U-BOOT的特点及利用其构建开发板的引导装载程序
1、 u-boot简介
u-boot是由德国的工程师wolfgang denk从8xxrom代码发展而来的，它支持很多处理器，比如powerpc、arm、mips和x86。目前，u-boot源代码在sourceforge网站的社区服务器中，internet上有一群自由开发人员对其进行维护和开发，它的项目主页是http://sourceforge.net/projects/u-boot。u-boot的最新版本源代码可以在sourceforge的cvs服务器中匿名获得。
#cvs -d:pserver:anonymous@cvs.sourceforge.net:/cvsroot/u-boot login
#cvs -z6 -d:pserver:anonymous@cvs.sourceforge.net:/cvsroot/u-boot / co -p modulename
1.1 u-boot源代码目录结构
◆ board：和一些已有开发板有关的文件，比如makefile和u-boot.lds等都和具体开发板的硬件和地址分配有关。
◆ common：与体系结构无关的文件，实现各种命令的c文件。
◆ cpu：cpu相关文件，其中的子目录都是以u-boot所支持的cpu为名，比如有子目录arm926ejs、mips、mpc8260和nios等，每个特定的子目录中都包括cpu.c和interrupt.c，start.s。其中cpu.c初始化cpu、设置指令cache和数据cache等；interrupt.c设置系统的各种中断和异常，比如快速中断、开关中断、时钟中断、软件中断、预取中止和未定义指令等；start.s是u-boot启动时执行的第一个文件，它主要是设置系统堆栈和工作方式，为进入c程序奠定基础。
◆ disk：disk驱动的分区处理代码。
◆ doc：文档。
◆ drivers：通用设备驱动程序，比如各种网卡、支持cfi的flash、串口和usb总线等。
◆fs：支持文件系统的文件，u-boot现在支持cramfs、fat、fdos、jffs2和registerfs。
◆ include：头文件，还有对各种硬件平台支持的汇编文件，系统的配置文件和对文件系统支持的文件。
◆ net：与网络有关的代码，bootp协议、tftp协议、rarp协议和nfs文件系统的实现。
◆ lib_arm：与arm体系结构相关的代码。
◆ tools：创建s-record格式文件 和u-boot images的工具。
1.2 u-boot的特点
u-boot支持scc/fec以太网、ootp/tftp引导、ip和mac的预置功能，这一点和其它bootloader（如blob和redboot等）类似。但u-boot还具有一些特有的功能。
◆ 在线读写flash、doc、ide、iic、eerom、rtc，其它的bootloader根本不支持ide和doc的在线读写。
◆ 支持串行口kermit和s-record下载代码，u-boot本身的工具可以把elf32格式的可执行文件转换成为 s-record格式，直接从串口下载并执行。
◆ 识别二进制、elf32、uimage格式的image，对linux引导有特别的支持。u-boot对linux 内核进一步封装为uimage。封装如下：
#{cross_compile}-objcopy -o binary -r.note -r.comment -s vmlinux / linux.bin
#gzip -9 linux.bin
#tools/mkimage -a arm -o linux -t kernel -c gzip -a 0xc0008000 -e/
0xc0008000 -n “linux-2.4.20” -d linux.bin.gz /tftpboot/uimage
即在linux内核镜像vmlinux前添加了一个特殊的头，这个头在include/image.h中定义，包括目标操作系统的种类（比如linux，vxworks等）、目标cpu的体系机构（比如arm、powerpc等）、映像文件压缩类型（比如gzip、bzip2等）、加载地址、入口地址、映像名称和映像的生成时间。当系统引导时，u-boot会对这个文件头进行crc校验，如果正确，才会跳到内核执行。如下所示：
◆ 单任务软件运行环境。u-boot可以动态加载和运行独立的应用程序，这些独立的应用程序可以利用u-boot控制台的i/o函数、内存申请和中断服务等。这些应用程序还可以在没有操作系统的情况下运行，是测试硬件系统很好的工具。
◆ 监控（minitor）命令集：读写i/o，内存，寄存器、内存、外设测试功能等
◆ 脚本语言支持（类似bash脚本）。利用u-boot中的autoscr命令，可以在u-boot中运行“脚本”。首先在文本文件中输入需要执行的命令，然后用tools/mkimage封装，然后下载到开发板上，用autoscr执行就可以了。
① 编辑如下的脚本example.script。
echo
echo network configuration：
echo ----------------------
echo target：
printenv ipaddr hostname
echo
