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U-Boot是一个广泛使用的开源引导加载程序（bootloader），它被设计用于多种嵌入式设备，特别是在ARM、PowerPC和 MIPS等架构的系统中。U-Boot全称为 Universal Boot Loader，它具有高度的可配置性，能够支持多种引导源和目标硬件平台。 了解bootloader的概念是学习U-Boot的基础。Bootloader是计算机系统中运行的第一个软件程序，它负责初始化硬件设备，建立内存空间的映射图，并为最终加载操作系统内核准备好环境。在这个过程中，它需要知道如何从不同的存储介质中加载操作系统。U-Boot正是这样一个功能强大的bootloader，它拥有诸多特点和功能。 U-Boot的关键特性包括： 1. 可定制的footprint（占用空间），允许开发者根据需要调整U-Boot的大小。 2. 内置的Monitor，它可以提供一个交互式命令行界面，便于用户执行各种操作。 3. 环境变量的使用，U-Boot通过这些变量来存储各种配置参数。 4. 通过以太网和USB接口支持网络功能，使得远程引导成为可能。 5. 对多种数字和字符串进行处理的能力。 U-Boot的引导过程大致可以分为几个步骤： 1. 硬件初始化：U-Boot上电后首先执行硬件初始化代码，为后续操作做准备。 2. 环境变量加载：从非易失性存储器中加载环境变量。 3. 网络配置：如果需要通过网络启动，则进行网络接口配置。 4. 加载操作系统：从指定的位置（如SD卡、USB、网络等）加载操作系统镜像。 5. 启动操作系统：将加载到内存中的操作系统镜像传递给CPU，开始执行。 U-Boot提供了一系列内置的命令，帮助用户管理和控制硬件设备，包括： - Information commands（信息命令），用于显示U-Boot和系统信息。 - MII commands（媒体独立接口命令），用于以太网设备的配置。 - Network commands（网络命令），用于实现网络功能，如网络启动和传输数据。 - USB commands（USB命令），用于管理USB设备。 - Memory commands（内存命令），用于读写内存。 - Serial port commands（串口命令），用于串口通信。 - I2C commands（I2C命令），用于I2C总线通信。 - Environment variables commands（环境变量命令），用于操作环境变量。 环境变量是U-Boot中用于存储配置信息的键值对。通过设置不同的环境变量，用户可以控制U-Boot的行为，如默认启动设备、启动参数等。环境变量可以是简单的，也可以是递归的，用于存储执行脚本。 U-Boot中的启动脚本（bootscript）是一个非常重要的概念。Bootscript是一系列预定义的U-Boot命令集合，它在U-Boot启动时自动执行。通过编写bootscript，用户可以定义启动时要执行的一系列操作，比如从哪个设备加载操作系统。Bootscript可以在Windows环境下使用特定的编辑器创建，然后通过网络或者介质传输到目标设备中。 Bootscript的创建过程涉及到环境变量的使用，系统变量能够对启动过程进行更细致的控制。系统变量分为几类： - Common system variables（常用系统变量），用于设置通用的启动选项。 - Dynamic variables（动态变量），通常用于网络启动。 - User keys（用户键），用于控制启动时是否需要用户干预。 - Protected variables（受保护的变量），用于存储安全性较高的数据。 在U-Boot中，直接引导（Direct Booting）是指直接从某个特定设备启动操作系统，而不使用任何中间的脚本或配置文件。直接引导的好处是减少了启动过程中的开销，适用于快速引导场景。 Bootcommands（启动命令）用于在RAM中加载镜像，并从RAM中启动操作系统。U-Boot支持从不同类型的存储介质加载操作系统镜像，包括： - 从以太网下载操作系统镜像。 - 通过USB接口加载镜像。 - 从MMC卡读取镜像。 - 从闪存等内部存储读取镜像。 以上知识点概述了U-Boot的功能、配置、环境变量、启动脚本以及启动命令等关键元素。掌握了这些知识点，可以帮助用户有效地利用U-Boot进行嵌入式系统的开发和调试。