本帖最后由 正点原子运营 于 2020-11-27 11:21 编辑
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第九章U-Boot使用实验
在移植U-Boot之前，我们肯定要先使用一下U-Boot，体验一下U-Boot是什么。领航者开发板光盘资料里面已经提供了一个正点原子团队已经移植好的U-Boot，本章我们就直接编译这个移植好的U-Boot，然后烧写到SD卡里面启动，启动U-Boot以后就可以学习使用U-Boot的命令。
1.1 U-Boot简介对于计算机系统而言，从开机上电到操作系统启动需要一个引导过程，这个引导过程由引导程序指定。引导程序是系统加电启动运行的第一段软件代码。在PC体系结构中，引导程序由主板上的BlOS和位于硬盘MBR中的启动代码组成。系统上电后，首先运行BlOS，在完成硬件检测和资源分配后，将硬盘MBR中的引导程序读到系统的RAM中，然后将控制权交给引导程序。引导程序的主要运行任务就是将内核映像从硬盘读到RAM中，然后跳转到内核的入口点去运行，也即开始启动操作系统。嵌入式Linux系统同样离不开引导程序，这个引导程序一般我们叫作启动加载程序（Bootloader）。 Bootloader是在操作系统运行之前执行的一段小程序。通过这段小程序，可以初始化硬件设备、建立内存空间的映射表，从而建立适当的系统软硬件环境，为最终调用操作系统内核做好准备。也就是说芯片上电以后先运行一段bootloader程序。这段bootloader程序会先初始化DDR等外设，然后将Linux内核从flash(NAND，NOR FLASH，SD，MMC等)拷贝到DDR中，最后启动Linux内核。当然了，bootloader的实际工作要复杂的多，但是它最主要的工作就是启动Linux内核。 对于嵌入式系统，bootloader是基于特定硬件平台实现的。因此，几乎不可能为所有的嵌入式系统建立一个通用的bootloader，不同的处理器架构都有不同的bootloader。Bootloader不仅依赖于CPU的体系结构，而且依赖于嵌入式系统板级设备的配置。对于两块不同的嵌入式板而言，即使它们使用同一种处理器，要想让运行在一块板子上的bootloader程序也能运行在另一块板子上，一般需要修改bootloader的源程序。庆幸的是，大部分bootloader仍具有很多共性，某些bootloader能够支持多种体系结构的嵌入式系统。 现成的bootloader软件有很多，比如U-Boot、vivi、RedBoot等等，其中以U-Boot使用最为广泛，为了方便书写，本书会将U-Boot写为uboot。特别说明的是对于ZYNQ而言，在引导过程中，先运行FSBL来设置PS，然后运行U-Boot用于加载Linux内核映像并引导Linux，所以uboot对于zynq而言是第二阶段引导程序，FSBL是第一阶段引导程序。
图 22.1.1 uboot官网 我们可以在uboot官网下载uboot源码，点击上图中左侧Topics中的“Source Code”，打开如下图所示界面：
图 22.1.2 uboot源码界面 点击上图中的“FTP Server”，进入其FTP服务器即可看到uboot源码，如下图所示：
图 22.1.3 uboot源码 上图显示的就是uboot原汁原味的源码文件，目前最新的版本是2019.04。但是我们一般不会直接用uboot官方的U-Boot源码的。uboot官方的uboot源码是给半导体厂商准备的，半导体厂商会下载uboot官方的uboot源码，然后将自家相应的芯片移植进去。也就是说半导体厂商会自己维护一个为其设计的芯片定制的uboot版本。既然是定制的，那么肯定对自家的芯片支持会很全，虽然uboot官网的源码中一般也会支持他们的芯片，但是绝对是没有半导体厂商自己维护的uboot全面。
图 22.1.4 Xilinx官方uboot下载界面 点击上图中箭头所指的zip或tar.gz就可以下载，xilinx-v2018.3对应的就是2018.3的版本，与我们使用的petalinux版本相对应，如果不对应可能会出现某些问题。后面我们学习uboot移植的时候就是使用的上图中的2018.3的uboot。下载xilinx-v2018.3.tar.gz，我们已经放到了开发板光盘中，路径为：领航者ZYNQ开发板资料盘(A盘)\4_SourceCode\ZYNQ_7020\3_Embedded_Linux\资源文件\uboot\u-boot-xlnx-xilinx-v2018.3.tar.gz。图 22.1.4中的uboot基本支持了Xilinx当前所有可以跑Linux的芯片，而且支持各种启动方式，比如EMMC、NAND、NOR FLASH等等，这些都是uboot官方所不支持的。但是图 22.1.4中的uboot是针对Xilinx自家评估板的，如果是我们自己做的板子就需要修改Xilinx官方的uboot，使其支持我们自己做的板子，正点原子的ZYNQ开发板就是自己做的板子，虽然大部分都参考了Xilinx官方的ZYNQ开发板，但是还是有很多不同的地方，所以需要修改Xilinx官方的uboot，使其适配正点原子的ZYNQ开发板。所以当我们拿到开发板以后，是有三种uboot的，这三种uboot的区别如下表所示： 表17.2.12.1 三种uboot的区别