echo server：
printenv serverip rootpath
echo
② 用tools/mkimage对脚本进行封装。
# mkimage -a arm -o linux -t script -c none -a 0 -e 0 -n “autoscr example script” -d example.script /tftpboot/example.img
image name： autoscr example script
created： wes sep 8 01:15:02 2004
image type： arm linux script （uncompressed）
data size： 157 bytes = 0.15 kb = 0.00 mb
load address： 0x00000000
entry point： 0x00000000
contents：
image 0： 149 bytes = 0 kb = 0 mb
③ 在u-boot中加载并执行这个脚本。
wt-arm9# tftp 100000 /tftpboot/example.img
arp broadcast 1
tftp from server 10.0.0.2; our ip address is 10.0.0.99
filename ‘/tftpboot/tqm860l/example.img’。
load address： 0x100000
loading： #
done
bytes transferred = 221 （dd hex）
wt-arm9# autoscr 100000
## executing script at 00100000
network configuration：
----------------------
target：
ipaddr=10.0.0.99
hostname=arm
server：
serverip=10.0.0.2
rootpath=/nfsroot
wt-arm9#
◆ 支持watchdog、lcd logo和状态指示功能等。如果系统支持splash screen，u-boot启动时，会把这个图像显示到lcd上，给用户更友好的感觉。
◆ 支持mtd和文件系统。u-boot作为一种强大的bootloader，它不仅支持mtd，而且可以在mtd基础上实现多种文件系统，比如cramfs、fat和jffs2等。
◆ 支持中断。由于传统的bootloader都分为stage1和stage2，所以在stage2中添加中断处理服务十分困难，比如blob；而u-boot是把两个部分放到了一起，所以添加中断服务程序就很方便。
◆ 详细的开发文档。由于大多数bootloader都是开源项目，所以文档都不是很充分。u-boot的维护人员意识到了这个问题，充分记录了开发文档，所以它的移植要比blob等缺少文档的bootloader方便。
2 、对u-boot-1.1.0的修改
为了使u-boot-1.1.0支持新的开发板，一种简便的做法是在u-boot已经支持的开发板中选择一种接近的进行修改。由于u-boot-1.10不支持arm-922t内核，所以选择基于arm-920t内核的smdk2400为模板。相关的源代码在board/smdk2400/下。
2.1 支持arm-922t内核的代码修改
修改以下代码，使u-boot支持arm-922t内核。
① 在include/目录下新建文件arm922t.h，内容如下：
#ifndef __arm922t_h__
#define __arm922t_h__
#endif
② 在include/目录下新建文件wt-arm9.h，该文件描述了arm922t中timer、uart等寄存器的结构及若干宏定义。具体内容要参考相关处理器手册。
③ 在cpu/目录下新建目录arm922t，将目录arm920t下的内容复制后，参考手册分别修改cpu.c、interrupts.c和serial.c，其它文件不修改。
2.2 开发板的支持
建立自己开发板的目录和相关文件。
① 在include/configs目录中添加头文件lh7a400.h。这个文件是lh7a400开发板的配置文件，它包括开发板的cpu、系统时钟、ram、flash系统及其它相关的配置信息。其格式可参考include/configs/smdk2400.h。
② 在board/目录下新建wt-arm9目录，创建如下文件：flash.c、lhmemsetup.c、wt- arm9.c、makefile和u-boot.lds。
◆ flash.c。u-boot 读、写和删除flash设备的源代码文件。由于不同开发板中flash存储器的种类各不相同，所以，修改flash.c时需参考相应的flash芯片手册。它包括如下几个函数：
unsigned long flash_init （void ），flash初始化；
void flash_print_info （flash_info_t *info），打印flash信息；
int flash_erase （flash_info_t *info， int s_first， int s_last），flash擦除；
