以及SOC内部的各种硬件接口控制器（如GPIO、PWM、I2C、ADC等）
• 核心功能：实现计算机与外界的数据/信号输入输出，是信息交互的物理基础
• 控制方式：通过寄存器配置直接控制硬件工作（无操作系统时）

3）操作系统层介绍及作用

• 双重作用：
  • 向下管理：统一管理计算机系统的软硬件资源
  • 向上服务：为应用程序提供API接口（函数调用）
• 设计哲学："向下管理硬件，向上提供接口"，应用程序无需了解底层实现细节
• 典型接口：如文件操作（open/close/read/write）、进程管理（fork/pthread_create）等

4）应用程序层（APP）介绍

• 开发特点：使用操作系统提供的API开发特定功能应用
• 优势体现：开发者只需关注功能实现，无需了解硬件细节（如文件存储位置、网络协议实现等）
• 典型示例：基于Linux系统的各类应用软件

2. 之前介绍复习

1）应用开发与顶层开发

• 本质特征：使用操作系统提供的API进行开发
• 课程示例：IO课程（文件操作函数）、并发程序（进程线程函数）、网络编程（socket函数）、数据库操作函数等
• 共同特点：都是教授操作系统提供的特定功能函数的使用方法

2）操作系统提供的API

• IO接口：open/close/read/write等文件操作函数
• 进程管理：fork/pthread_create等进程线程函数
• 网络通信：socket/listen/connect/accept等网络函数
• 开发范式：调用现成API而不关心底层实现（如TCP协议栈实现）

3）Linux操作系统的五大功能



• 进程管理：创建/调度/销毁进程的机制实现
• 内存管理：内存分配（malloc）/释放（free）及虚拟内存管理
• 网络协议：集成TCP/UDP/IP等协议栈实现
• 文件系统：磁盘/文件管理的底层实现（如ext4文件系统）
• 设备管理：硬件设备驱动管理（LED/ADC/屏幕等）

4）ARM课程的学习内容

• CPU原理：通过汇编语言理解程序执行机制
• 接口技术：I2C/UART/GPIO/ADC/RTC等硬件接口实验
• 学习目的：
  • 理解处理器工作原理
  • 掌握无系统时的硬件控制方法（直接寄存器配置）
  • 为驱动开发打基础（系统下的硬件管理方式不同）
• 系统差异：
  • 无系统：直接配置寄存器控制硬件
  • 有系统：通过设备文件控制硬件（驱动开发范畴）
• 底层开发本质：开发操作系统本身，包括硬件管理模块的实现

3. 系统移植的意义

1）系统移植定义



• 核心任务：将Linux系统安装到基于ARM处理器的开发板上
• 应用场景：嵌入式设备（如机器人控制）需要轻量化的开发板运行系统，而非直接使用电脑
• 对比传统方式：之前ARM开发板无操作系统，只能运行基础C语言程序

2）系统移植的意义

• 功能限制：未装系统时无法调用任何系统函数（如IO操作、进程线程、网络通信等）
• 开发效率：所有功能需自行实现，仅能完成小型项目
• 移植优势：安装系统后可调用标准库函数，直接运行上层应用程序
• 典型示例：printf/sleep等基础函数在无系统时需要自行实现

4. 移植的目的

1）不同架构处理器指令集不兼容

• 架构差异：ARM与x86等不同架构CPU的汇编指令集完全不同（如除法指令支持）
• 内核实现：Linux内核包含大量汇编代码，需针对特定处理器架构编写
• 兼容问题：用ARM汇编编写的内核无法在x86平台运行，反之亦然

2）相同架构不同板卡驱动代码不兼容

• 外设差异：相同处理器（如三星4412）在不同开发板上外设连接方式不同
• 实例说明：LED可能连接GPX2-7或GPX2-6引脚，需修改寄存器配置代码
• 平台相关代码：驱动程序等与硬件直接交互的代码需随硬件变更而修改

3）Linux内核的通用性与配置需求

• 源码特性：官方提供的是通用内核源码，未针对特定硬件优化
• 获取方式：下载得到的是C/汇编源代码，需自行编译（区别于Windows镜像）
• 匹配需求：必须修改源码使其适配目标硬件平台（处理器架构+外设电路）

4）移植工作的核心：软硬件匹配

• 配置本质：修改内核源码中的平台相关代码（汇编指令+驱动程序）
• 工作流程：下载源码→配置适配→编译→安装
• 时间分配：80%时间用于配置适配，仅20%用于实际安装
• 医学类比：类似器官移植的血型匹配，需确保软硬件参数完全兼容

知识小结

知识点	核心内容	考试重点/易混淆点	难度系数
嵌入式系统层次结构	计算机系统分为三层：硬件层（CPU、内存等）、操作系统层（管理硬件、提供API）、应用程序层（APP开发）	操作系统的作用（向下管理硬件，向上提供接口）	⭐⭐
应用开发 vs 底层开发	应用开发：调用操作系统API（如文件IO、进程线程函数）；底层开发：开发操作系统本身（如硬件控制、寄存器配置）	函数调用限制（无系统时无法调用标准库函数）	⭐⭐⭐
系统移植的意义	将Linux系统安装到ARM开发板，使应用层程序可在开发板运行（解决无系统时编程局限性）	为何需要移植（官方源码与硬件不匹配）	⭐⭐⭐⭐
移植的核心工作	配置源码（匹配硬件平台）→ 编译 → 安装，重点在硬件与软件的适配（如寄存器配置、外设电路差异）	平台相关代码（不同硬件需修改汇编/驱动代码）	⭐⭐⭐⭐
课程特点	1. 实践性强（无需写代码，侧重配置与安装）; 2. 需掌握汇编/C/Shell等语言基础; 3. 重方法轻细节（掌握移植流程而非研究源码）	学习误区（过度关注Linux源码细节）	⭐⭐⭐
移植流程示例	下载源码 → 配置（适配硬件）→ 编译 → 安装到开发板	关键步骤优先级（配置＞编译＞安装）	⭐⭐⭐⭐

二、系统移植过程

1. Windows装机

1）系统安装前的准备

• 系统镜像: 相当于操作系统的压缩包或安装包，可以从系统之家等网站下载，是安装系统的必备文件
• U盘启动盘: 需要准备一个U盘并刷入引导程序（如老毛桃、大白菜），这类程序的功能是引导和安装系统镜像到电脑磁盘中

2）BIOS设置与启动方式

• BIOS本质: 基本输入输出系统（Basic Input Output System），是电脑出厂时固化在主板上的程序，不是操作系统
• 主要功能: 设置硬件参数（如CPU虚拟化功能开关），其中最重要的设置项是启动方式
• 启动方式选择: 决定电脑开机后首先运行哪个介质中的程序（U盘/硬盘/光驱），安装系统时需要设置为U盘启动

3）系统安装过程

• 关键步骤:
  • 开机按特定键（F2/F10等）进入BIOS
  • 设置U盘为第一启动项
  • 重启后自动运行U盘中的引导程序（老毛桃等）
  • 通过引导程序将系统镜像安装到硬盘
• 耗时说明: 系统文件复制安装是最耗时的环节，需要耐心等待完成

4）驱动程序的安装

• 驱动功能: 使硬件设备（显卡/网卡/声卡等）能够正常工作的软件程序
• 常见问题: 新装系统后可能出现硬件无法使用的情况（如不能上网、显示异常等）
• 解决方案:
  • Windows自带部分通用驱动
  • 需要手动安装特定硬件厂商提供的专用驱动
  • 确保驱动版本与硬件型号匹配

5）应用程序的安装

• 系统分层:
  • 底层：硬件设备
  • 中间层：操作系统
  • 上层：应用程序（如QQ/PS/视频软件等）
• 安装原则: 根据实际需求选择安装，如通讯、图像处理、影音娱乐等不同用途的应用
• 功能实现: 应用程序通过调用操作系统提供的API接口实现特定功能

2. Linux系统移植

1）准备工作

• 准备内容:
  • Linux内核镜像: 类似于Windows系统安装包，是Linux系统的核心部分。
  • SD卡启动盘: 用于存储引导程序，以便从SD卡启动并安装系统。这里使用的是SD卡而非U盘。
• 引导程序:
  • U-Boot: 在嵌入式系统中常用的引导程序，用于引导和安装操作系统，类似于Windows下的老毛桃、大白菜等工具。

2）选择启动方式



• BIOS与BL0:
  • BIOS: 电脑主板上的固化程序，用于设置启动方式等。需开机后进入BIOS界面选择。
  • BL0: 开发板（如4412处理器）芯片内固化的代码，类似于BIOS，但设置方式不同。
• 拨码开关: 开发板上用于选择启动方式的开关，不同位置代表不同启动方式（如SD卡启动、eMMC启动等）。设置拨码开关需在断电情况下进行，上电后开发板会根据拨码开关的位置选择启动介质。

3）安装Linux系统

• 安装步骤:
  • 拨码开关设置: 将拨码开关拨到SD卡启动位置。
  • 上电: 开发板上电后，BL0代码会检测拨码开关位置，并执行SD卡中的程序。
  • 运行U-Boot: SD卡中的U-Boot引导程序运行起来，通过U-Boot界面安装Linux内核镜像到开发板（如eMMC）。