那么这三种uboot该如何选择呢？首先uboot官方的基本是不会用的，因为支持太弱了。最常用的就是半导体厂商或者开发板厂商的uboot，如果你用的半导体厂商的评估板，那么就使用半导体厂商的uboot，如果你是购买的第三方开发板，比如正点原子的ZYNQ开发板，那么就使用正点原子提供的uboot源码（也是在半导体厂商的uboot上修改的）。当然了，你也可以在购买了第三方开发板以后使用半导体厂商提供的uboot，只不过有些外设驱动可能不支持，需要自己移植，这个就是我们常说的uboot移植。 本节是uboot的使用，所以就直接使用正点原子已经移植好的uboot，这个已经放到了开发板光盘中了，以使用7020核心板的领航者开发板为例路径为：领航者ZYNQ开发板资料盘(A盘)\4_SourceCode\ZYNQ_7020\3_Embedded_Linux\资源文件\uboot\u-boot-altk-xilinx-v2018.3.tar.gz。 1.2 U-Boot初次编译在Ubuntu主机中创建存放uboot的目录，比如我的是/home/$USER/work/petalinux/uboot，然后在此目录下新建一个名为“alientek_uboot”的文件夹用于存放正点原子提供的uboot源码。alientek_uboot文件夹创建成功以后使用FileZilla软件或其他方式将正点原子提供的uboot源码拷贝到此目录中，正点原子提供的uboot源码已经放到了开发板光盘中，路径为：领航者ZYNQ开发板资料盘(A盘)\4_SourceCode\ZYNQ_7020\3_Embedded_Linux\资源文件\uboot\u-boot-altk-xilinx-v2018.3.tar.gz。将其拷贝到Ubuntu中新建的alientek_uboot文件夹下，完成以后如下图所示：
图 22.2.1将uboot拷贝到Ubuntu中 使用如下命令对其进行解压缩： tar -zxvf u-boot-altk-xilinx-v2018.3.tar.gz 解压完成以后alientek_uboot文件夹内容如下图所示：
图 22.2.2解压后的uboot 上图中除了u-boot-altk-xilinx-v2018.3.tar.gz这个正点原子提供的uboot源码压缩包以外，其他的文件和文件夹都是解压出来的uboot源码。 现在我们开始编译uboot。为了方便起见，此处我们使用Petalinux工具来编译uboot，使用Petalinux工具还有一个好处就是Petalinux会根据hdf文件配置uboot，省得我们自己手动配置。 进入我们在第十七章创建的Petalinux工程，当然了也可以重新创建一个Petalinux工程，在命令行终端进入工程目录后，输入如下命令配置uboot来源： source /opt/pkg/petalinux/2018.3/settings.sh petalinux-config 在弹出的配置窗口中，进入到“LinuxComponents Selection--->u-boot(u-boot-xlnx)”菜单下，配置uboot来源。此处选择“ext-local-src”，也就是本地存放的uboot内核源码，如下图所示：
图 22.2.3 选择“ext-local-src” 按键盘上的下方向键移到“ext-local-src”，然后按键盘上的“Enter“键确定，返回到上一界面，如下图所示：
图 22.2.4 设置“ext-local-src” 进入“External u-bootlocal source settings”子菜单，如下图所示：
图 22.2.5 进入“External u-bootlocal source settings”子菜单 按键盘上的“Enter”键配置“External u-boot local source path”，如下图所示：
填写uboot源码的本地路径，也就是我们解压uboot的目录。填写完成后，按键盘上的“Enter”键完成配置，返回到上一界面，如下图所示：
图 22.2.6 完成uboot路径配置 现在保存配置并退出，下一步，编译uboot。 在终端输入如下命令编译uboot： petalinux-build -c u-boot 也可以只使用“petalinux-build”命令，用来编译fsbl、uboot、设备树、Linux内核和根文件系统，如果是重新创建Petalinux工程，推荐使用“petalinux-build”命令，不带“-c u-boot”参数。 命令执行完以后uboot也就编译成功了，如下图所示：
图 22.2.7编译完成 编译完成以后会在当前工程目录的images/linux目录下生成u-boot.elf文件，如下图所示：
图 22.2.8编译后的uboot源码 1.3 U-Boot烧写与启动uboot编译好以后就可以烧写到板子上使用了。我们将u-boot.elf文件打包到ZYNQ的启动文件BOOT.BIN中，在终端中输入如下命令： petalinux-package--boot --fsbl --fpga --u-boot --force 执行结果如下图所示：
图 22.3.1 打包生成BOOT.BIN文件 生成BOOT.BIN文件后，插上SD启动，将该工程image/linux目录下的BOOT.BIN文件拷贝到SD卡的BOOT分区也即FAT32分区。 拷贝完成后将SD卡插到领航者开发板上，启动模式设置从SD卡启动，使用USB线将开发板的串口和电脑连接。打开SecureCRT，设置好串口参数并打开，最后复位开发板。在SecureCRT上出现“Hit any key to stop autoboot: ”倒计时的时候按下键盘上的回车键，默认是3秒倒计时，在3秒倒计时结束以后如果没有按下回车键的话uboot就会使用默认参数来启动Linux内核了。如果在3秒倒计时结束之前按下回车键，那么就会进入uboot的命令行模式，如下图所示：
图 22.3.2 uboot启动过程 从上图可以看出，当进入到uboot的命令行模式以后，左侧会出现一个“zynq>”标志。uboot启动的时候会输出一些信息，这些信息如下所示： - U-Boot 2018.01 (Dec 11 2019 - 09:49:57 +0000) Xilinx Zynq ALTK
- Model: Navigator DevelopmentBoard
- Board: Xilinx Zynq
- Silicon: v3.1
- I2C: ready
- DRAM: ECC disabled 1 GiB
- MMC: sdhci_transfer_data: Error detected in status(0x208000)!