volatile static int write_dword （flash_info_t *info， ulong dest， ulong data），flash写入；
int write_buff （flash_info_t *info， uchar *src， ulong addr， ulong cnt），从内存复制数据。
◆ lhmemsetup.c。初始化时钟、smc控制器和sdram控制器。
◆ wt-arm9.c。设置各种总线时钟，打开数据cache和指令cache，并设置相关内存参数。
◆ makefile。直接拷贝board/smdk2400/makefile，作如下修改：
objs ：= wt-arm9.o flash.o lhmemsetup.o
◆ u-boot.lds。设置u-boot中各个目标文件的连接地址，直接拷贝 board/smdk2400/u-boot.lds，作如下修改：
.text
{
cpu/arm922t/start.o （.text）
*（.text）
}
2.3 添加网口设备控制程序
在drivers/目录中添加网口设备控制程序dm9000.c 和dm9000.h，其中dm9000.c 主要包括以下函数：
int eth_init （bd_t *bd），初始化网络设备；
void eth_halt （void），关闭网络设备；
int eth_send （volatile void *packet，int len），发送数据包；
int eth_rx （void） 接收数据包。
用中断方式处理数据包的收发，因此还定义了另外两个函数：
void initinterrupt （void） ，中断初始化；
void dm9000_irq （void） ，中断处理。
以上两个函数在cpu/arm922t/interrupts.c中被调用，最后在drivers/makefile中加入dm9000.o。
2.4 修改makefile
在u-boot-1.1.0/makefile中加入
lh7a400_config ： unconfig
@./mkconfig $（@：_config=） arm arm922t wt-arm9
其中“arm”是cpu的种类， arm922t 是arm cpu对应的代码目录，wt-arm9是自己开发板对应的目录。
交叉编译器安装在/opt/arm/3.3/bin/目录下，所以把cross_compile设置成相应的路径：
export cross_compile = /opt/arm/3.3/bin/arm-elf-
2.5 生成目标文件
先运行make clean，
［zeng@localhost u-boot-1.1.0］$make clean
然后运行make lh7a400_config，
［zeng@localhost u-boot-1.1.0］$ make lh7a400_config
configuring for lh7a400 board.。.
再运行make，
［zeng@localhost u-boot-1.1.0］$make
之后会生成三个文件：
u-boot——elf格式的文件，可以被大多数debug程序识别；
u-boot.bin——二进制bin文件，纯粹的u-boot二进制执行代码，不保存elf格式和调试信息。这个文件一般用于烧录到用户开发板中；
u-boot.srec——motorola s-record格式，可以通过串行口下载到开发板中。
2.6 测 试
通过jtag口将u-boot.bin烧写到flash的零地址，复位后执行u-boot。若运行正常，会从串口返回如下信息：
u-boot 1.1.0 （aug 21 2004 ？18:44:37）
u-boot code： c3f80000 -》 c3fa51a0 bss： -》 c3fa96ec
irq stack： c3f1ff7c
fiq stack： c3f1ef7c
ram configuration：
bank #0： c0000000 8 mb
bank #1： c1000000 8 mb
……
flash： 32 mb
in： serial
out： serial
err： serial
wt-arm9 #
输入help得到所有命令列表，help command 列出该命令的功能。紧接着测试flash和网卡，如果都正常工作的话，表明移植u-boot的工作基本完成，可以接着调试内核和文件系统。
结 语
bootloader是操作系统和硬件的枢纽，它为操作系统内核的启动提供了必要的条件和参数。在移植过程中，开发人员除了要掌握bootloader的结构和工作流程外，还要对相关硬件有一定的了解。目前，移植的u-boot已经能够稳定地运行在开发板上，而且可以通过flash和网络加载内核和文件系统，为后续开发，特别是驱动程序的开发奠定了良好的基础。
基于电力电子变压器并联运行动态仿真
Linux系统具有强大的包管理能力
诺基亚新旗舰，诺基亚7、诺基亚8或将一起来，就问诺粉期待不？
魔视智能MOTOVIS助力创维汽车，L2+超万台量产交付
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欧司朗智能高天棚照明系统 推动工业4．0发展
multi-anode PMT
再创佳绩！歌尔MEMS厂商排名升至全球第六
