U-Boot是“Monitor”。除了Bootloader的系統引導功能,它還有用戶命令接口,提供了一些復雜的調試、讀寫內存、燒寫Flash、配置環境變量等功能。掌握U-Boot的使用,將極大地方便嵌入式系統的開發。
6.4.1 燒寫U-Boot到Flash
新開發的電路板沒有任何程序可以執行,也就不能啟動,需要先將U-Boot燒寫到Flash中。
如果主板上的EPROM或者Flash能夠取下來,就可以通過編程器燒寫。例如:計算機BIOS就存儲在一塊256KB的Flash上,通過插座與主板連接。
但是多數嵌入式單板使用貼片的Flash,不能取下來燒寫。這種情況可以通過處理器的調試接口,直接對板上的Flash編程。
處理器調試接口是為處理器芯片設計的標準調試接口,包含BDM、JTAG和EJTAG 3種接口標準。JTAG接口在第4章已經介紹過;BDM(Background Debug Mode)主要應用在PowerPC8xx系列處理器上;EJTAG主要應用在MIPS處理器上。這3種硬件接口標準定義有所不同,但是功能基本相同,下面都統稱為JTAG接口。
JTAG接口需要專用的硬件工具來連接。無論從功能、性能角度,還是從價格角度,這些工具都有很大差異。關於這些工具的選擇,將在第6.4.1節詳細介紹。
最簡單方式就是通過JTAG電纜,轉接到計算機並口連接。這需要在主機端開發燒寫程序,還需要有並口設備驅動程序。開發板上電或者復位的時候,燒寫程序探測到處理器並且開始通信,然后把Bootloader下載並燒寫到Flash中。這種方式速率很慢,可是價格非常便宜。一般來說,平均每秒鐘可以燒寫100~200個字節。
燒寫完成后,復位實驗板,串口終端應該顯示U-Boot的啟動信息。
6.4.2 U-Boot的常用命令
U-Boot上電啟動后,敲任意鍵可以退出自動啟動狀態,進入命令行。
U-Boot 1.1.2 (Apr 26 2005 - 12:27:13)
U-Boot code: 11080000 -> 1109614C BSS: -> 1109A91C
RAM Configuration:
Bank #0: 10000000 32 MB
Micron StrataFlash MT28F128J3 device initialized
Flash: 32 MB
In: serial
Out: serial
Err: serial
Hit any key to stop autoboot: 0
U-Boot>
在命令行提示符下,可以輸入U-Boot的命令並執行。U-Boot可以支持幾十個常用命令,通過這些命令,可以對開發板進行調試,可以引導Linux內核,還可以擦寫Flash完成系統部署等功能。掌握這些命令的使用,才能夠順利地進行嵌入式系統的開發。
輸入help命令,可以得到當前U-Boot的所有命令列表。每一條命令后面是簡單的命令說明。
=> help
? - alias for 'help'
autoscr - run script from memory
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
cmp - memory compare
coninfo - print console devices and information
cp - memory copy
crc32 - checksum calculation
dhcp - invoke DHCP client to obtain IP/boot params
echo - echo args to console
erase - erase FLASH memory
flinfo - print FLASH memory information
go - start application at address 'addr'
help - print online help
iminfo - print header information for application image
imls - list all images found in flash
itest - return true/false on integer compare
loadb - load binary file over serial line (kermit mode)
loads - load S-Record file over serial line
loop - infinite loop on address range
md - memory display
mm - memory modify (auto-incrementing)
mtest - simple RAM test
mw - memory write (fill)
nfs - boot image via network using NFS protocol
nm - memory modify (constant address)
printenv - print environment variables
protect - enable or disable FLASH write protection
rarpboot - boot image via network using RARP/TFTP protocol
reset - Perform RESET of the CPU
run - run commands in an environment variable
saveenv - save environment variables to persistent storage
setenv - set environment variables
sleep - delay execution for some time
tftpboot - boot image via network using TFTP protocol
version - print monitor version
=>
U-Boot還提供了更加詳細的命令幫助,通過help命令還可以查看每個命令的參數說明。由於開發過程的需要,有必要先把U-Boot命令的用法弄清楚。接下來,根據每一條命令的幫助信息,解釋一下這些命令的功能和參數。
=> help bootm
bootm [addr [arg ...]]