- mmc@e0100000: 0 (SD), mmc@e0101000: 1 (eMMC)
- SF: Detected w25q256 with page size 256 Bytes, erase size 4 KiB, total 32 MiB
- In: serial@e0000000
- Out: serial@e0000000
- Err: serial@e0000000
- Model: Navigator Development Board
- Board: Xilinx Zynq
- Silicon: v3.1
- Net: ZYNQ GEM: e000b000,phyaddr ffffffff, interface rgmii-id
- eth0: ethernet@e000b000
- Hit any key to stop autoboot: 0
- Zynq>
第1行是uboot版本号和编译时间，可以看出，当前的uboot版本号是2018.01，编译时间是2019年12月11日上午9点49分。 第3~5行是开发板相关信息，可以看出当前使用的开发板名称为“Navigator Development Board”，核心板为“XilinxZynq”，核心板的芯片版本为3.1。 第6行提示I2C准备就绪。 第7行提示当前板子的DRAM（内存）为1GiB，如果是7010的核心板的话内存为512MiB。 第8和第9行提示当前有两个MMC/SD卡控制器：mmc@e0100000和mmc@e0101000，且mmc@e010000接的是SD(TF)卡，mmc@e0101000接的是eMMC。 第10检测到QSPI--w25q256，大小为32MB。 第11~13是标准输入、标准输出和标准错误所使用的终端，这里都使用串口(serial)作为终端。 第17~18行是网口信息，提示我们当前使用的FEC1这个网口，ZYNQ支持两个网口。 第19行是倒计时提示，默认倒计时3秒，倒计时结束之前按下回车键就会进入Uboot命令行模式。如果在倒计时结束以后没有按下回车键，那么Linux内核就会启动，Linux内核一旦启动，uboot就会寿终正寝。这个就是uboot默认输出信息的含义。 如果在启动时看到uboot打印出：“Warming-bad CRC，using default environment”，说明uboot没有在存放环境变量的固态存储器（一般为Flash）中找到有效的环境变量，只好使用编译时定义的默认环境变量。如果uboot存放环境变量的固态存储器的驱动没问题，那么只要运行saveenv就可以把默认环境变量写入固态存储器，下次启动就不会有这个警告了，当然了，也可以忽略该警告。 uboot是来干活的，我们现在已经进入uboot的命令行模式了，进入命令行模式以后就可以给uboot发号施令了。当然了，不能随便发号施令，得看看uboot支持哪些命令，然后使用这些uboot所支持的命令来做一些工作。下一节就讲解uboot命令的使用。 1.4 U-Boot命令使用进入uboot的命令行模式以后输入“help”或者“？”，然后按下回车即可查看当前uboot所支持的命令，如图 22.4.1所示。该图只是uboot的一部分命令，并不是uboot所支持的所有命令。前面说过uboot是可配置的，需要什么命令就使能什么命令，所以该图中的命令是正点原子提供的uboot中使能的命令，uboot支持的命令还有很多，而且也可以在uboot中自定义命令。这些命令后面都跟有命令说明，用于描述此命令的作用，但是命令具体怎么用呢？我们输入“help(或?) 命令名”就可以查看对应命令的详细用法。
图 22.4.1 uboot命令列表 以“bootm”这个命令为例，我们输入如下命令即可查看“bootm”这个命令的用法： ? bootm 或 help bootm 结果如下图所示：
图 22.4.2 bootz命令使用说明 上图详细的列出了“bootm”这个命令的用法，其它的命令也可以使用此方法查询具体的使用方法。接下来我们学习一下一些常用的uboot命令。 1.4.1 信息查询命令常用的和信息查询有关的命令有3个：bdinfo、printenv和version。先来看一下bdinfo命令，此命令用于查看板子信息，直接输入“bdinfo”即可，结果如下图所示： 从上图中可以得出DRAM的起始地址和大小、启动参数保存起始地址、波特率、sp(堆栈指针)起始地址等信息。 命令“printenv”用于输出环境变量信息，uboot也支持TAB键自动补全功能，输入“print”然后按下TAB键就会自动补全命令，直接输入“print”也可以。输入“print”，然后按下回车键，环境变量如下图所示：
图 22.4.4 printenv命令结果 在上图中有很多的环境变量，比如baudrate、board_name、boot_img、bootcmd等等。uboot中的环境变量都是字符串，既然叫做环境变量，那么它的作用就和“变量”一样。比如bootdelay这个环境变量就表示uboot启动延时时间，默认bootdelay=4，也就默认延时4秒。前面说的4秒倒计时就是由bootdelay定义的，如果将bootdelay改为5的话就会倒计时5s了。uboot中的环境变量是可以修改的，有专门的命令来修改环境变量的值，稍后我们会讲解。 命令version用于查看uboot的版本号，输入“version”，uboot版本号如下图所示：
图 22.4.5 version命令结果 从上图可以看出，当前uboot版本号为2018.01，2019年12月5日编译的，编译器为arm-xilinx-linux-gnueabi-gcc等信息。 1.4.2 环境变量操作命令1、修改环境变量 环境变量的操作涉及到两个命令：setenv和saveenv，命令setenv用于设置或者修改环境变量的值。命令saveenv用于保存修改后的环境变量，一般环境变量是存放在外部flash中的，uboot启动的时候会将环境变量从flash读取到DRAM中。所以使用命令setenv修改的是DRAM中的环境变量值，修改以后要使用saveenv命令将修改后的环境变量保存到flash中，否则的话uboot下一次重启会继续使用以前的环境变量值。 命令saveenv使用起来很简单，格式为： saveenv 命令 值 或 saveenv 命令‘值1 值2 值3’ 比如我们要将环境变量bootdelay该为5，就可以使用如下所示命令： setenv bootdelay 5 saveenv 上述命令执行过程如下图所示：
图 22.4.6环境变量修改 在上图中，当我们使用命令saveenv保存修改后的环境变量的话会有保存过程提示信息，根据提示可以看出环境变量保存到了SPI flash中，也就是开发板上的QSPI Flah--w25q256中。 修改bootdelay以后，重启开发板，uboot就是变为5秒倒计时，如下图所示：