iPhone12:为老用户开辟换机的机会
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主动出击，Commvault数据保护创新加速网络防御和响应
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Imagination宣布推出基于RISC-V的CPU产品系列
为打破美国的技术桎梏，欧盟17国决定投资研究半导体技术，拟继续供货华为
全球首个港口全面数字孪生技术底座“津鸿”发布
基于出租车系统中智能交通技术的应用
u-boot是由德国的工程师wolfgang denk从8xxrom代码发展而来的，它支持很多处理器，比如powerpc、arm、mips和x86。目前，u-boot源代码在sourceforge网站的社区服务器中，internet上有一群自由开发人员对其进行维护和开发，它的项目主页是http://sourceforge.net/projects/u-boot。u-boot的最新版本源代码可以在sourceforge的cvs服务器中匿名获得。
#cvs -d:pserver:anonymous@cvs.sourceforge.net:/cvsroot/u-boot login
#cvs -z6 -d:pserver:anonymous@cvs.sourceforge.net:/cvsroot/u-boot / co -p modulename
1.1 u-boot源代码目录结构
◆ board：和一些已有开发板有关的文件，比如makefile和u-boot.lds等都和具体开发板的硬件和地址分配有关。
◆ common：与体系结构无关的文件，实现各种命令的c文件。
◆ cpu：cpu相关文件，其中的子目录都是以u-boot所支持的cpu为名，比如有子目录arm926ejs、mips、mpc8260和nios等，每个特定的子目录中都包括cpu.c和interrupt.c，start.s。其中cpu.c初始化cpu、设置指令cache和数据cache等；interrupt.c设置系统的各种中断和异常，比如快速中断、开关中断、时钟中断、软件中断、预取中止和未定义指令等；start.s是u-boot启动时执行的第一个文件，它主要是设置系统堆栈和工作方式，为进入c程序奠定基础。
◆ disk：disk驱动的分区处理代码。
◆ doc：文档。
◆ drivers：通用设备驱动程序，比如各种网卡、支持cfi的flash、串口和usb总线等。
◆fs：支持文件系统的文件，u-boot现在支持cramfs、fat、fdos、jffs2和registerfs。
◆ include：头文件，还有对各种硬件平台支持的汇编文件，系统的配置文件和对文件系统支持的文件。
◆ net：与网络有关的代码，bootp协议、tftp协议、rarp协议和nfs文件系统的实现。
◆ lib_arm：与arm体系结构相关的代码。
◆ tools：创建s-record格式文件 和u-boot images的工具。
1.2 u-boot的特点
u-boot支持scc/fec以太网、ootp/tftp引导、ip和mac的预置功能，这一点和其它bootloader（如blob和redboot等）类似。但u-boot还具有一些特有的功能。
◆ 在线读写flash、doc、ide、iic、eerom、rtc，其它的bootloader根本不支持ide和doc的在线读写。
◆ 支持串行口kermit和s-record下载代码，u-boot本身的工具可以把elf32格式的可执行文件转换成为 s-record格式，直接从串口下载并执行。
◆ 识别二进制、elf32、uimage格式的image，对linux引导有特别的支持。u-boot对linux 内核进一步封装为uimage。封装如下：
#{cross_compile}-objcopy -o binary -r.note -r.comment -s vmlinux / linux.bin
#gzip -9 linux.bin
#tools/mkimage -a arm -o linux -t kernel -c gzip -a 0xc0008000 -e/
0xc0008000 -n “linux-2.4.20” -d linux.bin.gz /tftpboot/uimage
即在linux内核镜像vmlinux前添加了一个特殊的头，这个头在include/image.h中定义，包括目标操作系统的种类（比如linux，vxworks等）、目标cpu的体系机构（比如arm、powerpc等）、映像文件压缩类型（比如gzip、bzip2等）、加载地址、入口地址、映像名称和映像的生成时间。当系统引导时，u-boot会对这个文件头进行crc校验，如果正确，才会跳到内核执行。如下所示：
◆ 单任务软件运行环境。u-boot可以动态加载和运行独立的应用程序，这些独立的应用程序可以利用u-boot控制台的i/o函数、内存申请和中断服务等。这些应用程序还可以在没有操作系统的情况下运行，是测试硬件系统很好的工具。
◆ 监控（minitor）命令集：读写i/o，内存，寄存器、内存、外设测试功能等
