3. Uboot的介绍

3.1. Uboot简介

Uboot是从FADSROM、8xxROM、PPCBOOT逐步发展演化而来的。Uboot发展至今，已经可以实现非常多的功能， 在操作系统方面，它不仅支持嵌入式Linux系统的引导，还支持NetBSD,VxWorks, QNX, RTEMS, ARTOS, LynxOS, Android等嵌入式操作系统的引导。在CPU架构方面， Uboot支持PowerPC、MIPS、x86、ARM、NIOS、XScale等诸多常用系列的处理器。

一般来说BootLoader必须提供系统上电时的初始化代码，在系统上电时初始化相关环境后， BootLoader需要引导完整的操作系统，然后将控制器交给操作系统。 简单来说BootLoader是一段小程序，它在系统上电时执行，通过这段小程序可以将硬件 设备进行初始化，如CPU、SDRAM、Flash、串口、网络等，初始化完毕后调用操作系统内核。

3.2. 启动Uboot

以野火imx6ull 2020.10版本Uboot为例，介绍Uboot的使用， 在开发板上电Uboot启动kernel之前按下键盘的空格或回车键,进入Uboot的命令模式。如下所示

U-Boot 2020.10-00822-gd633aea15b (Nov 28 2021 - 02:03:30 +0000)

CPU:   Freescale i.MX6ULL rev1.1 792 MHz (running at 396 MHz)
CPU:   Industrial temperature grade (-40C to 105C) at 41C
Reset cause: POR
Model: Freescale i.MX6 UltraLiteLite 14x14 EVK Board
Board: MX6ULL 14x14 EVK
DRAM:  512 MiB
NAND:  512 MiB
MMC:   FSL_SDHC: 0
Loading Environment from NAND... *** Warning - bad CRC, using default environment

In:    serial
Out:   serial
Err:   serial
Net:   eth1: ethernet@20b4000 [PRIME]Could not get PHY for FEC0: addr 2

Hit any key to stop autoboot:  0
=>

可以看出Uboot打印出了板子的一些基本信息，包括CPU、内存、存储设备等信息。

3.3. Uboot命令

当不清楚Uboot支持什么命令时，可输入 help 或 ? 可查看Uboot支持的命令列表，如下所示

?         - alias for 'help'
base      - print or set address offset
bdinfo    - print Board Info structure
blkcache  - block cache diagnostics and control
bmode     - sd1|sd2|qspi1|normal|usb|sata|ecspi1:0|ecspi1:1|ecspi1:2|ecspi1:3|esdhc1|esdhc2|esdhc3|esdhc4
bmode - getprisec
boot      - boot default, i.e., run 'bootcmd'
bootd     - boot default, i.e., run 'bootcmd'
bootefi   - Boots an EFI payload from memory
bootelf   - Boot from an ELF image in memory
bootm     - boot application image from memory
bootp     - boot image via network using BOOTP/TFTP protocol
bootvx    - Boot vxWorks from an ELF image
bootz     - boot Linux zImage image from memory
clocks    - display clocks
cmp       - memory compare
coninfo   - print console devices and information
cp        - memory copy
crc32     - checksum calculation
dcache    - enable or disable data cache
dhcp      - boot image via network using DHCP/TFTP protocol
dm        - Driver model low level access
dtfile    - dtoverlay utility commands
echo      - echo args to console
editenv   - edit environment variable
env       - environment handling commands
erase     - erase FLASH memory
exit      - exit script
ext2load  - load binary file from a Ext2 filesystem
ext2ls    - list files in a directory (default /)
ext4load  - load binary file from a Ext4 filesystem
ext4ls    - list files in a directory (default /)
ext4size  - determine a file's size
ext4write - create a file in the root directory
false     - do nothing, unsuccessfully
fatinfo   - print information about filesystem
fatload   - load binary file from a dos filesystem
fatls     - list files in a directory (default /)
fatmkdir  - create a directory
fatrm     - delete a file
fatsize   - determine a file's size
fatwrite  - write file into a dos filesystem
fdt       - flattened device tree utility commands
flinfo    - print FLASH memory information
fstype    - Look up a filesystem type
fstypes   - List supported filesystem types
fuse      - Fuse sub-system
go        - start application at address 'addr'
gpio      - query and control gpio pins
help      - print command description/usage
i2c       - I2C sub-system
icache    - enable or disable instruction cache
iminfo    - print header information for application image
imxtract  - extract a part of a multi-image
itest     - return true/false on integer compare
ln        - Create a symbolic link
load      - load binary file from a filesystem
loadb     - load binary file over serial line (kermit mode)
loads     - load S-Record file over serial line
loadx     - load binary file over serial line (xmodem mode)
loady     - load binary file over serial line (ymodem mode)
loop      - infinite loop on address range
ls        - list files in a directory (default /)
md        - memory display
mm        - memory modify (auto-incrementing address)
mmc       - MMC sub system
mmcinfo   - display MMC info
mtest     - simple RAM read/write test
mw        - memory write (fill)
nfs       - boot image via network using NFS protocol
nm        - memory modify (constant address)
panic     - Panic with optional message
ping      - send ICMP ECHO_REQUEST to network host
pinmux    - show pin-controller muxing
printenv  - print environment variables
protect   - enable or disable FLASH write protection
random    - fill memory with random pattern
reset     - Perform RESET of the CPU
run       - run commands in an environment variable
save      - save file to a filesystem
saveenv   - save environment variables to persistent storage
setenv    - set environment variables
setexpr   - set environment variable as the result of eval expression
sf        - SPI flash sub-system
showvar   - print local hushshell variables
size      - determine a file's size
sleep     - delay execution for some time
source    - run script from memory
test      - minimal test like /bin/sh
tftpboot  - boot image via network using TFTP protocol
true      - do nothing, successfully
version   - print monitor, compiler and linker version