图 22.4.7 5秒倒计时 2、新建环境变量 命令setenv也可以用于新建命令，用法和修改环境变量一样，比如我们新建一个环境变量author，author的值为“alientek”，那么就可以使用如下命令： setenv author alientek saveenv 新建命令author完成以后重启uboot，然后使用命令printenv查看当前环境变量，如下图所示：
图 22.4.8环境变量 从上图可以看到新建的环境变量：author，其值为：alientek。 3、删除环境变量 既然可以新建环境变量，那么就可以删除环境变量，删除环境变量也是使用命令setenv，要删除一个环境变量只要给这个环境变量赋空值即可，比如我们删除掉上面新建的author这个环境变量，命令如下： setenv author saveenv 上面命令中通过setenv给author赋空值，也就是什么都不写来删除环境变量author。重启uboot就会发现环境变量author没有了。 1.4.3 内存操作命令内存操作命令就是用于直接对DRAM进行读写操作的，常用的内存操作命令有md、nm、mm、mw、cp和cmp。我们依次来看一下这些命令都是做什么的。 1、md命令 md命令用于显示内存值，格式如下： md [.b, .w, .l] address [# of objects] 命令中的[.b .w .l]对应byte、word和long，也就是分别以1个字节、2个字节、4个字节来显示内存值。address就是要查看的内存起始地址，[# of objects]表示要查看的数据长度，这个数据长度单位不是字节，而是跟你所选择的显示格式有关。比如你设置要查看的内存长度为20(十六进制为0x14)，如果显示格式为.b的话那就表示20个字节；如果显示格式为.w的话就表示20个word，也就是20*2=40个字节；如果显示格式为.l的话就表示20个long，也就是20*4=80个字节。另外要注意： uboot命令中的数字都是十六进制的！不是十进制的！ 比如你想查看以0X8000000开始的20个字节的内存值，显示格式为.b的话，应该使用如下所示命令： md.b 8000000 14 而不是： md.b 8000000 20 上面说了，uboot命令里面的数字都是十六进制的，所以可以不用写“0x”前缀，十进制的20其十六进制为0x14，所以命令md后面的个数应该是14，如果写成20的话就表示查看32(十六进制为0x20)个字节的数据。分析下面三个命令的区别： md.b 8000000 10 md.w 8000000 10 md.l 8000000 10 上面这三个命令都是查看以0X8000000为起始地址的内存数据，第一个命令以.b格式显示，长度为0x10，也就是16个字节；第二个命令以.w格式显示，长度为0x10，也就是16*2=32个字节；最后一个命令以.l格式显示，长度也是0x10，也就是16*4=64个字节。这三个命令的执行结果如下图所示：
图 22.4.9 md命令使用示例 2、nm命令 nm命令用于修改指定地址的内存值，命令格式如下： nm [.b, .w, .l] address nm命令同样可以以.b、.w和.l来指定操作格式，比如现在以.l格式修改0x8000000地址的数据为0x12345678。输入命令： nm.l 8000000 输入上述命令以后如下图所示：
图 22.4.10 nm命令 在上图中，8000000表示现在要修改的内存地址，7dff73ee表示地址0x8000000现在的数据，？后面就可以输入要修改后的数据0x12345678，输入完成以后按下回车，然后再输入‘q’即可退出，如下图所示：
图 22.4.11修改内存数据 修改完成以后在使用命令md来查看一下有没有修改成功，如下图所示：
图 22.4.12查看修改后的值 从上图可以看出，此时地址0X8000000的值变为了0x12345678。 3、mm命令 mm命令也是修改指定地址内存值的，使用mm修改内存值的时候地址会自增，而使用命令nm的话地址不会自增。比如以.l格式修改从地址0x8000000开始的连续3个内存块(3*4=12个字节)的数据为0X05050505，操作如下图所示：
图 22.4.13命令mm 从上图可以看出，修改了地址0X8000000、0X8000004和0X8000008的内容为0x05050505。使用命令md查看修改后的值，结果如下图所示：
图 22.4.14查看修改后的内存数据 从上图可以看出内存数据修改成功。 4、mw命令 命令mw用于使用一个指定的数据填充一段内存，命令格式如下： mw [.b, .w, .l] address value [count] mw命令同样可以以.b、.w和.l来指定操作格式，address表示要填充的内存起始地址，value为要填充的数据，count是填充的长度。比如使用.l格式将以0X8000000为起始地址的0x10个内存块(0x10 * 4=64字节)填充为0X0A0A0A0A，命令如下： mw.l 8000000 0A0A0A0A 10 然后使用命令md来查看，如下图所示：
图 22.4.15查看修改后的内存数据 从上图可以看出内存数据修改成功。 5、cp命令 cp是数据拷贝命令，用于将DRAM中的数据从一段内存拷贝到另一段内存中。命令格式如下： cp [.b, .w, .l] source target count cp命令同样可以以.b、.w和.l来指定操作格式，source为源地址，target为目的地址，count为拷贝的长度。我们使用.l格式将0x8000000处的地址拷贝到0X8000100处，长度为0x10个内存块(0x10 * 4=64个字节)，命令如下所示： cp.l 8000000 8000100 10 结果如下图所示：
图 22.4.16 cp命令操作结果 在上图中，先使用md.l命令打印出地址0x8000000和0x8000100处的数据，然后使用命令cp.l将0x8000000处的数据拷贝到0x8000100处。最后使用命令md.l查看0x8000100处的数据有没有变化，检查拷贝是否成功。 6、cmp命令 cmp是比较命令，用于比较两段内存的数据是否相等，命令格式如下： cmp [.b, .w, .l] addr1 addr2 count cmp命令同样可以以.b、.w和.l来指定操作格式，addr1为第一段内存首地址，addr2为第二段内存首地址，count为要比较的长度。我们使用.l格式来比较0x8000000和0X8000100这两个地址数据是否相等，比较长度为0x10个内存块(16 * 4=64个字节)，命令如下所示： cmp.l 8000000 8000100 10 结果如下图所示：
图 22.4.17 cmp命令比较结果 从上图可以看出两段内存的数据相等。我们再随便挑两段内存比较一下，比如地址0x8002000和0x8003000，长度为0X10，比较结果如下图所示：