4）安装驱动程序

• 驱动需求: Linux系统安装完成后，开发板上的部分硬件可能无法正常工作，因为Linux系统可能不包含这些硬件的驱动程序。
• 安装驱动: 需要手动安装对应硬件的Linux驱动程序，如网卡驱动、LED驱动等。

5）安装应用程序

• 应用程序安装: 根据需求在开发板上安装各种应用程序，实现特定功能。

3. Windows装机与Linux系统移植的比较

• 相似性: Linux系统移植的步骤与Windows装机过程类似，都包括准备系统镜像、选择启动方式、安装系统、安装驱动和应用程序等步骤。
• 差异性:
  • 启动方式设置: Windows通过BIOS设置，Linux开发板通过拨码开关设置。
  • 引导程序: Windows下可能使用老毛桃、大白菜等工具，Linux下则常用U-Boot。
• 移植工作: 在安装Linux系统之前，还需要对源代码进行配置和编译工作，使其适配特定的开发板。这是Linux系统移植中特有的步骤，Windows装机则不涉及。

知识小结

知识点	核心内容	考试重点/易混淆点	难度系数
嵌入式系统移植概述	介绍嵌入式系统移植在课程体系中的位置及意义	-	低
课程目的	给开发板安装Linux系统，便于应用层程序移植	-	低
学习难点	涉及细节性实验，易迷失方向	实验细节与整体目的关联	中
系统移植内容	不仅安装Linux，还需安装uboot、文件系统等	Linux与uboot等区别	中
系统移植宏观过程	回顾Windows装机过程，类比嵌入式Linux系统移植	类比理解	低
Windows装机准备	系统镜像、U盘启动盘（老毛桃等）	-	低
BIOS设置	设置启动方式（U盘启动）	BIOS与启动方式	中
安装系统	通过引导程序安装系统镜像	-	低
驱动安装	安装网卡、显卡等驱动	-	低
应用程序安装	根据需求安装QQ、微信等APP	-	低
嵌入式Linux系统移植准备	Linux内核镜像、SD卡启动盘（uboot）	U盘与SD卡启动区别	中
BL0设置	通过拨码开关选择启动方式（SD卡启动）	BIOS与BL0设置方式	中
安装Linux系统	通过uboot安装Linux内核镜像	uboot与老毛桃功能对比	中
驱动安装	安装LED、网卡等驱动	Linux与Windows驱动区别	中
应用程序移植	移植IO、进程等代码到开发板	-	低
移植工作	配置、修改、编译Linux源代码	安装与移植的区别	高

三、开发板启动过程

1. 动态图解释开发板启动过程

1）Exynos 4412手册

• 地址映射表复习
  • 芯片概述: Exynos 4412 SCP是一款32位RISC处理器，采用Cortex-A9架构，具有低功耗、高性能特点，内置128位总线架构和多种硬件加速器。
  • 地址空间特性:
    • 采用32位地址总线，寻址空间为

      2322^{32}232

      =4GB
    • 通过内存映射表将4GB空间划分为不同功能区域
  • 地址映射表定义:
    • 将CPU可访问的4GB空间按功能划分为不同区域
    • 每个区域对应特定硬件资源（内存、寄存器等）
    • 示例区域：0x00000000-0x00010000为iROM区域
  • 关键区域划分:
    • 0x00000000-0x00010000: 64KB iROM（内部只读存储器）
    • 0x02000000-0x02010000: 64KB iRAM（内部随机存储器）
    • 0x10000000-0x14000000: 特殊功能寄存器区
    • 0x40000000-0xA0000000: 1.5GB 外部内存扩展区
    • 0xA0000000-0xFFFFFFFF: 1.5GB 外部内存扩展区
  • iROM详解

    

    • 物理特性:
      • 位于芯片内部，大小为64KB
      • 地址范围：0x00000000-0x00010000
      • 内容由三星预先烧录，不可修改
    • 功能特性:
      • 存储BL0(Boot Loader 0)程序
      • CPU上电后PC寄存器默认值为0，首先执行iROM中的BL0
      • 类比PC机的BIOS固件
  • 其他关键区域

    

    • iRAM区域:
      • 地址：0x02000000-0x02060000
      • 大小：256KB
      • 芯片内部高速内存
    • SFR区域:
      • 地址：0x10000000-0x14000000
      • 用于控制各类硬件外设的寄存器
      • 包括GPIO、UART、I2C等控制器寄存器
    • 外部内存区:
      • 共3GB空间（0x40000000-0xFFFFFFFF）
      • 通过内存控制器连接外部DRAM
      • 实际开发板通常配置1GB物理内存
  • 地址映射原理
    • 设计目的:
      • 解决有限地址空间分配问题
      • 实现不同类型存储器的统一寻址
      • 隔离不同硬件资源的访问冲突
    • 实现方式:
      • 通过内存控制器实现地址解码
      • 不同地址范围触发不同片选信号
      • 示例：访问0x10000000自动选择SFR总线

2）开发板各组成部分作用解析

• iROM及固件BL0
  
  • iROM特性：位于处理器内部，地址从

    0x0000_00000x0000\_00000x0000_0000

    开始，是芯片上电后最先执行的存储区域
  • BL0功能：
    • 固化在iROM中的初始引导程序
    • 执行基本硬件初始化（时钟、内存等）
    • 读取启动设备选择信号
    • 负责将第二级引导程序加载到内存
• 拨码开关及其作用
  • 物理结构：开发板上有4位拨码开关（标号1-4），位于按键旁
  • 核心功能：设置启动介质选择，不同组合对应不同启动方式：

    • OFF ON ONOFF\ ON\ ONOFF ON ON

      ：eMMC启动

    • ON OFF OFFON\ OFF\ OFFON OFF OFF

      ：SD卡启动
  • 配置参考：开发板丝印层提供状态对照表，明确各组合对应的启动方式
• 外扩内存条RAM
  
  • 硬件配置：
    • 4片256MB内存芯片组成1GB容量
    • 位于主控芯片Exynos4412周围
  • 地址分配：
    • 物理地址范围：

      0x4000_00000x4000\_00000x4000_0000

      0x8000_00000x8000\_00000x8000_0000

    • 芯片预留3GB扩展空间，实际只使用前1GB

    • 0x8000_00000x8000\_00000x8000_0000

      0xFFFF_FFFF0xFFFF\_FFFF0xFFFF_FFFF

      保留未使用
• SD卡的作用
  
  • 系统移植用途：存储Uboot和Linux系统镜像
  • 启动特性：
    • 属于外存设备，程序需加载到内存执行
    • 通过拨码开关选择SD卡启动模式
    • BL0会检测到SD卡启动后自动加载其中程序
• eMMC的作用
  
  • 硬件特性：
    • 相当于电脑硬盘，位于核心板右下角
    • 非易失性存储，断电数据不丢失
  • 系统运行机制：
    • 安装Linux系统的最终存储位置
    • 系统运行时从eMMC加载到内存执行
    • 包含三部分：Linux内核、设备树(dtb)、根文件系统

3）开发板启动过程动态演示

• BL0阶段：
  • 上电后首先执行iROM中的BL0
  • 初始化基础硬件环境（时钟、内存控制器等）
  • 读取拨码开关确定启动介质
  • 将SD卡中的uboot复制到内存（SD卡启动时）
• Uboot阶段：
  • 初始化更复杂的硬件环境（堆栈、网卡、串口等）
  • 从eMMC加载三部分到内存：
    • Linux内核
    • 设备树(dtb) - 存储硬件配置信息
    • 根文件系统 - Linux运行所需的文件集合
• Linux启动：

  

  • 初始化系统环境
  • 挂载根文件系统（将文件系统内容读入内存使用）
  • 完成启动后进入正常工作状态
• 关键组件关系：
  • 设备树(dtb)：分离驱动代码与硬件信息，便于硬件变更
  • 根文件系统：包含系统运行所需的配置文件、库文件等
  • 三者关系：Linux内核 + 设备树 + 根文件系统 = 完整Linux系统

4）开发板启动过程总结

• BL0的执行与启动方式选择
  
  • BL0执行机制：开发板上电后首先运行SOC内部iROM中固化的代码(BL0)，这段代码先对基本的软硬件环境（时钟等）进行初始化
  • 启动方式检测：BL0会检测拨码开关位置获取启动方式，根据拨码开关选择从SD卡或eMMC启动
  • 程序加载原理：选择SD卡启动时，BL0会将SD卡中的uboot搬移到内存运行（外存程序需加载到内存才能执行）
• U-Boot的加载与运行
  
  • 初始化工作：uboot运行后首先对开发板上的软硬件环境做进一步初始化，包括网卡初始化、串口初始化等
  • 系统加载三步骤：
    • 将Linux内核从外存搬到内存
    • 将设备树(dtb)从外存搬到内存
    • 将根文件系统(rootfs)从外存搬到内存
  • 加载必要性：这三个组件在外存无法直接执行，必须通过uboot加载到内存才能运行
• Linux系统的加载与运行
  
  • 运行顺序：uboot完成加载后结束运行，Linux开始接管系统
  • 初始化过程：Linux首先对系统环境做初始化，包括基本的软硬件初始化
  • 组件关系：Linux内核和设备树(dtb)共同组成完整的Linux系统
• 根文件系统的挂载
  • 挂载时机：Linux初始化完成后才进行根文件系统挂载
  • 挂载方式：
    • 常规方式：从内存挂载（如实验演示）
    • 常用方式：通过网络挂载（实际开发更常用）
  • 功能作用：根文件系统包含Linux运行所需的各类文件
• 启动过程总结与实验说明

