嵌入式linux系统启动的过程是怎样的

简介


GEC6818 S5P6818 Cortex-A53 ARM
GEC6818 —>一个开发板的名字
S5P6818 —>三星的一款处理器芯片的名字。
Cortex-A53—>S5P6818处理采用的ARM内核。64bits 8核的处理器。
ARM—>是一种处理器的架构。
概括的说启动的过程：
硬件上电—>运行S5P6818内部的boot—>调用eMMC中的u-boot—>加载eMMC的linux内核—>挂载eMMC中的根文件系统—>运行应用程序
嵌入式linux系统由：uboot + kernel + filesystem（rootfs） 三部分组成
从打印日志入手 熟悉启动过程

CPU处理器内部的boot

Second Boot by Nexell Co. : Ver0.3.6 - Built on Jun 12 2015 20:06:08


NSIH : Ver0.0.xx


DDR3 POR Init Start 0
phy init
Lock value  = 186
GATE CYC    = 0x00000492
GATE CODE   = 0x00000000
Read  DQ    = 0x08080808
Write DQ    = 0x08080808




DDR3 Init Done!  （初始化DDR）
CCI Init!
Wakeup CPU Wakeup CPU 1234567
CPU Wakeup done! WFI is expected.
CPU0 is Master!


Loading from sdmmc...（sdmmc为存储结构 ）
Image Loading Done!
Launch to 0x0000000043C00000
)


1.执行u-boot程序

嵌入式linux平台开机uboot部分log：

U-Boot 2014.07 (Apr 27 2017 - 15:45:25)    -->这里为uboot版本


PLL : [0] =  800000000, [1] =  800000000, [2] =  780000000, [3] =  800000000
(0) PLL1: CPU  FCLK =  800000000, HCLK = 200000000 (G0)
(7) PLL1: CPU  FCLK =  800000000, HCLK = 200000000 (G1)
(2) PLL3: MEM  FCLK =  800000000, DCLK = 800000000, BCLK = 400000000, PCLK = 200000000
(1) PLL0: BUS  BCLK =  400000000, PCLK = 200000000
(8) PLL0: CCI4 BCLK =  400000000, PCLK = 200000000
(3) PLL0: G3D  BCLK =  400000000
(4) PLL0: CODA BCLK =  400000000, PCLK = 200000000
(5) PLL0: DISP BCLK =  400000000, PCLK = 200000000
(6) PLL0: HDMI PCLK =  133333333
I2C:   ready
DRAM:  1 GiB
Heap = 0x44000000~0x46000000
Code = 0x43c00000~0x43c83e48
GLD  = 0x43bffeb8
GLBD = 0x43bffe68
SP   = 0x43bffe68,0x43bffe48(CURR)
PC   = 0x43c06640
TAGS = 0x40000100
PAGE = 0x43c90000~0x43c9c000
MACH = [4330]   
VER  = 0      
BOARD= [x6818]
//uboot主要作用为搭建c运行环境并加载内核镜像
   Image Name:   Linux-3.4.39-gec
   Image Type:   ARM Linux Kernel Image (uncompressed)
   Data Size:    5533816 Bytes = 5.3 MiB
   Load Address: 40008000
   Entry Point:  40008000
   Verifying Checksum ... OK
   Loading Kernel Image ... OK


Starting kernel ...   --->此处后为kernel log


2.加载linux内核

嵌入式linux平台开机kernel部分log：

[    0.000000] Booting Linux on physical CPU 0    -->CPU指针从地址0开始
[    0.000000] Initializing cgroup subsys cpu
[    0.000000] Linux version 3.4.39-gec (gec@ubuntu) (gcc version 4.8 (GCC) ) #3 SMP PREEMPT Thu Jan 25 14:47:54 CST 2018  -->内核镜像版本
[    0.000000] Initialized persistent memory from 635fc000-635fffff
[    0.000000] CPU : iomap[ 0]: p 0xc0000000 -> v 0xf0000000 len=0x300000
[    0.000000] CPU : iomap[ 1]: p 0xe0000000 -> v 0xf0300000 len=0x100000
[    0.000000] CPU : iomap[ 2]: p 0xfff00000 -> v 0xf0400000 len=0x100000
[    0.000000] CPU : iomap[ 3]: p 0x2c000000 -> v 0xf0500000 len=0x100000
[    0.000000] CPU : iomap[ 4]: p 0x00000000 -> v 0xf0600000 len=0x100000
[    0.000000] CPU : DMA Zone Size =16M, CORE 8
[    0.000000] GEC6818 : done board initialize ...