图 22.4.18 cmp命令比较结果 从上图可以看出，0x8002000处的数据和0x8003000处的数据就不一样。 1.4.4 网络操作命令uboot是支持网络的，我们在移植uboot的时候一般都要调通网络功能，因为在移植linux kernel的时候需要使用到uboot的网络功能做调试。uboot支持大量的网络相关命令，比如dhcp、ping、nfs和tftpboot，我们接下来依次学习一下这几个和网络有关的命令。 在使用uboot的网络功能之前先用网线将开发板的以太网GE_PS接口和电脑或者路由器连接起来，领航者开发板有两个网口：GE_PS和GE_PL，一定要连接GE_PS，不能连接错了，GE_PS接口如下图所示。
图 22.4.19 GE_PS网络接口 建议开发板和主机PC都连接到同一个路由器上！与网络相关的环境变量如下表所示： 表22.4.4.1 网络相关环境变量 | | | 开发板ip地址，可以不设置，使用dhcp命令来从路由器获取IP地址。 | | | | | | | | 服务器IP地址，也就是Ubuntu主机IP地址，用于调试代码。 |
连接网线，开发板上电后uboot默认通过dhcp获取网络ip地址（与路由器连接时有效），若与电脑直连，可以通过以下命令手动设置： - setenv ipaddr 192.168.2.123
- setenv ethaddr 00:0a:35:00:1e:53
- setenv gatewayip 192.168.2.1
- setenv netmask 255.255.255.0
- setenv serverip 192.168.2.172
- saveenv
注意，如果连接到电脑的以太网接口需要同时设置电脑以太网适配器的Ipv4属性。另外网络地址环境变量的设置要根据自己的实际情况，确保Ubuntu主机和开发板的IP地址在同一个网段内，比如笔者现在的开发板和电脑都在192.168.2.0这个网段内，所以设置开发板的IP地址为192.168.2.123，笔者的Ubuntu主机的地址为192.168.2.172，因此serverip就是192.168.2.172。ethaddr为网络MAC地址，是一个48bit的地址，如果在同一个网段内有多个开发板的话一定要保证每个开发板的ethaddr是不同的，否则通信会有问题。设置好网络相关的环境变量以后就可以使用网络相关命令了。 与路由器连接时需要设置serverip，也就是TFTP服务器的IP地址，为Ubuntu主机的IP地址（如笔者的为192.168.2.172）： - setenv serverip 192.168.2.172
- saveenv
1、ping命令 开发板的网络能否使用，是否可以和服务器(Ubuntu主机)进行通信，通过ping命令就可以验证，直接ping服务器的IP地址即可，比如我的服务器IP地址为192.168.1.250，命令如下： ping 192.168.2.172 结果如下图所示：
图 22.4.20 ping命令 从上图可以看出，192.168.2.172这个主机存在，说明ping成功，uboot的网络工作正常。 注意：如果是通过网线直接将领航者开发板和电脑连接，ping不通的情况，除了以上设置不正确外，还有可能是电脑的防火墙导致的。可以关闭防火墙或者允许文件和打印共享应用通过防火墙（针对Windows系统）。 2、dhcp命令 dhcp用于从路由器获取IP地址，前提是开发板连接到路由器，如果开发板是和电脑直连的，那么dhcp命令就会失效。直接输入dhcp命令即可通过路由器获取到IP地址，如下图所示：
图 22.4.21 dhcp命令 从上图可以看出，开发板通过dhcp获取到的IP地址为192.168.2.123，和我们手动设置的一样。 3、nfs命令 nfs也就是网络文件系统，通过nfs可以在计算机之间通过网络来分享资源，比如我们将linux镜像和设备树文件放到Ubuntu中，然后在uboot中使用nfs命令将Ubuntu中的linux镜像和设备树下载到开发板的DRAM中。这样做的目的是为了方便调试linux镜像和设备树，也就是网络调试，通过网络调试是Linux开发中最常用的调试方法。原因是嵌入式linux开发不像单片机开发，可以直接通过JLINK或STLink等仿真器将代码直接烧写到单片机内部的flash中，嵌入式Linux通常是烧写到SD卡、NANDFlash、SPI Flash等外置flash中，但是嵌入式Linux开发也没有MDK、IAR这样的IDE，更没有烧写算法，因此不可能通过点击一个“download”按钮就将固件烧写到外部flash中。虽然半导体厂商一般都会提供一个烧写固件的软件，但是这个软件使用起来比较复杂，这个烧写软件一般用于量产的。其远没有MDK、IAR的一键下载方便，在Linux内核调试阶段，如果用这个烧写软件的话将会非常浪费时间，而这个时候网络调试的优势就显现出来了，可以通过网络将编译好的linux镜像和设备树文件下载到DRAM中，然后就可以直接运行。 我们一般使用uboot中的nfs命令将Ubuntu中的文件下载到开发板的DRAM中，在使用之前需要开启Ubuntu主机的NFS服务，并且要新建一个NFS使用的目录，以后所有要通过NFS访问的文件都需要放到这个NFS目录中。Ubuntu的NFS服务开启我们在15.4.1小节已经详细讲解过了，包括NFS文件目录的创建，如果忘记的话可以去查看一下该小节。笔者设置的/home/zynq/linux/nfs这个目录为笔者的NFS文件目录。uboot中的nfs命令格式如下所示： nfs [loadAddress] [[hostIPaddr:]bootfilename] loadAddress是要保存的DRAM地址，[[hostIPaddr:]bootfilename]是要下载的文件地址。这里我们将当前工程目录images/linux下的zImage文件复制到NFS目录下，比如笔者放到/home/zynq/linux/nfs这个目录下，完成后的NFS目录如下图所示：
图 22.4.22 NFS目录中的zImage文件 准备好以后就可以使用nfs命令来将zImage下载到开发板DRAM的0x00000000地址处，命令如下： nfs 00000000 192.168.2.172:/home/zynq/linux/nfs/zImage 命令中的“00000000”表示zImage保存地址，“192.168.2.172:/home/zynq/linux/nfs/zImage”表示zImage在192.168.2.172这个主机中，路径为/home/zynq/linux/nfs/zImage。下载过程如下图所示：
图 22.4.23 nfs命令下载zImage过程 在上图中会以“#”提示下载过程。如果出现“ERROR: `serverip' not set”的错误，就设置serverip为Ubuntu主机的IP地址。笔者的Ubuntu主机的IP地址为192.168.2.172，因此使用命令“setenv serverip 192.168.2.172”设置serverip为192.168.2.172。下载完成以后会提示下载的数据大小，这里下载的4004968字节，而zImage的大小就是4004968字节，如下图所示：