  

  • 执行程序序列：
    • iROM中的BL0
    • uboot
    • Linux内核+设备树
    • 根文件系统
  • 实验注意事项：实际实验中根文件系统通常通过网络挂载，与演示的内存挂载方式不同

5）系统移植步骤总结

• 移植必要性：要使开发板正常启动，必须预先安装四个组件
• 免移植组件：BL0是芯片固化的，无需移植
• 需移植组件：

  

  • uboot移植（如移植到SD卡）
  • Linux内核移植（包含设备树，移植到eMMC）
  • 根文件系统移植（移植到eMMC）
• 移植顺序：与程序运行顺序保持一致
  • uboot移植
  • Linux内核+设备树移植
  • 根文件系统移植
• 存储介质选择：不同组件可能安装在不同存储介质（SD卡/eMMC）

知识小结

知识点	核心内容	考试重点/易混淆点	难度系数
开发板启动过程	上电后依次执行：BL0（固化在iROM）→ uboot（从SD卡加载）→ Linux内核+设备树（从eMMC加载）→ 挂载根文件系统	BL0的自动执行机制与地址映射关系（零地址固定分配）	⭐⭐⭐⭐
地址映射表	4412芯片的4GB地址空间划分：iROM（64K）、iRAM（256K）、寄存器区（1GB）、外扩内存预留区（15GB）	外扩内存实际使用1GB（0x40000000-0x80000000），剩余地址未使用	⭐⭐⭐
uboot作用	1. 初始化基础硬件 2. 加载Linux内核+设备树到内存 3. 加载根文件系统到内存	设备树与内核的关系（必须同时加载）	⭐⭐⭐⭐
根文件系统	Linux运行时依赖的文件集合（非代码），需提前加载到内存供内核挂载	与普通文件系统的区别（挂载时机与用途）	⭐⭐⭐
系统移植步骤	1. 移植uboot到SD卡 2. 移植Linux内核+设备树到eMMC 3. 移植根文件系统到eMMC	移植顺序与启动流程的严格对应关系	⭐⭐⭐⭐
拨码开关配置	通过1234拨码组合选择启动方式（如SD卡启动：ON-OFF-OFF）	不同开发板的拨码规则差异（需查丝印表格）	⭐⭐

四、开发板启动过程（续）

1. BL0的初始化与拨码开关检测

• 执行顺序：开发板上电后首先执行固化在芯片内部iROM中的BL0程序
• BL0功能：
  • 硬件初始化：对软硬件环境进行基本初始化
  • 启动检测：检测拨码开关状态确定启动方式（如SD卡启动）
• 存储特性：BL0由三星公司固化在芯片内部，无需用户移植

2. BL0根据拨码开关加载程序

• 加载机制：
  • 检测到SD卡启动方式后，BL0将SD卡中的U-Boot程序复制到内存
  • 必要性：外存(SD卡)中的程序无法直接运行，必须加载到内存才能执行
• 内存特性：内存中的程序可直接被CPU运行，而外存程序需要先加载

3. U-Boot的启动与初始化

• 启动流程：
  • BL0结束后U-Boot开始运行
  • 同样先对软硬件环境进行基本初始化
• 加载内容：将外存中的Linux内核、设备树(dtb)和根文件系统(rootfs)加载到内存

4. U-Boot加载Linux内核与文件系统

• 加载必要性：
  • 系统组件安装在外存（断电不丢失）
  • 但运行必须加载到内存（CPU只能直接运行内存中的程序）
• 加载顺序：U-Boot依次加载内核→设备树→根文件系统到内存

5. Linux系统的启动与文件系统挂载

• 启动过程：
  • Linux内核运行并进行初始化
  • 成功启动后挂载根文件系统
• 完整系统：内核+文件系统共同构成可运行的完整Linux系统

6. 系统移植的步骤与顺序

• 移植组件：
  • BL0（已固化，无需移植）
  • U-Boot
  • Linux内核
  • 设备树
  • 根文件系统
• 移植顺序：遵循代码运行顺序，先移植U-Boot

7. 移植的首要任务：安装U-Boot

• 首要工作：在SD卡中刷入U-Boot
• 后续目标：学会使用U-Boot进行系统引导

五、Boot loader

1. Boot loader的基本功能



• 定义：操作系统运行前执行的小段代码（非操作系统本身）
• 核心功能：
  • 环境初始化：将软硬件环境初始化到适合操作系统运行的状态
  • 系统引导：加载操作系统到内存（从外存到内存）
  • 参数传递：为Linux内核准备并传递启动参数
  • 命令执行：支持执行用户命令（类似shell命令）
• 与U-Boot关系：U-Boot是嵌入式Linux最常用的具体Bootloader实现

2. 常见的Bootloader



• 分类特点：
  • 通用性：多数Bootloader针对特定平台或系统
  • ARM支持：仅少数支持ARM架构（如U-Boot、RedBoot）
• 选择原因：
  • 平台兼容：U-Boot支持多种架构（包括ARM）
  • 系统兼容：专为Linux设计，非专用引导程序
  • 行业标准：嵌入式开发领域最广泛使用的Bootloader

知识小结

知识点	核心内容	考试重点/易混淆点	难度系数
BL0 功能	三星芯片固化的初始程序，负责硬件初始化、检测启动方式（如SD卡），并将外部存储器代码加载到内存	BL0 与 uboot 的分工（BL0 仅加载 uboot，uboot 加载内核）	⭐⭐
uboot 作用	1. 初始化软硬件环境; 2. 加载 Linux 内核、设备树、根文件系统到内存; 3. 向内核传递参数; 4. 支持用户命令	传参机制（类似函数调用前准备参数）与内存/外存运行差异	⭐⭐⭐
Linux 系统启动流程	BL0 → uboot → 内核初始化 → 挂载根文件系统	各阶段依赖关系（如内核需依赖 uboot 加载）	⭐⭐⭐⭐
Boot Loader 定义	统称引导加载程序（如 uboot），负责操作系统运行前的环境准备	Boot Loader ≠ 操作系统（仅为操作系统运行做铺垫）	⭐⭐
uboot 特殊性	嵌入式开发通用引导程序，支持 ARM 架构和 Linux 系统	与其他 Boot Loader（如 RedBoot）的兼容性对比	⭐⭐⭐
系统移植顺序	1. uboot → 2. Linux 内核 → 3. 设备树 → 4. 根文件系统	BL0 无需移植（芯片固化）	⭐⭐⭐⭐

六、SD卡启动盘制作

1. SD卡的存储结构



• 基本单位：SD卡以扇区（块）为单位存储数据，每个扇区大小为

  512Byte512Byte512Byte，与内存的字节寻址方式不同

• 编号规则：所有扇区从0开始线性编号，类似内存地址的排列方式

1）SD卡以扇区为单位存储

• 与内存的区别：
  • 内存：以字节为单位（8bit），每个字节有唯一地址（0,1,2...连续排列）
  • SD卡：以扇区/块为单位（512Byte），在Linux系统中被称为块设备
• 类比说明：如同书本分页存储，每个扇区相当于书的一页，但每页固定为512字节容量

2）零扇区存储分区表

• 特殊用途：第0扇区专门存储分区表（类似书籍目录页），记录全部分区范围信息
• 分区表示例：如8G SD卡可分为：
  • 第1-100扇区：分区1
  • 第101-200扇区：分区2
• 保护机制：该扇区不可随意写入，否则会导致分区信息丢失

3）后续扇区可自定义分区和格式化

• 自由管理区域：第1扇区及之后的空间允许用户：
  • 按需划分多个分区（类似电脑的C/D/E盘）
  • 对各分区独立格式化
• 使用建议：可根据不同用途划分区域，如系统区、数据存储区等

4）SD卡启动与程序搬移

• 启动流程：
  • 开发板选择SD卡启动模式
  • 处理器执行固化在iROM中的BL0代码
  • BL0自动从SD卡第1扇区开始搬移程序到内存
• 关键特性：BL0不会搬移第0扇区（分区表所在位置）

5）uboot应存储于第一扇区开始的空间

• 存储规范：
  • uboot必须从第1扇区开始存储（约500KB大小）
  • 实际占用连续多个扇区（如1000个扇区）
• 错误示例：
  • 存于第0扇区 → 不被BL0读取
  • 存于第100扇区 → 前99扇区内容缺失
• 剩余空间：uboot之后的空间可自由分区格式化，如：
  • 存放系统镜像
  • 作为数据存储区

2. 实验手册

1）实验环境

• Ubuntu系统：实验在Ubuntu系统下进行，需要将u-boot镜像文件拷贝到家目录下
• 开发板型号：使用FS4412实验平台进行uboot烧写验证

2）实验步骤

• u-boot镜像准备
  
  • 文件获取：从资料中获取u-boot-fs4412.bin文件
  • 拷贝操作：将镜像文件拷贝到Ubuntu家目录下
  • 文件验证：通过ls命令确认文件已成功拷贝
• 实验步骤详解
  
  • 制作空镜像

    