3.挂载rootfs

[    2.571000] EXT4-fs (mmcblk0p2): recovery complete  --》 ext4位filesystem文件系统的格式
[    2.574000] EXT4-fs (mmcblk0p2): mounted filesystem with ordered data mode. Opts: (null)
[    2.578000] VFS: Mounted root (ext4 filesystem) on device 179:2.
[    2.584000] devtmpfs: mounted
[    2.587000] Freeing init memory: 244K
[    2.591000] Write protecting the kernel text section c0008000 - c0a1d000
[    2.598000] rodata_test: attempting to write to read-only section:
[    2.603000] write to read-only section trapped, success
[    2.749000] EXT4-fs (mmcblk0p2): re-mounted. Opts: data=ordered


4.加载完后 进入终端（命令输入行）

类似：
[root@GEC6818 /]#
测试文件系统已搭建完成，环境变量 以及 可执行的命令 busybox工具箱 都已准备就绪，所以此时我们才可以执行我们编译好的程序或者脚本文件
执行一个脚本文件—》 /etc/profile 该脚本在linux平台启动后会执行，可在里面添加执行自己的程序，便可完成开机自启动的功能了。

UBOOT

1.什么是u-boot

U-Boot – the Universal Boot Loader
u-boot是一个通用的bootloader，相当于PC机BIOS，是一个启动引导程序。完成硬件的初始化，并加载操作系统。
uboot是一个裸机程序，不属于linux系统的一部分。
"通用"的含义：
1）支持多种处理器的架构：ARM、x86、MIPS、PowerPC、…
2）引导多种操作系统：linux、WinCE、Vxworks、…
3）支持多种开发板…
其他的bootloader：vivi,redboot，…
2、uboot是开源的，免费的


3、u-boot作用

1）boot: 初始化硬件

（1）stage1 （start.S ARM汇编编写的代码）        CPU级的初始化：处理器时钟，




（2）stage2（board.c--start_arm_boot()）
        BOARD级的初始化：LCD、网卡、USB、IIC、......


2）加载操作系统—linux内核（在eMMC上开始加载linux内核镜像）

uboot启动到最后，有一个倒计时，如果在倒计时的时间没有进入的uboot的命令行。执行一个boot的启动命令：
X6818# printenv
bootcmd=ext4load mmc（8G） 2:1 0x48000000 uImage;bootm 0x48000000
分析：
（1）linux内核uImage映像文件放在MMC2控制所接的电子硬盘eMMC的第一个分区上。使用ext4文件系统格式去加载uImage
（2）将uImage拷贝到0x48000000地址上。DDR3(1GB):0x4000_0000~0x7FFF_FFFF
（3）从0x48000000地址开始启动linux内核的映像文件—uImage
3）uboot提供一些工具

在进入kernel前，也就是start kernel log前任意键盘输入 可将系统暂留在uboot，uboot也有所谓的终端 及输入命令的地方
uboot一些命令解析

X6818# ?
0       - do nothing, unsuccessfully
1       - do nothing, successfully
?       - alias for 'help'
base    - print or set address offset
bdinfo  - print Board Info structure
boot    - boot default, i.e., run 'bootcmd'
bootd   - boot default, i.e., run 'bootcmd'
bootm   - boot application image from memory
bootp   - boot image via network using BOOTP/TFTP protocol
cmd     - cmd [command] options...
cmp     - memory compare
cp      - memory copy
crc32   - checksum calculation
dhcp    - boot image via network using DHCP/TFTP protocol
drawbmp - darw bmpfile on address 'addr' to framebuffer
env     - environment handling commands
exit    - exit script
ext4load- load binary file from a Ext4 filesystem
ext4ls  - list files in a directory (default /)
ext4write- create a file in the root directory
fastboot- fastboot- use USB Fastboot protocol