图 22.4.24 zImage大小 下载完成以后查看0x00000000地址处的数据，使用命令md.b来查看前0x100个字节的数据，如下图所示：
图 22.4.25下载的数据 使用od命令或xxd命令来查看zImage，检查一下前面的数据是否和上图中的一致，命令如下： od -tx1 -vN 0x100 zImage 或 xxd -g 1 -l 0x100 zImage 结果如下图所示：
图22.4.26 winhex查看zImage 可以看出图 22.4.25和图 22.4.26的前0x100个字节的数据一致，说明nfs命令下载到的zImage是正确的。 4、tftpboot命令 tftpboot命令的作用和nfs命令一样，都是用于通过网络下载文件到DRAM中，只是tftpboot命令使用的是TFTP协议，Ubuntu主机作为TFTP服务器。 将zImage镜像文件拷贝到tftpboot文件夹中，这一步我们在17.2.8节编译工程完成后Petalinux工具已经为我们做好了，从下图我们可以看到zImage已经存在于/tftpboot目录下：
万事俱备，只剩验证了，uboot中的tftp命令格式如下： tftpboot [loadAddress] [[hostIPaddr:]bootfilename] 看起来和nfs命令格式一样的，loadAddress是文件在DRAM中的存放地址，[[hostIPaddr:]bootfilename]是要从Ubuntu中下载的文件。但是和nfs命令的区别在于，tftpboot命令不需要输入文件在Ubuntu中的完整路径，只需要输入文件名即可。比如我们现在将tftpboot文件夹里面的zImage文件下载到开发板DRAM的0x00000000地址处，命令如下： tftpboot 00000000 zImage 下载过程如下图所示：
图 22.4.27 tftp命令下载过程 从上图可以看出，zImage下载成功了，网速为532.2 KiB/s，文件大小为4004968字节。同样的，可以使用md.b命令来查看前100个字节的数据是否和上图中的相等。有时候使用tftpboot命令从Ubuntu中下载文件的时候会出现如“TFTP error: 'Permission denied' (0)”这样的错误提示，提示没有权限，出现这个错误一般有两个原因： ①、在Ubuntu中创建tftpboot目录的时候没有给予tftboot相应的权限。 ②、tftpboot目录中要下载的文件没有给予相应的权限。 针对上述两个问题，使用命令“chmod777 xxx”来给予权限，其中“xxx”就是要给予权限的文件或文件夹。 好了，uboot中关于网络的命令就讲解到这里，我们最常用的就是ping、nfs和tftpboot这三个命令。使用ping命令来查看网络的连接状态，使用nfs和tftp命令来从Ubuntu主机中下载文件。 1.4.5 EMMC和SD卡操作命令uboot支持EMMC和SD卡，因此也要提供EMMC和SD卡的操作命令。一般认为EMMC和SD卡是同一个东西，所以没有特殊说明，本教程统一使用MMC来代指EMMC和SD卡。uboot中常用于操作MMC设备的命令为“mmc”。 mmc是一系列的命令，其后可以跟不同的参数，输入“？mmc”即可查看mmc有关的命令，如下图所示：
图 22.4.28 mmc命令 从上图可以看出，mmc后面跟不同的参数可以实现不同的功能，如下表所示： 表 22.4.5.1 mmc命令 1、mmc info命令 mmc info命令用于输出当前选中的mmc info设备的信息，输入命令“mmc info”即可，如下图所示：
图 22.4.29 mmc info命令 从上图可以看出，当前选中的MMC设备是SD卡，版本为3.0，容量为14.8GiB，速度为50000000Hz=50MHz，4位宽的总线。还有一个与mmc info命令相同功能的命令：mmcinfo，“mmc”和“info”之间没有空格。 2、mmc rescan命令 mmc rescan命令用于扫描当前开发板上所有的MMC设备，包括EMMC和SD卡，输入“mmc rescan”即可。 3、mmc list命令 mmc list命令用于来查看当前开发板一共有几个MMC设备，输入“mmc list”，结果如下图所示：
图 22.4.30扫描MMC设备 可以看出当前开发板有两个MMC设备：mmc@e0100000: 0 (SD)和mmc@e0101000: 1 (eMMC)，mmc@e0100000: 0 (SD)是SD卡，mmc@e0101000: 1 (eMMC)是EMMC。默认会将SD卡设置为当前MMC设备，这就是为什么输入“mmc info”查询到的是SD卡信息，而不是EMMC设备。要想查看SD卡信息，就要使用命令“mmc dev”来将EMMC设置为当前的MMC设备。 4、mmc dev命令 mmc dev命令用于切换当前MMC设备，命令格式如下： mmc dev [dev] [part] [dev]用来设置要切换的MMC设备号，[part]是分区号。如果不写分区号的话默认为分区0。使用如下命令切换到eMMC： mmc dev 1 //切换到eMMC，0为SD卡，1为eMMC 结果如下图所示：
图 22.4.31切换到SD卡 从上图可以看出，切换到eMMC成功，mmc1为当前的MMC设备，输入命令“mmcinfo”即可查看eMMC的信息，结果如下图所示：
图 22.4.32 eMMC信息 从上图可以看出当前eMMC为5.1版本，容量为7.3GiB(8GB的eMMC)，4位宽的总线。 5、mmc part命令 有时候SD卡或者EMMC会有多个分区，可以使用命令“mmc part”来查看其分区，比如查看SD卡的分区情况，输入如下命令： mmc dev 0 //切换到SD卡 mmc part //查看SD卡分区 结果如下图所示：
图 22.4.33查看SD卡分区 从上图中可以看出，此时SD卡有两个分区，扇区2048~1024000为第一个分区，扇区1026048~30090240为第二个分区。 6、mmc read命令 mmc read命令用于读取mmc设备的数据，命令格式如下： mmc read addr blk# cnt addr是数据读取到DRAM中的地址，blk是要读取的块起始地址(十六进制)，一个块是512字节，这里的块和扇区是一个意思，在MMC设备中我们通常说扇区，cnt是要读取的块数量(十六进制)。比如从SD卡的第2048(0x800)个块开始，读取16(0x10)个块的数据到DRAM的0X00000000地址处，命令如下： mmc dev 0 0 //切换到MMC分区0 mmc read 00000000 800 10 //读取数据 结果如下图所示：