    • dd命令：
      • 功能：用于转换和复制文件
      • 参数说明：
        • if=/dev/zero：输入文件，生成全零内容
        • of=zero.bin：输出文件名
        • count=1：块数量，1块=512字节
    • 执行命令：sudo dd if=/dev/zero of=zero.bin count=1
    • 验证输出：显示"1+0 records in/out"表示成功
  • 追加uboot
    
    • 合并原理：
      • SD卡结构：第0扇区存储分区表，从第1扇区开始存放uboot
      • 合并目的：在uboot前添加512字节空数据，确保烧写时uboot从第1扇区开始
    • 执行命令：cat zero.bin u-boot-fs4412.bin > win-u-boot-fs4412.bin
    • 验证方法：通过ls命令查看生成的新文件
  • 制作1M空镜像
    
    • 清除目的：擦除SD卡中原有数据
    • 计算方法：
      • 1块=512字节
      • 2048块=1MB
    • 执行命令：sudo dd if=/dev/zero of=clear.bin count=2048
    • 验证大小：使用du -MH命令确认文件大小为1MB
  • 拷贝文件
    
    • 传输文件：
      • win-u-boot-fs4412.bin
      • clear.bin
    • 传输方法：通过VMware共享文件夹或直接拖拽
  • 插入SD卡
    
    • 识别问题：
      • 若Windows不识别，可能被Ubuntu占用
      • 解决方法：在虚拟机可移动设备中断开SD卡连接
    • 验证方法：在"此电脑"中查看SD卡盘符
  • Win32DiskImager烧写
    
    • 烧写步骤：
      • 先烧写clear.bin清空SD卡
      • 再烧写win-u-boot-fs4412.bin
    • 工具使用：
      • 选择镜像文件
      • 选择SD卡设备
      • 点击Write开始烧写
    • 成功标志：显示"Write Successful"
  • 拔出SD卡并验证
    
    • 硬件操作：
      • 将SD卡插入开发板
      • 设置拨码开关为SD卡启动模式
    • 验证方法：
      • LED2灯点亮
      • 串口终端显示uboot启动信息
    • 常见问题：
      • LED亮但终端无输出：检查串口连接
      • 无任何反应：检查烧写过程和启动模式设置

知识小结

知识点	核心内容	考试重点/易混淆点	难度系数
SD卡存储结构	SD卡以扇区（块）为单位存储，每块512字节，编号从0开始；第0块存储分区表，类似硬盘分区信息	内存按字节寻址 vs SD卡按块寻址	⭐⭐
Uboot烧录原理	BL0固件从SD卡第1块开始加载程序，需确保uboot镜像从第1块写入	烧录工具默认从第0块写入，需前置512字节空块对齐	⭐⭐⭐
镜像制作步骤	1. 生成512字节空镜像 2. 合并空镜像与uboot.bin 3. 擦除SD卡原有数据 4. 烧录合并后的镜像	dd命令参数：if=/dev/zero（输入空数据）、count=2048（生成1MB文件）	⭐⭐⭐⭐
开发板启动验证	拨码开关设为SD卡启动，串口终端显示uboot版本及硬件信息，LED2亮起为成功标志	串口无输出时检查接线/启动模式	⭐⭐
关键命令	dd if=/dev/zero of=zero.bin count=1（生成空块）; cat zero.bin uboot.bin > final.bin（镜像合并）	输出重定向>与dd的of=参数区别	⭐⭐⭐

七、ubuntu的使用

Ubuntu的使用在系统移植课程中至关重要，后续将Linux系统安装到开发板或从外存加载到内存运行均需通过Ubuntu完成。Ubuntu的熟练程度直接影响系统移植工作的效率，因此本次课程内容为重点内容。

1.uboot模式

Uboot有两种工作模式：

• 自启动模式
• 交互模式

1) 自启动模式

自启动模式指Ubuntu启动后进入倒计时阶段，若未进行人为干预，倒计时结束后将自动执行自启动命令。自启动命令通常用于加载和启动Linux内核。

2) 交互模式

交互模式指在Ubuntu倒计时阶段人为干预（如按下Enter键），系统将停止加载Linux内核并停留在Ubuntu界面。交互模式下可输入并执行Ubuntu命令，类似于电脑开机时进入BIOS的操作逻辑。

2.uboot命令

1) 帮助命令

• 例题:查看uboot支持的所有命令
• help命令用于查看Ubuntu支持的所有命令，执行后系统将列出全部可用命令，例如bootm（加载内核）、cp（拷贝内存）、erase（擦除存储内容）等。
• help命令后接具体命令可查看其使用方法，例如输入help loadb将显示loadb命令的格式及参数说明，包括二进制文件下载地址和波特率设置。

2) 环境变量命令

• 打印环境变量命令
• printenv命令用于打印Ubuntu环境变量，包括波特率、网卡型号、IP地址、子网掩码等关键配置信息。
• 执行printenv后，系统输出环境变量列表，例如ipaddr= - - - 150表示当前IP地址，serverip表示服务器IP地址。
• setenv命令用于修改环境变量，格式为setenv [变量名] [新值]，例如setenv ipaddr - - - 100可将IP地址修改为 - - - 100。
• 通过setenv ipaddr - - - 100修改IP地址后，需注意环境变量仅临时保存在内存中，断电后恢复默认值。若需永久保存，需将配置写入外存（如SD卡或eMMC）。
• setenv命令用于将环境变量保存至外部存储器。通过help命令可查看saveenv功能说明，该命令实现环境变量的持久化存储。
• 环境变量查看：执行printenv显示当前IP地址为 - 150
• 环境变量修改：通过setenv IPaddr - - - 100更新IP地址
• 环境变量保存：saveenv命令将修改后的环境变量写入MMC存储器
• 验证持久化：重启开发板后执行printenv确认IP地址永久变更为 - - - 100

3) 常用环境变量

printenv命令可列出全部环境变量，其中关键环境变量包括：

ipaddr

• ipaddr为开发板/U-Boot的IP地址配置项。必须与Ubuntu主机处于同一网段，若Ubuntu IP为 - - - x，则U-Boot需对应配置为 - - - x系列地址。

serverip

• serverip定义TFTP服务器地址。当U-Boot作为TFTP客户端从Ubuntu下载文件时，该变量必须设置为Ubuntu主机的实际IP地址。

bootdelay

• bootdelay控制自启动模式前的倒计时秒数（默认3秒）。通过setenv bootdelay 5及saveenv可修改为5秒，重启后倒计时变更为54321序列。该参数适用于调整系统启动等待时间。

八、uboot网络传输命令

1. loadb命令

• 功能：通过Kermit协议从串口下载二进制文件到指定内存地址
• 特点：
  • 基于串口通信，速度较慢
  • 常用于ARM开发环境
• 使用方法：
  • 命令格式：loadb <内存地址>
  • 示例：loadb 0x41000000 将文件下载到内存0x41000000处

1）tftp命令

• 功能：通过TFTP协议从网络服务器下载文件到指定内存地址
• 特点：
  • 基于网络通信，速度比loadb快很多
  • U-Boot内置支持，无需额外安装客户端
• 使用方法：
  • 完整格式：tftp [loadAddress] [hostIPaddr:]bootfilename
  • 简化格式：tftp <内存地址> <文件名>
  • 示例：tftp 0x41000000 interface.bin
• 使用前的准备工作
  • 网络配置要求：
    • 必须使用桥接模式连接
    • 开发板与服务器必须在同一网段
    • 需要正确配置IP地址、子网掩码和网关
• 服务器端配置
  
  • 必须安装TFTP服务器：
    • Ubuntu安装命令：sudo apt-get install tftpd-hpa tftp-hpa
    • 每次重启后需要启动服务：sudo service tftpd-hpa restart
  • 工作目录：
    • 默认在/tftpboot目录
    • 下载文件必须放在此目录下
    • 文件权限需设置为777：sudo chmod 777 <文件名>
• 客户端配置

  

  • 关键环境变量：
    • ipaddr：开发板IP地址（必须与服务器同网段）
    • serverip：TFTP服务器IP地址（必须与Ubuntu主机IP一致）
    • netmask：子网掩码（通常255.255.255.0）
    • gatewayip：网关地址
  • 检查方法：
    • 使用printenv命令查看当前环境变量
    • 使用setenv和saveenv修改并保存配置
• 常见问题排查
  • 网络连通性测试：
  • 成功显示"host is alive"，失败显示"is not alive"
  • 使用ping命令测试：ping <服务器IP>
  • 常见问题：
    • 防火墙未关闭（需关闭Windows防火墙）
    • 网卡选择错误（必须选择有线网卡）
    • 网线未直连（开发板与电脑需直连）
    • IP地址配置错误（必须同网段不同IP）
• 实际下载示例
  • 下载步骤：
    • 将测试文件放入/tftpboot目录
    • 设置文件权限：sudo chmod 777 interface.bin
    • 执行下载命令：tftp 0x40008000 interface.bin
    • 运行程序：go 0x40008000
  • 注意事项：
    • 下载过程中"#"表示传输进度
    • 超时会显示"T"，需检查网络连接
    • 下载完成后会显示传输字节数