可看到Uboot支持很多的命令，功能十分强大，与linux类似，在执行某条Uboot命令时， 可使用 tab 键自动补全命令，在没有命令名冲突的情况下可以使用命令的前几个字母作为命令的输入， 例如想要执行 reset 命令，输入 res 或 re 即可。

当需要具体使用哪个命令时，可使用**“help 命令”** 或 “? 命令” 的方式查看具体命令的使用说明。以 “help printenv” 为例，

=> help printenv
printenv - print environment variables

Usage:
printenv [-a]
    - print [all] values of all environment variables
printenv name ...
    - print value of environment variable 'name'

可以看到printenv命令的说明以及使用方法。

关于Uboot命令的使用可参考Uboot官方链接：http://www.denx.de/wiki/DULG/Manual 5.9. Uboot Command Line Interface 部分。

3.3.1. Uboot常见命令

Uboot命令众多，下面介绍常用的Uboot命令,详细的Uboot命令使用方式请使用 help [命令] 查看。

常见命令

命令	说明	举例
help	列出当前Uboot所有支持的命令
help [命令]	查看指定命令的帮助	help printenv
reset	重启Uboot
printenv	打印所有环境参数的值
printenv [环境参数名]	查看指定的环境参数值	printenv bootdelay
setenv	设置/修改/删除环境参数的值	setenv bootdelay 3
saveenv	保存环境参数
ping	检测网络是否连通	ping 192.168.0.1
md	查看内存地址上的值	md.b 0x80000000 10 以字节查看0x80000000后0x10个数据
mw	用于修改内存地址上的值	mw.b 0x80000000 ff 10 以字节修改0x80000000后0x10个数据为ff
echo	打印信息，与linux下的echo类似
run	在执行某条环境参数命令	run bootcmd，执行bootcmd
bootz	在内存中引导内核启动
ls	查看文件系统中目录下的文件
load	从文件系统中加载二进制文件到内存

以上为用户较为常用使用的部分命令，具体的使用方式可使用 help [命令] 查看。

3.3.2. mmc命令

mmc命令能够对如sd卡以及emmc类的存储介质进行操作，以下进行简单说明， 对于mmc命令不熟悉可使用 help mmc 查看相关命令的帮助，常用功能如下所示

mmc命令功能

命令	说明
mmc list	查看板子上mmc设备
mmc dev	查看/切换当前默认mmc设备
mmc info	查看当前mmc设备信息
mmc part	查看当前mmc设备分区
mmc read	读取当前mmc设备数据
mmc write	写入当前mmc设备数据
mmc erase	擦除当前mmc设备数据