图 22.4.34 mmc read命令 7、mmc write命令 要将数据写到MMC设备里面，可以使用命令“mmc write”，格式如下： mmc write addr blk# cnt addr是要写入MMC中的数据在DRAM中的起始地址，blk是要写入MMC的块起始地址(十六进制)，cnt是要写入的块大小，一个块为512字节。注意千万不要写SD卡或者EMMC的前两个块(扇区)，里面保存着分区表信息。 8、mmc erase命令 如果要擦除MMC设备的指定块就是用命令“mmc erase”，命令格式如下： mmc erase blk# cnt blk为要擦除的起始块，cnt是要擦除的数量。没事不要用mmc erase来擦除MMC设备。 关于MMC设备相关的命令就讲解到这里，表 22.4.5.1中还有一些跟MMC设备操作有关的命令，但是很少用到，这里就不讲解了，感兴趣的可以上网查一下，或者在uboot中查看这些命令的使用方法。 1.4.6 FAT格式文件系统操作命令有时候需要在uboot中对SD卡或者EMMC中存储的文件进行操作，这时候就要用到文件操作命令，跟文件操作相关的命令有：fatinfo、fatls、fstype、fatload和fatwrite，但是这些文件操作命令只支持FAT格式的文件系统。 1、fatinfo命令 fatinfo命令用于查询指定MMC指定分区的文件系统信息，格式如下： fatinfo <interface> [<dev[:part]>] interface表示接口，比如mmc，dev是查询的设备号，part是要查询的分区。比如我们要查询SD卡分区1的文件系统信息，命令如下： fatinfo mmc 0:1 结果如下图所示：
图 22.4.35 SD卡分区1文件系统信息 从上图可以看出，SD卡分区1的文件系统为FAT32格式的。 2、fatls命令 fatls命令用于查询FAT格式设备的目录和文件信息，命令格式如下： fatls <interface> [<dev[:part]>][directory] interface是要查询的接口，比如mmc，dev是要查询的设备号，part是要查询的分区，directory是要查询的目录。比如查询SD卡分区1中的所有的目录和文件，输入命令： fatls mmc 0:1 结果如下图所示：
图 22.4.36 SD卡分区1文件查询 从上图可以看出，SD卡的分区1中存放着1个文件：BOOT.BIN，没有目录。该文件是我们拷贝到SD卡的FAT32分区中的ZYNQ启动文件。 3、fstype命令 fstype用于查看MMC设备某个分区的文件系统格式，命令格式如下： fstype <interface> <dev>:<part> 在17.2.10小节制作SD启动卡时我们将SD卡分成两个分区，我们来查看一下这两个分区的文件系统格式，输入命令： fstype mmc 0:1 fstype mmc 0:2 结果如下图所示：
图 22.4.37 fstype命令 从上图可以看出，分区1的格式为fat，分区1用于存放BOOT.BIN 文件。分区2的格式为ext4，用于存放Linux的根文件系统。 4、fatload命令 fatload命令用于将指定的文件读取到DRAM中，命令格式如下： fatload <interface> [<dev[:part]>[<addr> [<filename> [bytes [pos]]]]] interface为接口，比如mmc，dev是设备号，part是分区，addr是保存在DRAM中的起始地址，filename是要读取的文件名字。bytes表示读取多少字节的数据，如果bytes为0或者省略的话表示读取整个文件。pos是要读的文件相对于文件首地址的偏移，如果为0或者省略的话表示从文件首地址开始读取。我们将SD卡分区1中的BOOT.BIN文件读取到DRAM中的0X00000000地址处，命令如下： fatload mmc 0:1 00000000 BOOT.BIN 操作过程如下图所示：
图 22.4.38读取过程 从上图可以看出在241ms内读取了4687080个字节的数据，速度为18.5MiB/s，速度还是非常快的。 5、fatwrite命令 fatwirte命令用于将DRAM中的数据写入到MMC设备中，命令格式如下： fatwrite <interface> <dev[:part]><addr> <filename> <bytes> interface为接口，比如mmc，dev是设备号，part是分区，addr是要写入的数据在DRAM中的起始地址，filename是写入的数据文件名字，bytes表示要写入多少字节的数据。我们可以通过fatwrite命令在uboot中更新linux镜像文件和设备树。我们以更新linux镜像文件image.ub为例，首先将Petalinux工程目录images/linux下的image.ub镜像文件拷贝到Ubuntu中的tftpboot目录下，这一步我们在17.2.8节编译工程完成后Petalinux工具已经为我们做好了，从下图我们可以看到image.ub镜像文件已经存在于/tftpboot目录下，如下图所示：
图 22.4.39 tftpboot目录中image.ub镜像文件 使用命令tftpboot将image.ub镜像文件下载到DRAM的0X00000000地址处，命令如下： tftpboot 00000000 image.ub 下载过程如下图所示：
图 22.4.40 image.ub下载过程 image.ub大小为4009712 (0X3d2ef0)个字节，接下来使用命令fatwrite将其写入到SD卡的分区1中，文件名字为image.ub，命令如下： fatwrite mmc 0:1 00000000 image.ub 0x3d2ef0 结果如下图所示：
图 22.4.41 将zImage烧写到SD卡分区1中 完成以后使用“fatls”命令查看一下SD卡分区1里面的文件，结果如下图所示：
图 22.4.42 SD卡分区1里面的文件 1.4.7 EXT格式文件系统操作命令uboot有ext2和ext4这两种格式的文件系统的操作命令，常用的就四个命令，分别为：ext2load、ext2ls、ext4load、ext4ls和ext4write。这些命令的含义和使用与fatload、fatls和fatwrit一样，只是ext2和ext4都是针对ext文件系统的。比如ext4ls命令，SD卡的分区2就是ext4格式的，使用ext4ls就可以查询SD卡的分区2中的文件和目录，输入命令： ext4ls mmc 0:2 结果如下图所示：