知识小结

知识点	核心内容	考试重点/易混淆点	难度系数
Uboot网络通信支持	Uboot环境变量包含网络相关配置（如IP address、server IP），说明其内置网络协议支持	区分环境变量作用（IP address为开发板IP，server IP为服务器IP）	⭐⭐
TFTP协议原理	轻量级文件传输协议，用于开发板与服务器（如Ubuntu）间文件传输	需明确服务器需安装TFTP服务端，开发板通过Uboot内置客户端下载	⭐⭐⭐
TFTP命令使用	格式：tftp <内存地址> <文件名>（如tftp 0x41000 interface.bin）	省略server IP时默认使用环境变量中的server IP值	⭐⭐⭐⭐
网络配置前提	1. 开发板与服务器需直连网线; 2. 确保Ubuntu桥接模式且选择有线网卡; 3. 关闭Windows防火墙	常见错误：桥接模式选错网卡或未关闭防火墙	⭐⭐⭐⭐⭐
TFTP服务器配置	1. Ubuntu安装tftpd-hpa服务; 2. 文件需放入/tftpboot目录并设置权限为777	每次重启需手动重启服务：sudo service tftpd-hpa restart	⭐⭐⭐
故障排查步骤	1. ping测试网络连通性; 2. 检查环境变量server IP一致性; 3. 验证文件权限及服务状态	超时问题多因网络配置或服务未启动	⭐⭐⭐⭐
TFTP与Loadb对比	TFTP：基于网卡，速度快; Loadb：基于串口，速度慢	优先使用TFTP传输大文件	⭐⭐

九、uboot的使用

1. 存储器访问命令

1）mmc read

• 功能：将EMMC中指定扇区的内容读取到内存指定地址
• 命令格式：mmc read <addr> <blk#> <cnt>
  • addr：内存目标地址
  • blk#：EMMC起始扇区编号（1扇区=512字节）
  • cnt：读取的扇区数量
• 应用场景：系统移植时加载存储在EMMC中的程序到内存运行
• 操作示例：mmc read 0x40008000 0x800 0x1表示从EMMC的0x800扇区读取1个扇区数据到内存0x40008000地址

2）mmc write



• 功能：将内存指定地址的内容写入EMMC指定扇区
• 命令格式：mmc write <addr> <blk#> <cnt>
  • addr：内存源地址
  • blk#：EMMC目标起始扇区编号
  • cnt：写入的扇区数量
• 设备选择：第一个参数0表示EMMC，1表示SD卡
• 实际应用：
  • 写入前需通过tftp将文件下载到内存（如tftp 41000000 interface.bin）
  • 典型命令：mmc write 0x41000000 0x800 0x1将内存0x41000000的1个扇区数据写入EMMC的0x800扇区
• 验证方法：断电重启后使用mmc read重新读取验证数据完整性

3）命令组合使用

• 完整工作流：
  • 通过tftp下载文件到内存
  • 使用mmc write写入EMMC
  • 断电验证持久化存储
  • 上电后使用mmc read加载到内存
  • 通过go命令执行程序
• 系统移植应用：
  • 安装Linux系统时写入EMMC
  • 系统启动时从EMMC加载到内存
• 注意事项：
  • 文件小于512字节仍需写入完整1个扇区
  • 重要数据建议写入后立即验证读取

2. 自启动环境变量

1）bootcmd

bootcmd作用演示

bootcmd自动执行演示:

• 定义：bootcmd是uboot中一个重要的自启动环境变量，不是命令而是环境变量
• 功能：可以设置1到多个uboot命令的集合（多个命令用

  \textbackslash;\textbackslash;\textbackslash;

  分隔）
• 执行机制：在自启动模式下，uboot会按bootcmd中命令的顺序逐条执行
• 典型应用：常用于设置自动下载和执行程序的命令序列
  • 典型应用场景：
    • 自动下载并执行程序：setenv bootcmd tftp 40008000 interface.bin$\textbackslash;$go 40008000
    • 自动从eMMC读取并执行：setenv bootcmd mmc read 0 0x40008000 0x800 0x1$\textbackslash;$go 40008000
  • 优势：实现开发板上电后自动完成程序加载和执行，无需人工干预
  • 系统级应用：
    • 可扩展用于自动加载和启动Linux系统
    • 典型流程：加载内核→加载设备树→加载文件系统→启动内核
  • 重要性：是系统移植和启动流程中的核心配置项
  • 注意事项：
    • 命令顺序必须符合执行逻辑
    • 各命令参数需要根据实际硬件配置调整
    • 错误配置可能导致系统无法正常启动

知识小结

知识点	核心内容	考试重点/易混淆点	难度系数
MMC命令	用于读写外部存储器（如SD卡、eMMC）的命令集合，包含子命令（mmc read/mmc write/mmc erase等）	参数含义：addr（内存地址）、block（存储块起始编号）、cnt（块数量）	⭐⭐⭐
mmc read	从外存读取数据到内存，示例：mmc read 0x40008000 0x800 0x1（从eMMC的0x800块读1块到内存0x40008000）	易混淆点：第一个参数是目标内存地址，第二个是外存块编号	⭐⭐
mmc write	将内存数据写入外存，示例：mmc write 0x40008000 0x800 0x1（将内存0x40008000的数据写入eMMC的0x800块）	关键操作：需先通过tftp下载文件到内存再写入外存	⭐⭐⭐⭐
bootcmd环境变量	自启动命令集合，Uboot倒计时结束后自动执行其包含的命令（如tftp下载+go执行）	语法规则：多条命令用\;分隔，如setenv bootcmd "tftp 0x40008000 test.bin\; go 0x40008000"	⭐⭐⭐⭐
eMMC与SD卡操作	通过mmc命令的编号区分设备（如0为eMMC，1为SD卡）	易错点：设备编号需与硬件实际连接匹配	⭐⭐
Uboot命令链	结合tftp+mmc write+mmc read+go实现程序固化与自启动	典型流程：下载→写入eMMC→重启后读取→执行	⭐⭐⭐⭐

十、通过tftp加载内核和根文件系统

1. 内核的安装与加载

1）通过tftp加载内核和根文件系统

• Linux内核镜像

  

  • 核心文件：包含两个关键文件
    • uImage：Linux系统的内核镜像文件，大小为2.87MB（3,019,120字节）
    • exynos4412-fs4412.dtb：设备树文件，大小为34KB
  • 内核镜像特性

    

    • 轻量级优势：
      • 嵌入式领域选择Linux的主要原因之一是其轻量级特性
      • 相比安卓/Windows等大型系统，Linux内核仅2.87MB，适合资源有限的嵌入式设备
      • 能在低配置硬件（如性能较弱的CPU/小内存）上流畅运行
  • 设备树文件

    

    • 功能说明：
      • 后缀.dtb表示Device Tree Binary（设备树二进制文件）
      • Linux系统运行时必需的文件，包含硬件配置信息
      • 文件大小仅33.5KB，修改日期与内核镜像同步（2021/4/6）
  • 文件部署流程
    • 操作步骤：
      • 进入Ubuntu的TFTP工作目录：/tftpboot
      • 使用sudo mv命令移动两个文件到目标目录
      • 验证结果：通过ls命令确认uImage和.dtb文件存在
    • 注意事项：
      • 需要root权限操作（使用sudo）
      • 文件路径需完整指定（含文件名和扩展名）
• 根文件系统镜像
  • 文件准备与权限修改

    

    • 文件拷贝要求：
      • 需将Linux内核镜像目录下的"uImage"和"exynos4412-fs4412.dtb"拷贝至ubuntu的tftp工作目录
      • 需将根文件系统镜像目录下的"ramdisk"同样拷贝至tftp工作目录
    • 权限修改：

      

      • 执行命令：$sudo chmod 777 /tftpboot/*
      • 原因：保证后续实验顺利，避免因权限不足导致下载失败
      • 注意：必须修改所有相关文件的权限为777（可读可写可执行）
    • 操作验证：
      • 使用ls命令确认目录下存在三个关键文件：
        • exynos4412-fs4412.dtb
        • ramdisk.img
        • uImage
  • TFTP服务器重启
    
    • 重启命令：
      • $sudo service tftpd-hpa restart
    • 注意事项：
      • 每次重启Ubuntu后都必须重新启动TFTP服务
      • 必须确保网络配置正确，桥接模式需连接到有线网卡
      • 验证方法：检查虚拟机网络设置是否桥接到"Realtek PCIe GBE Family Controller"
  • 开发板与电脑连接
    • 硬件连接要求：
      • 必须使用串口线和网线直连开发板与电脑
      • 禁止通过路由器连接，必须直连
      • 网线另一端必须连接电脑网口
    • 交互模式进入：
      • 连接后需进入uboot交互模式
      • 使用SecureCRT等工具通过串口连接（如COM4）
  • uboot启动参数设置
    ​​​​​​​

    

    • IP地址设置：
      • 命令：# setenv ipaddr ***.***.***.***
      • 关键要求：必须与Ubuntu服务器在同一网段
      • 验证方法：在Ubuntu执行ifconfig查看IP（如192.168.1.200）
    • 服务器IP设置：

      

      • 命令：# setenv serverip xxx.xxx.xxx.xxx
      • 必须设置为Ubuntu的IP地址（如192.168.1.200）
      • 验证命令：printenv查看当前uboot参数
    • 自启动环境变量：
      • 命令：# setenv bootcmd tftp 0x41000000 uImage;tftp 0x42000000 exynos4412-fs4412.dtb;tftp 0x43000000 ramdisk.img;bootm 0x41000000 0x43000000 0x42000000
      • 内存地址分配：
        • 0x41000000：内核镜像(uImage)
        • 0x42000000：设备树文件(dtb)
        • 0x43000000：根文件系统(ramdisk)
      • 执行顺序：先下载三个文件到指定内存地址，再通过bootm命令启动
• 应用案例
  • 设置bootcmd命令

