U-Boot是如何引导系统的

通过串口连接BeagleBone Black，参见http://elinux.org/Beagleboard:Terminal_Shells
启动到U-Boot的时候，会看到

• Hit any key to stop autoboot:0
  

按下任意键则放弃了自动引导，从而进入了U-Boot的命令行。
在这里你可以手动进行接下来系统的引导。但是我不会。
虽然不会，但是用于板子上的系统有自动引导，
我们可以分析自动引导，来了解U-Boot是如何引导系统的。

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在U-Boot的官网手册中看到了2个关键的环境变量和1个命令。
bootcmd: This variable defines a command string that is automatically executed
         when the initial countdown is not interrupted.
         This command is only executed when the variable bootdelay is also defined!
bootargs: The contents of this variable are passed to the Linux kernel as boot
          arguments (aka "command line").

run    - run commands in an environment variable

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bootcmd中的命令就是出现“Hit any key to stop autoboot”提示后，不按任意键，会自动运行的命令。
bootargs是传递给Linux内核的参数。
run是运行环境变量中的命令，bootcmd中包含run命令。

所以分析引导过程要从bootcmd开始。
在U-Boot的命令行中输入printenv可显示所有的环境变量，我已经把相关的粘贴到了下面。
为方便阅读我添加了换行。

• bootcmd=
•   run findfdt;
•   run mmcboot;
•   setenv mmcdev 1;
•   setenv bootpart 1:2;
•   run mmcboot;
•   run nandboot;
• findfdt=
•   if test $board_name = A335BONE;
•   then
•     setenv fdtfile am335x-bone.dtb;
•   fi;
•   if test $board_name = A335BNLT;
•   then
•     setenv fdtfile am335x-boneblack.dtb;
•   fi;
•   if test $board_name = A33515BB;
•   then
•     setenv fdtfile am335x-evm.dtb;
•   fi;
•   if test $board_name = A335X_SK;
•   then
•     setenv fdtfile am335x-evmsk.dtb;
•   fi;
•   if test $fdtfile = undefined;
•   then
•     echo WARNING: Could not determine device tree to use;
•   fi;
• board_name=A335BNLT
• 
  

首先是运行findfdt中的命令，目的是通过board_name来设置fdtfile，结果是fdtfile的值为am335x-boneblack.dtb。

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• mmcboot=
•   mmc dev ${mmcdev};
•   if mmc rescan;
•   then
•     echo SD/MMC found on device ${mmcdev};
•     if run loadbootenv;
•     then
•       echo Loaded environment from ${bootenv};
•       run importbootenv;
•     fi;
•     if test -n $uenvcmd;
•     then
•       echo Running uenvcmd ...;
•       run uenvcmd;
•     fi;
•     if run loadimage;
•     then
•       run mmcloados;
•     fi;
•   fi;
• mmcdev=0
• 
  

"mmc dev 0"是将设备切换到0，通常有2个设备一个是SD卡，一个是eMMC。

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• loadbootenv=load mmc ${mmcdev} ${loadaddr} ${bootenv}
• loadaddr=0x80200000
• bootenv=uEnv.txt
• 
  

这应该是从设备0的第1个分区装载uEnv.txt到地址0x80200000。
当默认的环境变量不符合要求时，可以用uEnv.txt设置新的环境变量。没有它也可以，先不用管，后面说。

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• importbootenv=echo Importing environment from mmc ...; env import -t $loadaddr $filesize
• 
  

这是把uEnv.txt中的环境变量导入到U-Boot的环境变量中。“filesize”没有指定。

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• loadimage=load mmc ${bootpart} ${loadaddr} ${bootdir}/${bootfile}
• bootpart=0:2
• bootdir=/boot
• bootfile=zImage
• 
  

由于我没有“uenvcmd”这个环境变量，所以那个条件语句中的内容没有执行。我记着Arch Linux好像用了那个，那个变量应该在uEnv.txt中。
于是直接到了loadimage，这里和载入uEnv.txt是相似的，“0:2”的意思是设备0的第2个分区，而载入uEnv.txt时没有指定分区，就默认第1分区了。
loadimage的目的是将Linux内核载入内存。