- boot application image stored in memory
passing arguments 'arg ...'; when booting a Linux kernel,
'arg' can be the address of an initrd image
bootm命令可以引導啟動存儲在內存中的程序映像。這些內存包括RAM和可以永久保存的Flash。
第1個參數addr是程序映像的地址,這個程序映像必須轉換成U-Boot的格式。
第2個參數對於引導Linux內核有用,通常作為U-Boot格式的RAMDISK映像存儲地址;也可以是傳遞給Linux內核的參數(缺省情況下傳遞bootargs環境變量給內核)。
=> help bootp
bootp [loadAddress] [bootfilename]
bootp命令通過bootp請求,要求DHCP服務器分配IP地址,然后通過TFTP協議下載指定的文件到內存。
第1個參數是下載文件存放的內存地址。
第2個參數是要下載的文件名稱,這個文件應該在開發主機上準備好。
=> help cmp
cmp [.b, .w, .l] addr1 addr2 count
- compare memory
cmp命令可以比較2塊內存中的內容。.b以字節為單位;.w以字為單位;.l以長字為單位。注意:cmp.b中間不能保留空格,需要連續敲入命令。
第1個參數addr1是第一塊內存的起始地址。
第2個參數addr2是第二塊內存的起始地址。
第3個參數count是要比較的數目,單位按照字節、字或者長字。
=> help cp
cp [.b, .w, .l] source target count
- copy memory
cp命令可以在內存中復制數據塊,包括對Flash的讀寫操作。
第1個參數source是要復制的數據塊起始地址。
第2個參數target是數據塊要復制到的地址。這個地址如果在Flash中,那麼會直接調用寫Flash的函數操作。所以U-Boot寫Flash就使用這個命令,當然需要先把對應Flash區域擦干凈。
第3個參數count是要復制的數目,根據cp.b cp.w cp.l分別以字節、字、長字為單位。
=> help crc32
crc32 address count [addr]
- compute CRC32 checksum [save at addr]
crc32命令可以計算存儲數據的校驗和。
第1個參數address是需要校驗的數據起始地址。
第2個參數count是要校驗的數據字節數。
第3個參數addr用來指定保存結果的地址。
=> help echo
echo [args..]
- echo args to console; \c suppresses newline
echo命令回顯參數。
=> help erase
erase start end
- erase FLASH from addr 'start' to addr 'end'
erase N:SF[-SL]
- erase sectors SF-SL in FLASH bank # N
erase bank N
- erase FLASH bank # N
erase all
- erase all FLASH banks
erase命令可以擦Flash。
參數必須指定Flash擦除的範圍。
按照起始地址和結束地址,start必須是擦除塊的起始地址;end必須是擦除末尾塊的結束地址。這種方式最常用。舉例說明:擦除0x20000 – 0x3ffff區域命令為erase 20000 3ffff。
按照組和扇區,N表示Flash的組號,SF表示擦除起始扇區號,SL表示擦除結束扇區號。另外,還可以擦除整個組,擦除組號為N的整個Flash組。擦除全部Flash只要給出一個all的參數即可。
=> help flinfo
flinfo
- print information for all FLASH memory banks
flinfo N
- print information for FLASH memory bank # N
flinfo命令打印全部Flash組的信息,也可以只打印其中某個組。一般嵌入式系統的Flash只有一個組。
=> help go
go addr [arg ...]
- start application at address 'addr'
passing 'arg' as arguments
go命令可以執行應用程序。
第1個參數是要執行程序的入口地址。
第2個可選參數是傳遞給程序的參數,可以不用。
=> help iminfo
iminfo addr [addr ...]
- print header information for application image starting at
address 'addr' in memory; this includes verification of the
image contents (magic number, header and payload checksums)
iminfo可以打印程序映像的開頭信息,包含了映像內容的校驗(序列號、頭和校驗和)。
第1個參數指定映像的起始地址。
可選的參數是指定更多的映像地址。
=> help loadb
loadb [ off ] [ baud ]
- load binary file over serial line with offset 'off' and baudrate 'baud'
loadb命令可以通過串口線下載二進制格式文件。
=> help loads
loads [ off ]
- load S-Record file over serial line with offset 'off'
loads命令可以通過串口線下載S-Record格式文件。
=> help mw
mw [.b, .w, .l] address value [count]
- write memory
mw命令可以按照字節、字、長字寫內存,.b .w .l的用法與cp命令相同。
第1個參數address是要寫的內存地址。
第2個參數value是要寫的值。
第3個可選參數count是要寫單位值的數目。
=> help nfs
nfs [loadAddress] [host ip addr:bootfilename]
nfs命令可以使用NFS網絡協議通過網絡啟動映像。
=> help nm
nm [.b, .w, .l] address
- memory modify, read and keep address
nm命令可以修改內存,可以按照字節、字、長字操作。
參數address是要讀出並且修改的內存地址。
=> help printenv
printenv
- print values of all environment variables
printenv name ...