    

    

    

    

    • 启动目标：通过uboot将Linux内核镜像、设备树文件和根文件系统从Ubuntu的TFTP服务器加载到开发板内存并运行
    • 关键文件：
      • uImage：Linux内核镜像
      • exynos4412-fs4412.dtb：设备树文件
      • ramdisk.img：根文件系统镜像
    • 内存地址规划：
      • 0x41000000：存放Linux内核镜像（uImage）
      • 0x42000000：存放设备树文件（exynos4412-fs4412.dtb）
      • 0x43000000：存放根文件系统（ramdisk.img）
    • 地址选择原则：
      • 必须位于物理内存范围内（0x40000000-0x80000000）
      • 各文件地址间隔16MB空间（0x42000000-0x41000000=16MB）
      • 实际文件大小验证：
        • uImage：2.9MB
        • exynos4412-fs4412.dtb：36KB
        • 远小于分配的16MB空间
    • 内存映射关键点：
      • 物理内存范围：0x40000000-0x80000000（共1GB）
      • 保留区域：
        • 0x40000000-0x41000000：用于uboot传参
        • 0x80000000之后：未使用空间
      • 地址分配原因：
        • 避免与uboot及其参数区域冲突
        • 保证足够的空间裕度
    • 命令结构：
  • bootm命令详解：
    • 功能：启动Linux内核并传递参数
    • 参数顺序：
      • 内核地址（必需）
      • 根文件系统地址（无则用"-"）
      • 设备树地址（无则用"-"）
    • 参数传递机制：告知内核各组件在内存中的位置
  • 操作步骤：
    • 设置bootcmd环境变量
    • 使用saveenv保存配置
    • 开发板重启后自动执行
  • 注意事项：
    • TFTP服务器需提前配置好文件
    • 地址必须使用十六进制格式
    • 各命令间用分号分隔
    • 最后需要执行bootm启动内核
  • 内存布局验证：
    • 0x41000000-0x42000000：16MB空间存放2.9MB的uImage
    • 0x42000000-0x43000000：16MB空间存放36KB的dtb文件
    • 0x43000000-0x44000000：16MB空间存放根文件系统
  • 冲突避免：
    • 各文件有独立地址空间
    • 与uboot参数区无重叠
    • 预留足够空间裕度
• 设置自启动参数bootargs
  • bootargs环境变量介绍
    • 定义：bootargs是uboot中用于设置Linux系统启动参数的重要环境变量
    • 作用：告诉内核文件系统和设备树的位置，使开发板能运行Linux系统
    • 组成：包含根文件系统类型、网络文件系统路径、控制台设置等多项参数
  • 设置bootargs参数

    

    • 基本命令：setenv bootargs <参数列表>
    • 参数格式：
      • root=/dev/nfs：指定根文件系统类型为NFS
      • nfsroot=<服务器IP>:<路径>：设置NFS服务器地址和工作目录
      • rw：设置文件系统可读写权限
      • console=ttySAC2,115200：指定控制台使用串口2，波特率115200
      • init=/linuxrc：指定init进程位置
      • ip=<开发板IP>：设置Linux启动后的IP地址
  • bootargs参数详解
    • 服务器IP：必须填写Ubuntu虚拟机的实际IP地址（如192.168.1.200）
    • NFS路径：需对应Ubuntu中NFS服务的工作目录（如/opt/4412/rootfs）
    • 开发板IP：必须与服务器在同一网段（如192.168.1.100）
    • 保存设置：使用saveenv命令将参数永久保存到MMC中
    • 验证方法：通过printenv命令检查bootargs参数是否设置正确
    • 注意事项：
      • 路径和IP地址需根据实际环境调整
      • 参数之间用空格分隔
      • 大小写敏感（如ttySAC2必须大写）
      • 设置完成后必须执行保存操作

2、实验后检查

1） 检查网络设置

• 关键步骤：
  • 使用网线连接开发板与电脑
  • 给开发板重新上电
  • 观察uboot是否能通过tftp加载和启动内核
  • 检查启动时是否能挂载根文件系统(ext2)
  • 启动完成后在终端输入linux shell命令测试功能
• 注意事项：
  • TFTP服务必须重启确保可用
  • 需要验证IP地址设置正确性（包括server IP）
  • 网络不通时可先执行ping命令测试连通性

2）重启开发板

• 环境变量：
  • bootargs=console=ttySAC2,115200 init=/linuxrc ip=192.168.1.100
  • bootcmd=tftp 0x41000000 uImage;tftp 0x42000000 exynos4412-fs4412.dtb;tftp 0x43000000 ramdisk.img;bootm 0x41000000 0x43000000 0x42000000
  • ethaddr=11:22:33:44:55:66
• 硬件信息：
  • CPU: Exynos4412@1000MHz
  • DRAM: 1 GiB
  • MMC容量: 14910 MB

3）下载文件与启动内核



• 下载流程：
  • 下载uImage内核镜像到0x41000000地址（3019120字节，约2.9MiB）
  • 下载设备树文件exynos4412-fs4412.dtb到0x42000000地址（34358字节）
  • 下载ramdisk.img根文件系统到0x43000000地址（2544147字节，约2.4MiB）
• 传输速率：
  • uImage下载速度：98.6 KiB/s
  • 设备树文件下载速度：332 KiB/s
  • 根文件系统下载速度：676.8 KiB/s

4） 开发板启动流程回顾



• 启动阶段：
  • BL0阶段：
    • 运行三星固化的iROM程序
    • 检测拨码开关状态（当前为SD卡启动模式）
    • 将SD卡第一个扇区的uboot搬移到内存
  • Uboot阶段：
    • 初始化软硬件环境
    • 打印版本信息（U-Boot 2013.01）
    • 显示CPU型号和频率（Exynos4412@1000MHz）
    • 显示内存信息（DRAM: 1 GiB）
  • 内核加载：
    • 执行bootcmd中的四条命令
    • 通过TFTP协议依次下载三个必要文件
    • 使用bootm命令启动内核（0x41000000）
• 校验过程：
  • 对下载的每个文件进行校验和验证
  • 显示各文件的加载地址和入口点
  • 内核启动后显示版本信息（Linux version 3.14.0）

3、开发板启动过程

1） Linux内核启动

• 启动阶段划分：
  • uboot阶段：在"Starting kernel..."打印前由uboot执行，负责加载内核镜像、设备树和ramdisk
  • 内核阶段：启动信息显示Linux版本为3.14.0，基于ARMv7架构的Exynos4412处理器
• 关键初始化过程：
  • CPU识别：检测到ARMv7四核处理器（CPU0-CPU3），主频1GHz
  • 内存管理：总内存256528页，采用zone内存分配策略
  • 设备树加载：从地址0x42000000加载扁平设备树(FDT)
  • 命令行参数：包含NFS根文件系统挂载参数root=/dev/nfs nfsroot=192.168.1.200:/opt/4412/rootfs
• 驱动加载：
  • 串口驱动：注册ttySAC0-3四个串口设备
  • USB驱动：EHCI主机控制器初始化完成
  • 网络协议栈：TCP/IP协议族注册，包含TCP cubic拥塞控制算法
• 根文件系统挂载：最终通过VFS挂载ext2格式的根文件系统，完成启动流程

2） 执行Linux命令

• 基本操作验证：
  • 目录浏览：ls命令显示标准Linux目录结构（/bin, /etc, /dev等）
  • 文件操作：支持touch test.txt创建文件，cd切换目录
  • 命令提示符：显示为[root@farsight]#，表示root用户登录
• 终端优化：
  • 通过session option调整终端配色方案，使目录（蓝色）与文件（白色）区分更明显
  • 支持标准Linux命令如cat、echo等busybox精简版工具
• 典型目录内容：
  • /bin：包含基础命令如ash、busybox、ls等
  • /dev：设备文件目录
  • /proc：内核与进程信息虚拟文件系统
  • 注意：由于使用NFS根文件系统，实际存储位于服务器192.168.1.200的/opt/4412/rootfs路径

知识小结

知识点	核心内容	考试重点/易混淆点	难度系数
Uboot环境变量	boot cmd自启动环境变量的作用与设置方法	环境变量设置格式与内存地址计算	⭐⭐⭐⭐
Linux内核加载	通过TFTP协议加载uImage内核镜像到0x41000地址	内存空间分配计算与冲突避免	⭐⭐⭐⭐
设备树加载	EXYNOS4412-fs4412.dtb设备树文件加载到0x42000地址	设备树文件大小校验(36KB)	⭐⭐⭐
根文件系统加载	RAMDISK镜像加载到0x43000地址	NFS工作目录配置要求	⭐⭐⭐⭐
bootm命令	启动参数格式：bootm <内核地址> <根文件系统地址> <设备树地址>	参数顺序不可颠倒	⭐⭐⭐⭐⭐
内存映射	4412芯片内存分布(0x40000000-0x80000000)	实际可用内存1GB与地址空间规划	⭐⭐⭐⭐
启动流程	BL0→Uboot→Linux内核的完整启动链条	Start Kernel标志位识别	⭐⭐⭐⭐
文件权限设置	chmod 777确保TFTP传输权限	服务器文件权限配置要点	⭐⭐
网络配置	开发板IP(192.168.1.100)与服务器IP(192.168.1.200)同网段验证	直连网线要求	⭐⭐⭐
实验验证	成功启动后Linux命令行操作验证	控制台主题设置技巧	⭐⭐