fatinfo - print information about filesystem
fatload - load binary file from a dos filesystem
fatls   - list files in a directory (default /)
fatwrite- write file into a dos filesystem
fdisk   - mmc list or create ms-dos partition tables (MAX TABLE 7)
go      - start application at address 'addr'
goimage - start Image at address 'addr'
help    - print command description/usage
i2c     - I2C sub-system
i2cmod  - set I2C mode
iminfo  - print header information for application image
loadbmp - load bmpfile with command or 'bootlog' environment
loop    - infinite loop on address range
md      - memory display
mdio    - MDIO utility commands
mii     - MII utility commands
mm      - memory modify (auto-incrementing address)
mmc     - MMC sub system
mmcinfo - display MMC info
mtest   - simple RAM read/write test
mw      - memory write (fill)
nm      - memory modify (constant address)
ping    - send ICMP ECHO_REQUEST to network host
pmic    - PMIC
printenv- print environment variables
reset   - Perform RESET of the CPU
run     - run commands in an environment variable
saveenv - save environment variables to persistent storage
sdfuse  - sdfuse  - read images from FAT partition of SD card and write them to booting device.


setenv  - set environment variables
showvar - print local hushshell variables
source  - run script from memory
test    - minimal test like /bin/sh
tftpboot- boot image via network using TFTP protocol
udown   - Download USB
update_mmc- update mmc data


version - print monitor, compiler and linker version
4、u-boot工具（命令）


1）X6818# bdinfo
arch_number = 0x000010EA
boot_params = 0x40000100
DRAM bank   = 0x00000000
-> start    = 0x40000000
-> size     = 0x40000000
eth0name    = dwmac.c0060000
ethaddr     = 00:e2:1c:ba:e8:60
current eth = dwmac.c0060000
ip_addr     = 192.168.6.3
baudrate    = 115200 bps
TLB addr    = 0x7FFF0000
relocaddr   = 0x46000000
reloc off   = 0x00000000
irq_sp      = 0x7DF6BF00
sp start    = 0x43BFFE68


其中uboot有环境变量的配置

2）X6818# printenv
androidcrc=-411152780
baudrate=115200
bootargs=lcd=at070tn92 tp=gslx680-linux root=/dev/mmcblk0p2 rw rootfstype=ext4
bootcmd=ext4load mmc 2:1 0x48000000 uImage;bootm 0x48000000
bootdelay=5
bootfile=uImage
ethact=dwmac.c0060000
ethaddr=00:e2:1c:ba:e8:60
ethprime=RTL8211
fastboot=flash=mmc,2:ubootpak:2nd:0x200,0x78000;flash=mmc,2:2ndboot:2nd:0x200,0x4000;flash=mmc,2:bootloader:boot:0x8000,0x70000;flash=mmc,2:boot:ext4:0x00100000,0x04000000;flash=mmc,2:system:ext4:0x04100000,0x2F200000;flash=mmc,2:cache:ext4:0x33300000,0x1AC00000;flash=mmc,2:misc:emmc:0x4E000000,0x00800000;flash=mmc,2:recovery:emmc:0x4E900000,0x01600000;flash=mmc,2:userdata:ext4:0x50000000,0x0;
filesize=41ee8
gatewayip=192.168.6.1
ipaddr=192.168.6.3
netmask=255.255.255.0
qtcrc=7688447
serverip=192.168.6.5
stderr=serial
stdin=serial
stdout=serial


Environment size: 860/32764 bytes
3）配置开发板的IP地址
#setenv ipaddr 192.168.150.31
#setenv serverip 192.168.150.32
#setenv gatewayip 192.168.150.1
#saveenv




4）X6818# ping 192.168.150.32
Speed: 1000, full duplex
Using dwmac.c0060000 device
host 192.168.150.32 is alive
X6818#
linux内核