3.3.2.1. 查看mmc设备

使用 mmc list 查看板子上相关设备，如果使用的是emmc版本的开发板，并插入了sd卡， 可看到打印信息如下。

=> mmc list
FSL_SDHC: 0 (SD)
FSL_SDHC: 1

使用 mmc dev 查看当前使用的mmc设备，打印信息如下，可看到当前设备为mmc0即sd卡。

=> mmc dev
switch to partitions #0, OK
mmc0 is current device

提示

可使用 mmc dev 1 命令切换当前设备为emmc设备

使用 mmc info 查看当前使用的sd卡设备的信息。

=> mmc info
Device: FSL_SDHC
Manufacturer ID: 3
OEM: 5344
Name: SC16G
Bus Speed: 50000000
Mode: SD High Speed (50MHz)
Rd Block Len: 512
SD version 3.0
High Capacity: Yes
Capacity: 14.8 GiB
Bus Width: 4-bit
Erase Group Size: 512 Bytes

3.3.2.2. 查看分区信息

使用 mmc part 列出当前mmc设备分区

=> mmc part

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

Part    Start Sector    Num Sectors     UUID            Type
1     8192            81920           2ba51413-01     0e Boot
2     90112           31026176        2ba51413-02     83

3.3.2.3. mmc操作

可使用以下指令对mmc存储介质以block为操作单位进行读、写、擦除操作，根据上面sd的信息可知， 一个block为512字节。

mmc read addr blk# cnt    #读
mmc write addr blk# cnt   #写
mmc erase blk# cnt        #擦除

简单实例：将mmc设备的的前10个block读取到0x80000000地址处: mmc read 0x80000000 0 10

3.3.3. nand命令

nand命令能够对Nand-Flash进行操作，以下进行简单说明， 对于nand命令不熟悉可使用 help nand 查看相关命令的帮助，常用功能如下所示

nand命令功能

命令	说明
nand info	查看当前nand设备信息
nand read	读取当前nand设备数据
nand write	写入当前nand设备数据
nand erase.chip	对当前nand设备进行全片擦除
nand bad	显示坏块

注解

上表仅列出了常用nand命令，详细内容请使用 help nand 查看

3.3.3.1. 查看nand设备信息

使用 nand info 查看当前Nand-Flash的设备信息。

Device 0: nand0, sector size 256 KiB
    Page size       4096 b
    OOB size         224 b
    Erase size    262144 b
    subpagesize     4096 b
    options     0x40004200
    bbt options 0x00000000

3.4. Uboot启动内核过程

bootcmd与bootargs可以说是Uboot最重要的两个环境参数， Uboot执行完毕之后，如果没有按下回车，则会自动执行bootcmd命环境参数里的内容， 而bootargs则是传递给内核的启动参数。

使用 printenv bootcmd 可查看bootcmd的内容。

3.4.1. nand类型存储启动的bootcmd内容

使用nand存储和使用emmc存储的bootcmd是不同的,我们先来看使用nand启动。为了帮助阅读，下面的代码块进行了格式调整。

=> printenv bootcmd
bootcmd=echo loading zImage ...;
nand read ${loadaddr} 0x4000000 0x800000;
echo loading dtb ...;
nand read ${fdt_addr} 0x5000000 0x100000;
echo debug: [${bootargs}] ... ;
echo debug: [bootz] ...  ;
bootz ${loadaddr} - ${fdt_addr}

可以看到，内容非常简单， echo xxx 是提示信息，我们可以不用去理会。

• 第3行，从Nand中读取kernel内核并加载到内存地址${loadaddr}处。

• 第5行，从Nand中读取设备树并加载到内存地址${fdt_addr}处。

• 第8行，启动linux内核。

loadaddr 和 fdt_addr 是环境参数，其中loadaddr是0x82000000，fdt_addr是”0x83000000”

3.5. Uboot环境参数介绍

Uboot中环境参数为我们提供一种不修改Uboot源码的情况下， 能够修改kernel启动倒计时、ip地址、以及向内核传递不同的参数等。

在板子上使用 printenv 可查看板子上所有的环境参数， 使用 setenv 添加/修改/删除环境参数，具体说明如下所示

#设置新的环境参数名为abc，值为100
=> setenv abc 100
=> echo $abc
= 100

#将值修改为200
=> setenv abc 200
=> echo $abc
200

#删除abc环境参数
=> setenv abc
=> echo $abc

=>

默认情况下使用setenv命令修改环境参数重启后就会消失， 若想要掉电保存需要执行 saveenv 将环境参数保存到存储介质。

Uboot上有一些官方规定的环境变量，这些环境变量在Uboot有着特殊的作用， 可通过以下链接查看： https://www.denx.de/wiki/view/DULG/UBootEnvVariables