◆ 脚本语言支持（类似bash脚本）。利用u-boot中的autoscr命令，可以在u-boot中运行“脚本”。首先在文本文件中输入需要执行的命令，然后用tools/mkimage封装，然后下载到开发板上，用autoscr执行就可以了。
① 编辑如下的脚本example.script。
echo
echo network configuration：
echo ----------------------
echo target：
printenv ipaddr hostname
echo
echo server：
printenv serverip rootpath
echo
② 用tools/mkimage对脚本进行封装。
# mkimage -a arm -o linux -t script -c none -a 0 -e 0 -n “autoscr example script” -d example.script /tftpboot/example.img
image name： autoscr example script
created： wes sep 8 01:15:02 2004
image type： arm linux script （uncompressed）
data size： 157 bytes = 0.15 kb = 0.00 mb
load address： 0x00000000
entry point： 0x00000000
contents：
image 0： 149 bytes = 0 kb = 0 mb
③ 在u-boot中加载并执行这个脚本。
wt-arm9# tftp 100000 /tftpboot/example.img
arp broadcast 1
tftp from server 10.0.0.2; our ip address is 10.0.0.99
filename ‘/tftpboot/tqm860l/example.img’。
load address： 0x100000
loading： #
done
bytes transferred = 221 （dd hex）
wt-arm9# autoscr 100000
## executing script at 00100000
network configuration：
----------------------
target：
ipaddr=10.0.0.99
hostname=arm
server：
serverip=10.0.0.2
rootpath=/nfsroot
wt-arm9#
◆ 支持watchdog、lcd logo和状态指示功能等。如果系统支持splash screen，u-boot启动时，会把这个图像显示到lcd上，给用户更友好的感觉。
◆ 支持mtd和文件系统。u-boot作为一种强大的bootloader，它不仅支持mtd，而且可以在mtd基础上实现多种文件系统，比如cramfs、fat和jffs2等。
◆ 支持中断。由于传统的bootloader都分为stage1和stage2，所以在stage2中添加中断处理服务十分困难，比如blob；而u-boot是把两个部分放到了一起，所以添加中断服务程序就很方便。
◆ 详细的开发文档。由于大多数bootloader都是开源项目，所以文档都不是很充分。u-boot的维护人员意识到了这个问题，充分记录了开发文档，所以它的移植要比blob等缺少文档的bootloader方便。
2 、对u-boot-1.1.0的修改
为了使u-boot-1.1.0支持新的开发板，一种简便的做法是在u-boot已经支持的开发板中选择一种接近的进行修改。由于u-boot-1.10不支持arm-922t内核，所以选择基于arm-920t内核的smdk2400为模板。相关的源代码在board/smdk2400/下。
2.1 支持arm-922t内核的代码修改
修改以下代码，使u-boot支持arm-922t内核。
① 在include/目录下新建文件arm922t.h，内容如下：
#ifndef __arm922t_h__
#define __arm922t_h__
#endif
② 在include/目录下新建文件wt-arm9.h，该文件描述了arm922t中timer、uart等寄存器的结构及若干宏定义。具体内容要参考相关处理器手册。
③ 在cpu/目录下新建目录arm922t，将目录arm920t下的内容复制后，参考手册分别修改cpu.c、interrupts.c和serial.c，其它文件不修改。
2.2 开发板的支持
建立自己开发板的目录和相关文件。
① 在include/configs目录中添加头文件lh7a400.h。这个文件是lh7a400开发板的配置文件，它包括开发板的cpu、系统时钟、ram、flash系统及其它相关的配置信息。其格式可参考include/configs/smdk2400.h。
② 在board/目录下新建wt-arm9目录，创建如下文件：flash.c、lhmemsetup.c、wt- arm9.c、makefile和u-boot.lds。
◆ flash.c。u-boot 读、写和删除flash设备的源代码文件。由于不同开发板中flash存储器的种类各不相同，所以，修改flash.c时需参考相应的flash芯片手册。它包括如下几个函数：