1、linux内核的组成

1）进程管理和进程通信：进程的创建，进程的调度（抢占/时间片）、进程通信
2）内存管理
3）文件系统（虚拟文件系统）—设备驱动
4）网络协议（TCP/IP）
5）设备驱动
2.linux内核源码的结构

gec@ubuntu:~/6818GEC/kernel$ ls
Linux_SDK 目录介绍
目录：

├── linux_sdk
│   ├── app
│   ├── buildroot                                               根文件系统的编译目录
│   ├── build.sh -> device/rockchip/common/build.sh              全自动编译脚本
│   ├── device                                                   编译相关配置文件
│   ├── distro debian                                            根文件系统生成目录
│   ├── docs                                                     文档
│   ├── envsetup.sh -> buildroot/build/envsetup.sh
│   ├── external                                                第三方软件工具集
│   ├── kernel                                                   内核
│   ├── Makefile -> buildroot/build/Makefile
│   ├── mkfirmware.sh -> device/rockchip/common/mkfirmware.sh    rockdev链接更新脚本
│   ├── prebuilts                                                交叉编译工具
│   ├── rkbin                                                        存放RK平台执行文件
│   ├── rkflash.sh -> device/rockchip/common/rkflash.sh          烧写脚本
│   ├── rootfs                                                  根文件系统编译目录
│   ├── tools                                                    烧写、打包工具
│   └── u-boot                                                bootloader；构建硬件环境、c运行环境
3.内核的官网

最好去处理器的官网上下载uboot，linux源码。
rootfs文件系统

1.什么是rootfs

linux内核启动后，通过VFS（虚拟文件系统）去挂载硬盘中的一个文件系统，这个文件系统是linux挂载的第一个文件系统，这个文件系统会挂载到linux的"/"（根）目录下。
这个文件系统就叫根文件系统或rootfs。
rootfs也有文件的格式：ext4. yaffs/yaffs2、、、
rootfs的内容不是一个应用程序，是一个“包”，里面包含linux shell命令、linux的工具、设备文件、执行应用程序使用的动态库、应用程序、linux系统的配置信息…
一些根目录下的目录定义

1）bin
---->常见的linux shell命令和工具
2）dev
---->设备文件–linux应用程序访问驱动程序的路径
3）etc
[root@GEC6818 ~]#ls /etc
fstab hosts issue passwd profile.d services
group init.d mdev.conf pointercal protocols
hostname inittab mtab profile resolv.conf
---->linux系统的配置文件
4）lib
---->linux系统运行应用程序的时候，使用的动态库。
5）linuxrc
[root@GEC6818 /]#ls linuxrc -l
lrwxrwxrwx 1 root root 11 Dec 27 2016 linuxrc -> bin/busybox
busybox—是linux系统中的一个百宝箱—>linux的shell命令和工具。
busybox也是一个免费、开源的源码包，经过交叉编译，会生成嵌入式linux系统所使用的shell命令。

6）mnt
[root@GEC6818 /]#ls /mnt/
sd udisk
---->linux系统的挂载点
提示：插入U盘后

[root@GEC6818 /]#ls /dev/sda* -l
brw-rw-rw-    1 root     root        8,   0 Jan  1 00:55 /dev/sda
brw-rw-rw-    1 root     root        8,   1 Jan  1 00:55 /dev/sda1


查看当前系统分区结构

[root@GEC6818 /]#cat /proc/partitions
major minor  #blocks  name
179        0    7634944 mmcblk0
179        1      65536 mmcblk0p1
179        2     772096 mmcblk0p2
179        3     438272 mmcblk0p3
179        4          1 mmcblk0p4
179        5       8192 mmcblk0p5
179        6      22528 mmcblk0p6
179        7    6324224 mmcblk0p7
179       16       4096 mmcblk0boot1
179        8       4096 mmcblk0boot0
   8        0   15109421 sda
   8        1   15108880 sda1


挂载U盘


[root@GEC6818 /]#mkfs.vfat /dev/sda1




[root@GEC6818 /]#mount -t vfat /dev/sda1 /data


卸载u盘


[root@GEC6818 /]#umount /data


7）proc
------>linux系统的工作状态信息，实时反映的。
每个进程的工作状态、CPU信息、linux内核版本、中断信息，内存信息，启动时间、…
8）root
root用户的家目录
9）***in
----有管理员权限的linux shell命令和工具
10）sys
----linux设备驱动的详细信息
11）tmp
----临时文件
12）usr
[root@GEC6818 /]#ls /usrbin    lib    local  ***in   share bin和***in---->用户的工具和shell命令
lib----用户的动态库
[root@GEC6818 /]#ls /usr/local/Qt-Embedded-5.7.0/bin           lib           qmlexamples      plugins       translations[root@GEC6818 /]#ls /usr/share/fonts   udhcpc 13）var
linux系统的工作日志