十一、通过EMMC加载内核和根文件系统

1. 给开发板上电并下载镜像

1）开发板上电与镜像下载

• 操作步骤：
  • 给开发板重新上电
  • 在uboot交互模式下进行操作
  • 下载并安装镜像文件到EMMC存储器
• 注意事项：
  • 需要连接网线和串口线
  • 确保网络连接正常

2）TFTP命令下载内核镜像

• 命令格式：tftp <内存地址> <文件名>
  • 示例：tftp 0x41000000 uImage
• 功能说明：
  • 从Ubuntu系统下载Linux内核镜像(uImage)到开发板内存
  • 内存地址0x41000000为镜像加载位置
• 执行过程：
  • 网络传输速度约为314.5 KiB/s
  • 传输完成后显示字节数：3019120 (2e1170 hex)

3）MMC命令写入内核镜像



• 命令格式：mmc write <设备号> <内存地址> <EMMC块号> <块数>
  • 示例：mmc write 0 0x41000000 0x800 0x1734
• 参数说明：
  • 设备号0表示EMMC存储器
  • 内存地址0x41000000存放下载的uImage
  • EMMC块号0x800(2048)为写入起始位置
  • 块数0x1734(5940)为需要写入的块数
• 存储布局：
  • 前2048块保留给uboot
  • 内核镜像从2048块开始存储

4）计算内核镜像占用块数

• 计算方法：
  • 使用du -mh uImage查看镜像大小为2.9MB
  • 转换为字节数：

    2.9×1024×1024=3040870.42.9 \times 1024 \times 1024 = 3040870.42.9×1024×1024=3040870.4

    字节
  • 计算块数：

    3040870.4÷512≈59403040870.4 \div 512 \approx 59403040870.4÷512≈5940

    块
  • 转换为十六进制：5940 = 0x1734
• 注意事项：
  • EMMC是块设备，每次操作以512字节为一块
  • uboot命令默认使用十六进制数值
  • 计算时要留出足够空间避免覆盖其他数据

2. 计算所占空间并写入EMMC

1）将内核镜像写入EMMC



• 内存地址分配：内核镜像下载到内存地址

  0x41000000，该地址后续会被设备树覆盖但不会影响安装过程

• 空间计算：
  • 内核镜像大小2.9MB（3019120字节）
  • EMMC块大小512字节，共需5896.71875块（约0x1700块）
• 写入命令：
  • 从EMMC块0x800开始写入0x2000块（足够存放内核）
• 空间占用：0x800到0x2800块区域存放uImage

2）下载设备树到内存

• 下载命令：
• 特性说明：
  • 设备树文件较小（36KB）
  • 会覆盖内存中原有内核镜像，但因已完成安装不影响后续操作
• 空间计算：
  • 实际大小34358字节（0x8636）
  • 需72块（十进制），换算十六进制为0x48块

3）将设备树写入EMMC

• 写入位置选择：必须避开内核镜像区域（0x2800之后）
• 写入命令：
• 实际占用：
  • 起始块：0x2800
  • 结束块：0x3000
  • 实际只需0x48块，0x800为预留空间

4）下载根文件系统镜像到内存



• 镜像特性：
  • 文件名为ramdisk.img
  • 大小2.5MB（2544147字节）
• 下载命令：

5）将根文件系统镜像写入EMMC

• 写入位置：0x3000块开始
• 写入命令：
• 空间分配：
  • 实际需要约0x1300块
  • 分配0x2000块（到0x5000）留有充足余量
• 完整布局：

  • 0x0000−0x0800：保留区（可后续存放uboot）

  • 0x0800−0x2800：内核镜像

  • 0x2800−0x3000：设备树

  • 0x3000−0x5000：根文件系统

3. 修改uboot启动参数

1）修改uboot启动参数的原因

• 启动方式变更: 从原先通过TFTP从服务器下载镜像改为从EMMC本地加载镜像，提高启动效率
• 参数保存问题: 原设置可能因命令过长导致保存失败，需要调整格式

2）设置环境变量bootcmd

• 命令结构: 使用setenv bootcmd命令设置自启动环境变量
• 格式注意: 当命令过长时，建议用单引号将整个值括起来，如'mmc read...'
• 参数保存: 设置完成后必须执行saveenv保存参数

3）从EMMC加载Linux内核

• 命令格式: mmc read 0 0x41000000 0x800 0x2000
• 参数说明:
  • 0: 表示EMMC设备号
  • 0x41000000: 目标内存地址
  • 0x800: 源扇区号(对应EMMC中的0x800扇区)
  • 0x2000: 读取块数(与写入时保持一致)

4）从EMMC加载设备树

• 命令格式: mmc read 0 0x42000000 0x2800 0x800
• 关键参数:
  • 0x42000000: 设备树内存地址(与内核地址区分)
  • 0x2800: 设备树在EMMC中的存储位置
  • 0x800: 设备树占用的块数

5）从EMMC加载根文件系统

• 命令格式: mmc read 0 0x43000000 0x3000 0x2000
• 地址分配:
  • 0x43000000: 根文件系统专用内存地址
  • 0x3000: 文件系统在EMMC中的起始扇区
  • 0x2000: 文件系统大小(与写入时一致)

6）启动Linux内核

• 启动命令: bootm 0x41000000 0x43000000 0x42000000
• 参数顺序:
  • 内核镜像地址(0x41000000)
  • 根文件系统地址(0x43000000)
  • 设备树地址(0x42000000)

7）保存设置

• 保存方法: 执行saveenv命令
• 常见问题: 当命令过长时保存可能失败
• 解决方案:
  • 使用单引号包裹整个命令字符串
  • 通过文本编辑器整理格式后再粘贴
  • 确认保存后使用printenv检查设置

4. 开发板启动过程

1）EMMC加载Linux内核及rootfs

• 启动方式：通过EMMC存储介质加载Linux内核镜像、设备树和文件系统
• 启动命令：
  • mmc read 0 0x41000000 0x800 0x2000：将uImage从EMMC读到内存
  • mmc read 0 0x42000000 0x2800 0x800：将设备树从EMMC读到内存
  • mmc read 0 0x43000000 0x3000 0x2000：将文件系统从EMMC读到内存
  • bootm 0x41000000 0x43000000 0x42000000：启动内核

2）启动流程详解

• 内核加载：
  • 读取Linux-3.14.0内核镜像，大小2.9MiB
  • 加载地址：0x40008000
  • 校验和验证通过
• ramdisk加载：
  • 读取压缩的ramdisk镜像，大小2.4MiB
  • 加载地址：0x00000000
• 设备树加载：
  • 使用FDT(Flattened Device Tree) blob
  • 地址：0x42000000

3）内核启动过程

• CPU初始化：
  • 检测到4个ARMv7处理器核心
  • 主频1000MHz
  • 采用SMP对称多处理架构
• 内存管理：
  • 总内存：1GiB
  • 可用内存：1014372K/1032192K
• 设备初始化：
  • 检测到USB 2.0控制器
  • 初始化dm9000网卡
  • 挂载ext2文件系统

4）网络配置参数

• 网络设置：
  • ipaddr=192.168.1.100
  • netmask=255.255.255.0
  • gatewayip=192.168.1.1
  • serverip=192.168.1.200
• 启动参数：
  • bootargs=root=/dev/nfs nfsroot=192.168.1.200:/opt/4412/rootfs rw console=ttySAC2,115200 init=/linuxrc ip=192.168.1.100
  • bootdelay=5：自动启动倒计时5秒

5）两种启动方式对比

• 网络启动：
  • 适用于开发调试阶段
  • 依赖网络环境
  • 便于快速更新内核和文件系统
• EMMC启动：
  • 适用于产品发布阶段
  • 从本地存储加载
  • 启动更稳定可靠
  • 是项目定型的标准做法

知识小结

知识点	核心内容	考试重点/易混淆点	难度系数
Linux系统加载方式	通过TFTP从服务器加载内核镜像、设备树、根文件系统到开发板内存	需配置TFTP服务器路径，依赖网络环境	⭐⭐⭐
EMMC本地加载方案	将内核镜像、设备树、根文件系统写入EMMC指定扇区，启动时通过mmc read加载到内存	扇区地址计算（如0x800起始存内核）、块大小换算（需按512字节/块转换）	⭐⭐⭐⭐
Uboot命令操作	tftp下载文件到内存 → mmc write写入EMMC → mmc read读取到内存 → bootm启动内核	地址冲突风险（如多次使用0x410000需覆盖前次内容）	⭐⭐⭐
开发板存储布局	EMMC分区规划：0x000-0x800预留 → 0x800-0x2800内核 → 0x2800-0x3000设备树 → 0x3000-0x5000根文件系统	空间预留逻辑（避免覆盖uboot或后续扩展区域）	⭐⭐⭐⭐
产品化部署要点	脱离网络依赖，所有系统文件固化到EMMC，确保断电不丢失	扇区分配合理性（需兼容未来升级）	⭐⭐⭐⭐