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• mmcloados=
•     run mmcargs;
•     if test ${boot_fdt} = yes || test ${boot_fdt} = try;
•     then
•         if run loadfdt;
•         then
•             bootz ${loadaddr} - ${fdtaddr};
•         else
•             if test ${boot_fdt} = try;
•             then
•                 bootz;
•             else
•                 echo WARN: Cannot load the DT;
•             fi;
•         fi;
•     else
•         bootz;
•     fi;
• 
  

• mmcargs=setenv bootargs console=${console} ${optargs} root=${mmcroot} rootfstype=${mmcrootfstype}
• console=ttyO0,115200n8
• mmcroot=/dev/mmcblk0p2 ro
• mmcrootfstype=ext4 rootwait
• 
  

这个就是设置bootargs这一个环境变量而已，用于向内核传递参数。

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• boot_fdt=try
• loadfdt=load mmc ${bootpart} ${fdtaddr} ${bootdir}/${fdtfile}
• fdtaddr=0x80F80000
  

之前载入了Linux内核，这里载入了设备树文件。
最后通过bootz后接2个地址就启动了系统。

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总结如下

• mmc dev 0;
• load mmc 0:2 0x80200000 /boot/zImage
• setenv bootargs concole=ttyO0,115200n8 root=mmcroot=/dev/mmcblk0p2 ro rootfstype=ext4 rootwait
• load mmc 0:2 0x80F80000 /boot/am335x-boneblack.dtb
• bootz 0x80200000 - 0x80F80000
  

这是默认环境变量的行为。而我们的系统可能与其不同。这就要修改环境变量。
我知道有2种方式，一种是在U-Boot的命令行中通过命令修改，另一种就是通过uEnv.txt了。
这里介绍uEnv.txt的方式。先列出我uEnv.txt的内容，不用详细看，看我下面的说明。

• bootfile=uImage
• loadfdt=load mmc ${bootpart} ${fdtaddr} ${bootdir}/dts/${fdtfile}
• mmcloados=run mmcargs; if test ${boot_fdt} = yes || test ${boot_fdt} =
• try; then if run loadfdt; then bootm ${loadaddr} - ${fdtaddr}; else if
• test ${boot_fdt} = try; then bootz; else echo WARN: Cannot load the DT;
• fi; fi; else bootz; fi;
• mmcroot=/dev/mmcblk0p2 rw
• mmcargs=setenv bootargs console=${console} ${optargs} root=${mmcroot} rootfstype=${mmcrootfstype} init=/usr/lib/systemd/systemd
• 
  

一共6行，最后一行空白。
bootfile修改了内核名字，
loadfdt中只是在目录中加了“dts/”，
mmcloados主要是把bootz改成bootm。
mmcroot把只读改成了读写。
mmcargs只是在后面指定了init为systemd，也有其他方法，如init为指向systemd的软链接。

这里是从设备0启动系统，怎样知道自己的系统位于哪个设备呢，也许有某种约定，比如如果有SD卡，那么SD卡是0。
我不知道的话，可以在U-Boot的命令行中通过命令判断。如，

• U-Boot# mmc list
• OMAP SD/MMC: 0
• OMAP SD/MMC: 1
  

列出mmc设备。

• U-Boot# mmc dev
• mmc0 is current device
  

显示当前是那个设备。

• U-Boot# mmc part
• Partition Map for MMC device 0  --   Partition Type: DOS
• Part    Start Sector    Num Sectors     UUID            Type
•   1     2048            131072          29942d7e-01     0c Boot
•   2     133120          15390720        29942d7e-02     83
  

显示当前设备的分区信息。

• U-Boot# ls mmc 0:1
•    100688   mlo
•    308232   u-boot.img
•       510   uenv.txt
• 3 file(s), 0 dir(s)
• 
  

列出设备0第1个分区“/”目录的文件，我没有指定，默认为“/”。