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1 U-boot 概念

U-boot，他是常用的嵌入式操作系统启动程序。著名的开源 bootloader 程序。可以启动

linux、android 等系统。

作为 bootloader 它的最基本的作用为：

1、把操作系统镜像从介质如 flash、nand、SD 卡等加载到内存（可以用于从 u 盘启动系统）

2、在内存中把操作系统启动，启动时可以向操作系统传递启动配置信息。

3、当然它还有一个简单的控制台，利用串口与用户交互以提供一些额外的辅助功能，如在 OS

启动前查看内存、数据拷贝、查看 OS 镜像信息、检查坏块等。

uboot 是 Universal BootLoad 。

一个“通用”的启动代码载入器。Linux 本身不能自己把自己读取到内存中并且运行，

所以他需要一个 loader （载入器）读入内存并且运行。

uboot 可以在很多种 cpu 架构上运行，同时也支持很多开发板，但是每种 cpu 架构之间

有差别，或者开发板的资源不同，假如在某款开发板上能正常引导启动操作系统的话，并不

意味着在其他款就能引导启动，建立一款统一的 bootloader 几乎是不可能的，但是经过大师

们的努力，能够实现通过简单的配置改动，就可以实现引导启动很多操作系统（也就是

bootloader 移植）（uboot 是 bootloader 中的一种，因为其源码是公开的，广受欢迎）

uboot 类似台式机的 BIOS + grub 启动 Linux 的组合。

嵌入式系统因为构造很特殊，所以他的系统启动一般都是要在 nor flash （不是我们常

见的 NAND flash 存储器，NOR flash 可以直接运行程序，NAND 不能直接运行程序，需要

读取到内存运行，和 BIOS 很类似，nor flash 成本很高）。这个前期启动需要做一些初始化

工作，以及因为环境限制，程序运行有很大的功能限制。这使得原本就不支持自己启动的

Linux 内核更需要一个 loader 来提供前期的准备，这就是 bootloader 的主要用处。

选择 U-Boot 的理由：

① 开放源码；

② 支持多种嵌入式操作系统内核，如 Linux VxWorks,

③ 支持多个处理器系列，如 PowerPC、ARM、x86、MIPS、XScale；

④ 较高的可靠性和稳定性；

⑤ 高度灵活的功能设置，适合 U-Boot 调试、操作系统不同引导要求、产品发布等；

⑥ 丰富的设备驱动源码，如串口、以太网、SDRAM、FLASH、LCD、NVRAM、EEPROM、

RTC、键盘等；

⑦ 较为丰富的开发调试文档与强大的网络技术支持

2 Bootloader 简介

2.1 bootlaoder 概念

简单地说，bootloader 就是在操作系统内核运行之前运行的一段小程序。通过这段小程

序，我们可以初始化硬件设备、建立内存空间的映射图，从而将系统的软硬件环境带到一个

合适的状态，以便为最终调用操作系统内核准备好正确的环境。

通常，bootloader 是严重地依赖于硬件而实现的，特别是在嵌入式世界。因此，在嵌入

式世界里建立一个通用的 bootloader 几乎是不可能的。尽管如此，我们仍然可以对 bootloader

归纳出一些通用的概念来，以指导用户特定的 bootloader 设计与实现。

U-boot 完全开源可以从网上下载 ftp://ftp.denx.de/pub/u-boot/

Vivi 是 Mizi 公司针对 SAMSUNG 的 ARM 架构 CPU 专门设计的，基本上可以直接使用，

命令简单方便。不过其初始版本只支持串口下载，速度较慢。在网上出现了各种改进版本：

支持网络功能、USB 功能、烧写 YAFFS 文件系统映像等。

U-BOOT 是一个开放源代码的项目，它支持大多数 CPU，可以烧写 EXT2、JFFS2 等文件

系统映像，支持串口下载、网络下载，并提供了大量的命令。相对于 Vivi，它的使用更复杂，

但是可以用来更方便地调试程序。

2.2 bootlaoder 的启动方式

CPU 上电或复位时，会从某个地址开始执行。ARM 结构的 CPU 从地址 0x0000000 开始，

通常这个地址处就存放了 BL1+bootloader 这样一上电就可以执行（bootloader 相当于 BL2）。

从开发和用户使用角度来分析，Bootlaoder 可以分为以下两种操作模式（Operation

Mode）。

自启动模式（Boot laoding）：

这种模式下，bootloader 从目标机上的某个固态存储设备上将操作系统加载到 RAM 中

运行，整个过程并没有用户的介入。产品发布后，bootloader 工作在这种模式下。

交互模式或者下载（Downlaoding）模式：

在这种模式下，开发人员可以使用各种命令，通过串口连接或网络连接等通信手段从主

机下载文件（比如内核映像、文件系统映像）到 RAM 中，可以被 bootloader 写到目标机上

的固态存储介质中，或者直接进入系统的引导。

U-boot 能够同时支持这两种工作模式，而且允许用户在这两种模式之间进行切换。比

如，U-Boot 在启动时处于正常的自启动模式，但是它会延时若干秒（这可以设置），等待终

端用户按下任意键，而将 U-boot 切换到交互模式。如果在指定时间内没有用户按键，则

U-Boot 继续启动 LINUX 内核。

2.3 Bootloader 的结构

嵌入式 LINUX 系统从软件的角度通常可以分为 4 个层次：

Bootloader

引导加载程序，包括固化在固件（firmware）中的 boot 代码（可选）和 Bootloader 两

大部分。有些 CPU 在运行 Bootloader 之前先运行一段固化的程序（固件，firmware),比如 x86

结构的 CPU 就是先运行 BIOS 中的固件，然后才运行硬盘第一个分区（ MBR ）中的

Bootloader。在大多嵌入式系统中并没有固件，Bootloader 是上电后执行的第一个程序。

LINUX 内核

特定于嵌入式板子的定制内核以及内核的启动参数。内核的启动参数可以是内核默认

的，或是由 Bootloader 传递给它的。

文件系统

包括根文件系统和建立于 FLASH 内存设备之上的文件系统。里面包含了 LINUX 系统能

够运行所必须的应用程序、库等，比如可以给用户提供操作 LINUX 的控制界面和 shell 程序、

动态连接和程序运行时需要的 glibc 或 uClibc 库等。

用户应用程序

特定于用户的应用程序，它们也存储在文件系统中。有时在用户应用程序和内核层之间

可能还会包括一个嵌入式图形用户界面。常用的嵌入式 GUI 有：Qtopia 和 MiniGUI 等。

显然，在嵌入式系统的固态存储设备上有相应的分区来存储它们，如下图所示为一个典

型的分区结构。

图 2.1 BOOT LOADER 分区结构图

“Boot parameters”分区中存放一些可设置的参数，比如 IP 地址、串口波特率、要传

递给内核的命令行参数等。正常启动过程中，Bootloader 首先运行，然后它将内核复制到内

存中（也有些内核可以直接在固态存储设备上直接运行），并且在内存某个固定的地址设置

好要传递给内核的参数，最后运行内核。内核启动之后，它会挂接（mount）根文件系统

（“Root filesystem”），启动文件系统中的应用程序。

小知识点：Kernel 含义：

Kernel 操作系统内核：操作系统内核是指大多数操作系统的核心部分。它由操作系统

中用于管理存储器、文件、外设和系统资源的那些部分组成。操作系统内核通常运行进程，

并提供进程间的通信。

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陆小马

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