十二、通过tftp加载内核通过nfs挂载根文件系统

1. 根文件系统镜像目录复制解压

1）NFS挂载准备工作

• 文件选择：使用rootfs.tar而非ramdisk.img进行NFS共享，因为前者是原始文件集合，后者是单个镜像文件
• 目录配置：NFS工作目录已预先配置为/opt/4412/rootfs（实验三中完成）
• 文件差异：
  • ramdisk.img：适用于直接烧写到EMMC或加载到内存的镜像文件
  • rootfs.tar：包含原始文件结构的压缩包，更适合NFS共享

2）文件系统部署步骤

• 文件拷贝：
  • 必须使用sudo权限操作根目录下的文件
  • 源文件路径根据VMware共享文件夹位置可能变化
• 解压操作：
  • 解压过程相当于在根目录创建新文件，需要管理员权限
  • 解压后生成完整的Linux目录结构（bin、sbin、etc等）
• 清理操作：
  • 压缩包删除为可选操作，不影响系统运行
  • 保留压缩包可节省后续重新部署时间

3）U-Boot参数配置

• 启动命令：
  • 通过TFTP协议加载内核(uImage)和设备树(.dtb)
  • 0x41000000和0x42000000为内存加载地址
• 参数保存：
  • 必须执行保存操作使配置永久生效
  • 开发板重启后会保持这些启动参数

2. 修改uboot的启动参数

1）修改启动参数的原因



• 变更需求：由于系统启动方式发生改变，原启动参数不再适用，需要重新配置
• 参数作用：bootcmd参数控制uboot的自动启动流程，需要与当前NFS挂载方式匹配

2）连接串口线

• 连接方式：通过COM4串口线连接开发板
• 交互准备：连接后需等待进入uboot交互模式

3）打印环境变量

• 查看命令：使用printenv命令显示当前环境变量
• 关键参数：
  • bootcmd=tftp 0x41000000 uImage;tftp 0x42000000 exynos4412-fs4412.dtb;bootm 0x41000000-0x42000000
  • bootargs=root=/dev/nfs nfsroot=192.168.1.200:/opt/4412/rootfs rw console=ttySAC2,115200 init=/linux

4）设置新的启动参数

• 设置命令：
• 参数说明：
  • 0x41000000：Linux内核镜像加载地址
  • 0x42000000：设备树文件加载地址
  • -：表示根文件系统不存储在内存中
• 保存操作：执行saveenv命令永久保存新参数
• 注意事项：
  • 参数中的"-"两边必须有空格
  • 不再需要下载根文件系统镜像到开发板

3. 重启nfs服务器

• 重启命令：sudo service nfs-kernel-server restart
• 验证方法：显示四个"OK"表示重启成功
• 必要性：每次Ubuntu重启后都需要执行此操作以确保NFS服务可用

4. 给开发板通电观察内核启动和挂载情况

1）通过tftp加载内核与设备树



• 启动流程：
  • 开发板上电后通过TFTP协议从服务器(192.168.1.200)加载uImage内核文件到内存地址0x41000000
  • 同时加载设备树文件exynos4412-fs4412.dtb到0x42000000地址
  • 传输速度达到322.3 KiB/s，完成3019120字节(约2.9MB)的传输
• 关键参数：
  • 开发板IP：192.168.1.100
  • 服务器IP：192.168.1.200
  • 内核加载地址：0x41000000
  • 设备树加载地址：0x42000000

2）nfs挂载根文件系统

• 挂载过程：
  • 内核启动后通过NFS协议挂载位于192.168.1.200:/opt/4412/rootfs的根文件系统
  • 挂载成功后显示"VFS: Mounted root (nfs filesystem) on device 0:10"
  • 释放未使用的内核内存228K
• 文件系统特点：
  • 文件实际存储在Ubuntu主机，开发板通过网络访问
  • 在Ubuntu创建/删除文件会实时反映在开发板(如test.c文件)
  • 开发板执行命令如ls可直接看到共享目录内容
• 验证方法：
  • 在Ubuntu的/opt/4412/rootfs目录下创建文件
  • 开发板立即可见并可操作该文件
  • 删除操作也会双向同步

3）交叉编译与程序执行

• 编译差异：
  • Ubuntu默认gcc生成x86架构可执行文件(Intel 80386)
  • 开发板需要arm-none-linux-gnueabi-gcc生成ARM架构可执行文件
• 执行验证：
  • x86程序在开发板报"Exec format error"
  • ARM程序在开发板可正常输出"Hello World"
• 开发优势：
  • 省去每次下载程序到开发板的步骤
  • 直接通过nfs共享可执行文件
  • 保持Ubuntu的开发环境，使用交叉编译器生成目标平台程序
• 关键命令：

5. uboot自启动参数环境变量



• 文件准备：需将uImage内核镜像和设备树文件exynos4412-fs4412.dtb拷贝至ubuntu的tftp工作目录
• 权限设置：执行$sudo chmod 777 /tftpboot/*修改文件权限
• 服务器重启：通过$sudo service tftpd-hpa restart重启tftp服务

1）bootargs环境变量介绍



• 本质属性：是uboot传递给Linux内核的启动参数集合，uboot本身并不使用这些参数
• 核心功能：包含内核启动所需的挂载方式、文件系统路径、控制台配置等关键信息
• 传递机制：uboot执行bootm命令时会自动将bootargs内容传递给正在启动的Linux内核

2）bootargs参数设置格式

• 标准结构：采用参数名=参数值的键值对形式，多个参数间用空格分隔
• 典型示例：setenv bootargs root=/dev/nfs nfsroot=192.168.1.200:/opt/4412/rootfs rw console=ttySAC2,115200
• 参数验证：若参数设置错误会导致内核启动失败或卡死在挂载阶段

3）root参数与nfs挂载

• 挂载方式：root=/dev/nfs指定内核通过NFS网络文件系统挂载根文件系统
• 必要性：告知内核不使用本地存储设备，而是从网络服务器获取根文件系统
• 错误影响：若误设为本地设备路径会导致内核找不到有效文件系统而启动失败

4）nfsroot参数与网络文件系统路径

• 路径格式：nfsroot=<服务器IP>:<绝对路径>如nfsroot=192.168.1.200:/opt/4412/rootfs
• 精确匹配：必须与NFS服务器实际导出路径完全一致，包括大小写和符号
• 调试技巧：可通过在服务器执行showmount -e验证NFS共享路径是否正确

5）rw参数与文件读写权限

• 权限控制：rw表示开发板对服务器文件具有读写权限（对应ro为只读）
• 实际效果：允许在开发板直接修改服务器文件，如删除或创建新文件
• 开发优势：省去重复烧写步骤，实现"修改即生效"的高效开发模式

6）console参数与串口打印



• 设备指定：console=ttySAC2确定使用开发板的第二个串口作为控制台
• 波特率匹配：115200必须与实际硬件连接使用的波特率严格一致
• 调试技巧：若更改串口号（如改为ttySAC3），需同步调整物理串口线连接位置

7）ip参数与Linux启动IP

• 地址分配：ip=192.168.1.100设置内核启动后的默认IP地址
• 网络要求：必须与服务器IP处于同一网段且未被其他设备占用
• 验证方法：内核启动后执行ifconfig命令可查看生效的IP配置

知识小结

知识点	核心内容	考试重点/易混淆点	难度系数
Linux系统加载方式对比	TFTP方式：将内核镜像、设备树文件、根文件系统镜像通过TFTP加载到开发板内存; eMMC方式：将系统文件安装到开发板外部存储器; TFTP+NFS方式：内核通过TFTP加载，根文件系统通过NFS网络共享	三种方式的应用场景差异： - TFTP适合开发调试阶段; - eMMC适合产品量产阶段; - TFTP+NFS是开发效率最高的方式	⭐⭐⭐
NFS网络文件系统原理	将Ubuntu中的根文件系统目录通过NFS共享给开发板，实现： - 开发板直接访问主机文件; - 实时同步修改（演示文件创建/删除双向同步）; - 省去文件传输步骤	NFS服务配置要点： - 必须设置正确的服务器IP和工作目录路径; - 每次Ubuntu重启需重启nfs服务	⭐⭐
交叉编译环境	ARM架构程序开发流程： 1. 在x86主机编写代码; 2. 用arm-none-linux-gnueabi-gcc编译; 3. 直接在开发板执行	常见错误： - 使用x86编译器生成无法在ARM运行的程序; - 文件权限问题（需sudo操作）	⭐⭐⭐⭐
u-boot环境变量解析	bootargs参数详解： - root=/dev/nfs 指定NFS挂载方式; - nfsroot=192.168.1.200:/opt/4412/rootfs 设置服务器路径; - console=ttySAC2,115200 指定调试串口; - ip=192.168.1.100 设置开发板IP	参数错误会导致： - 内核启动失败; - 文件系统挂载异常; - 串口无输出	⭐⭐⭐⭐
开发效率优化	TFTP+NFS方案优势： - 避免频繁刷写eMMC; - 代码修改实时生效; - 支持完整的Linux系统调用; - 可直接运行主机编译的程序（需交叉编译）	典型应用场景： - 驱动开发; - 系统移植; - 应用调试	⭐⭐