图 22.4.43 ext4ls命令 关于ext格式文件系统其他命令的操作参考22.4.6小节的即可，这里就不讲解了。 1.4.8 系统引导命令uboot的本质工作是引导操作系统如Linux，所以uboot肯定有相关的引导(boot)命令来启动操作系统。常用的跟系统引导有关的命令有：bootm、bootz和boot。 要启动Linux，需要先将Linux镜像文件拷贝到DRAM中，如果使用到设备树的话也需要将设备树拷贝到DRAM中。可以从SD卡中将Linux镜像和设备树文件加载到DRAM，也可以通过nfs或者tftp协议将Linux镜像文件和设备树文件下载到DRAM中。无论用哪种方法，只要能将Linux镜像和设备树文件存到DRAM中就行，然后使用bootm命令来启动。 一般更多的是通过tftp协议从网络获取，这样调试内核和设备树时极其方便。需要注意的是通过tftp协议从网络获取时需要先设置serverip变量值为内核和设备树文件所在的Ubuntu主机的IP地址，如何设置见22.4.4节的网络操作命令。另外使用tftp协议时需要将对应文件拷贝到Ubuntu主机的tftp服务器存储文件夹下，如我们在15.3节Ubuntu系统搭建tftp服务器中的/tftpboot目录，这一步通常我们在编译Petalinux工程的时候Petalinux工具已经帮我们做好了。如果/tftpboot目录下没有对应文件，可以将Petalinux工程所在目录的image/linux目录下对应文件拷贝到/tftpboot目录中。下面我们学习如何通过网络启动Linux。 1、bootm命令 bootm命令用于启动在内存中的用mkimage工具处理过的内核映象。由于zynq使用image.ub镜像文件，而image.ub镜像文件属于U-Boot fitImage（参考29.3节image.ub的来源），里面通常包括linux内核和设备树，所以可以将image.ub镜像文件写到DRAM中，然后使用bootm命令来启动。启动Linux内核的命令如下： bootm addr addr是image.ub镜像在DRAM中的首地址。 现在我们使用tftp网络协议来启动Linux系统。image.ub文件可以在/tftpboot文件夹找到，如下图所示： file:///C:/Users/WCY/AppData/Local/Temp/msohtmlclip1/01/clip_image092.png 图 22.4.44 tftpboot目录中image.ub镜像文件 如果没有该文件，可以将Petalinux工程所在目录的image/linux目录下对应文件拷贝到/tftpboot文件夹。万事俱备后我们将image.ub下载到DRAM的0x10000000地址处，然后使用命令bootm启动，命令如下： tftpboot 10000000 image.ub bootm 命令运行结果如下图所示：
图 22.4.45 通过tftp协议启动Linux系统镜像 上图就是我们通过tftpboot和bootm命令来从网络启动Linux系统。其实这两步命令可以简化为一步命令，启动uboot后（默认已设置好serverip变量），使用“run netboot”命令即可，如下图所示：
图 22.4.46 使用“runnetboot”命令启动linux 从上图可以看到“runnetboot”命令运行的结果与我们在此之前运行的两步命令结果一样，只是更方便了些，这是因为Xilinx将之前分开的两步命令写到了netboot变量中，如下图所示：
图 22.4.47 netboot变量 所以后面我们调试内核的时候直接使用“run netboot”命令即可，方便快捷。 2、bootz命令 bootz和bootm功能类似，只是bootz命令用于启动zImage镜像文件，zynq使用的不多，了解即可。bootz命令格式如下： bootz [addr [initrd[:size]] [fdt]] 命令bootz有三个参数，addr是Linux镜像文件在DRAM中的位置，initrd是initrd文件在DRAM中的地址，如果不使用initrd的话使用‘-’代替即可，fdt就是设备树文件在DRAM中的地址。可以在/tftpboot目录找到zImage和system.dtb文件，如下图所示：
图 22.4.48 tftpboot文件夹 使用tftpboot命令将zImage下载到DRAM的0X00000000地址处，然后将设备树system.dtb下载到DRAM中的0X05000000地址处，最后使用命令bootz启动，命令如下： tftpboot 00000000 zImage tftpboot 05000000 system.dtb bootz 00000000 - 05000000 命令运行结果如下图所示：
图 22.4.49通过网络启动Linux 上图就是我们通过tftpboot和bootz命令来从网络启动Linux系统。如果我们要从SD中启动Linux系统的话只需要使用命令fatload将zImage和system.dtb从SD卡的分区1中拷贝到DRAM中，然后使用命令bootz启动即可，bootm同理。 3、boot命令 boot命令也是用来启动Linux系统的，只是boot会读取环境变量bootcmd来启动Linux系统，bootcmd是一个很重要的环境变量！其名字分为“boot”和“cmd”，也就是“引导”和“命令”，说明这个环境变量保存着引导命令，其实就是启动的命令集合，具体的引导命令内容是可以修改的。比如我们要想使用tftpboot命令从网络启动Linux那么就可以设置bootcmd为“tftpboot 10000000 image.ub;bootm”，然后使用saveenv将bootcmd保存起来。然后直接输入boot命令即可从网络启动Linux系统，命令如下： setenv bootcmd 'tftpboot 10000000 image.ub;bootm' boot 运行结果如下图所示：
图 22.4.50设置bootcmd从网络启动Linux 前面说过uboot倒计时结束以后就会启动Linux系统，其实就是执行的bootcmd中的启动命令。 1.4.9 其他常用命令uboot中还有其他一些常用的命令，比如reset、run和mtest等。 1、reset命令 reset命令顾名思义就是复位，输入“reset”即可复位重启，如下图所示：
图 22.4.51 reset命令运行结果 2、run命令 run命令用于运行环境变量中定义的命令，比如可以通过“run bootcmd”来运行bootcmd中的启动命令。我们在讲解bootm命令时就使用过“run netboot”命令以使用tftp网络协议下载linux镜像并启动。 3、mtest命令 mtest命令是一个简单的内存读写测试命令，可以用来测试自己开发板上的DDR，命令格式如下： mtest [start [end [pattern [iterations]]]] start是要测试的DRAM开始地址，end是结束地址，比如我们测试0X00000000~0X00001000这段内存，输入“mtest 00000000 00001000”，结果如下图所示：
图 22.4.52 mtest命令运行结果 从上图可以看出，测试范围为0X00000000~0X00001000，已经测试了2549次，如果要结束测试就按下键盘上的“Ctrl+C”键。 至此，uboot常用的命令就讲解完了，如果要使用uboot的其他命令，可以查看uboot中的帮助信息，或者上网查询一下相应的资料。
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发表于 2020-11-27 11:02:10