unsigned long flash_init （void ），flash初始化；
void flash_print_info （flash_info_t *info），打印flash信息；
int flash_erase （flash_info_t *info， int s_first， int s_last），flash擦除；
volatile static int write_dword （flash_info_t *info， ulong dest， ulong data），flash写入；
int write_buff （flash_info_t *info， uchar *src， ulong addr， ulong cnt），从内存复制数据。
◆ lhmemsetup.c。初始化时钟、smc控制器和sdram控制器。
◆ wt-arm9.c。设置各种总线时钟，打开数据cache和指令cache，并设置相关内存参数。
◆ makefile。直接拷贝board/smdk2400/makefile，作如下修改：
objs ：= wt-arm9.o flash.o lhmemsetup.o
◆ u-boot.lds。设置u-boot中各个目标文件的连接地址，直接拷贝 board/smdk2400/u-boot.lds，作如下修改：
.text
{
cpu/arm922t/start.o （.text）
*（.text）
}
2.3 添加网口设备控制程序
在drivers/目录中添加网口设备控制程序dm9000.c 和dm9000.h，其中dm9000.c 主要包括以下函数：
int eth_init （bd_t *bd），初始化网络设备；
void eth_halt （void），关闭网络设备；
int eth_send （volatile void *packet，int len），发送数据包；
int eth_rx （void） 接收数据包。
用中断方式处理数据包的收发，因此还定义了另外两个函数：
void initinterrupt （void） ，中断初始化；
void dm9000_irq （void） ，中断处理。
以上两个函数在cpu/arm922t/interrupts.c中被调用，最后在drivers/makefile中加入dm9000.o。
2.4 修改makefile
在u-boot-1.1.0/makefile中加入
lh7a400_config ： unconfig
@./mkconfig $（@：_config=） arm arm922t wt-arm9
其中“arm”是cpu的种类， arm922t 是arm cpu对应的代码目录，wt-arm9是自己开发板对应的目录。
交叉编译器安装在/opt/arm/3.3/bin/目录下，所以把cross_compile设置成相应的路径：
export cross_compile = /opt/arm/3.3/bin/arm-elf-
2.5 生成目标文件
先运行make clean，
［zeng@localhost u-boot-1.1.0］$make clean
然后运行make lh7a400_config，
［zeng@localhost u-boot-1.1.0］$ make lh7a400_config
configuring for lh7a400 board.。.
再运行make，
［zeng@localhost u-boot-1.1.0］$make
之后会生成三个文件：
u-boot——elf格式的文件，可以被大多数debug程序识别；
u-boot.bin——二进制bin文件，纯粹的u-boot二进制执行代码，不保存elf格式和调试信息。这个文件一般用于烧录到用户开发板中；
u-boot.srec——motorola s-record格式，可以通过串行口下载到开发板中。
2.6 测 试
通过jtag口将u-boot.bin烧写到flash的零地址，复位后执行u-boot。若运行正常，会从串口返回如下信息：
u-boot 1.1.0 （aug 21 2004 ？18:44:37）
u-boot code： c3f80000 -》 c3fa51a0 bss： -》 c3fa96ec
irq stack： c3f1ff7c
fiq stack： c3f1ef7c
ram configuration：
bank #0： c0000000 8 mb
bank #1： c1000000 8 mb
……
flash： 32 mb
in： serial
out： serial
err： serial
wt-arm9 #
输入help得到所有命令列表，help command 列出该命令的功能。紧接着测试flash和网卡，如果都正常工作的话，表明移植u-boot的工作基本完成，可以接着调试内核和文件系统。
结 语
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基于电力电子变压器并联运行动态仿真
Linux系统具有强大的包管理能力
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基于出租车系统中智能交通技术的应用