- print value of environment variable 'name'
printenv命令打印環境變量。
可以打印全部環境變量,也可以只打印參數中列出的環境變量。
=> help protect
protect on start end
- protect Flash from addr 'start' to addr 'end'
protect on N:SF[-SL]
- protect sectors SF-SL in Flash bank # N
protect on bank N
- protect Flash bank # N
protect on all
- protect all Flash banks
protect off start end
- make Flash from addr 'start' to addr 'end' writable
protect off N:SF[-SL]
- make sectors SF-SL writable in Flash bank # N
protect off bank N
- make Flash bank # N writable
protect off all
- make all Flash banks writable
protect命令是對Flash寫保護的操作,可以使能和解除寫保護。
第1個參數on代表使能寫保護;off代表解除寫保護。
第2、3參數是指定Flash寫保護操作範圍,跟擦除的方式相同。
=> help rarpboot
rarpboot [loadAddress] [bootfilename]
rarboot命令可以使用TFTP協議通過網絡啟動映像。也就是把指定的文件下載到指定地址,然后執行。
第1個參數是映像文件下載到的內存地址。
第2個參數是要下載執行的映像文件。
=> help run
run var [...]
- run the commands in the environment variable(s) 'var'
run命令可以執行環境變量中的命令,后面參數可以跟幾個環境變量名。
=> help setenv
setenv name value ...
- set environment variable 'name' to 'value ...'
setenv name
- delete environment variable 'name'
setenv命令可以設置環境變量。
第1個參數是環境變量的名稱。
第2個參數是要設置的值,如果沒有第2個參數,表示刪除這個環境變量。
=> help sleep
sleep N
- delay execution for N seconds (N is _decimal_ !!!)
sleep命令可以延遲N秒鐘執行,N為十進制數。
=> help tftpboot
tftpboot [loadAddress] [bootfilename]
tftpboot命令可以使用TFTP協議通過網絡下載文件。按照二進制文件格式下載。另外使用這個命令,必須配置好相關的環境變量。例如serverip和ipaddr。
第1個參數loadAddress是下載到的內存地址。
第2個參數是要下載的文件名稱,必須放在TFTP服務器相應的目錄下。
這些U-Boot命令為嵌入式系統提供了豐富的開發和調試功能。在Linux內核啟動和調試過程中,都可以用到U-Boot的命令。但是一般情況下,不需要使用全部命令。比如已經支持以太網接口,可以通過tftpboot命令來下載文件,那麼還有必要使用串口下載的loadb嗎?反過來,如果開發板需要特殊的調試功能,也可以添加新的命令。
在建立交叉開發環境和調試Linux內核等章節時,在ARM平台上移植了U-Boot,並且提供了具體U-Boot的操作步驟。
6.4.3 U-Boot的環境變量
有點類似Shell,U-Boot也使用環境變量。可以通過printenv命令查看環境變量的設置。
U-Boot> printenv
bootdelay=3
baudrate=115200
netmask=255.255.0.0
ethaddr=12:34:56:78:90:ab
bootfile=uImage
bootargs=console=ttyS0,115200 root=/dev/ram rw initrd=0x30800000,8M
bootcmd=tftp 0x30008000 zImage;go 0x30008000
serverip=192.168.1.1
ipaddr=192.168.1.100
stdin=serial
stdout=serial
stderr=serial
Environment size: 337/131068 bytes
U-Boot>
表6.5是常用環境變量的含義解釋。通過printenv命令可以打印出這些變量的值。
表6.5 U-Boot環境變量的解釋說明
環 境 變 量 |
解 釋 說 明 |
bootdelay |
定義執行自動啟動的等候秒數 |
baudrate |
定義串口控制台的波特率 |
netmask |
定義以太網接口的掩碼 |
ethaddr |
定義以太網接口的MAC地址 |
bootfile |
定義缺省的下載文件 |
bootargs |
定義傳遞給Linux內核的命令行參數 |
bootcmd |
定義自動啟動時執行的幾條命令 |
serverip |
定義tftp服務器端的IP地址 |
ipaddr |
定義本地的IP地址 |
stdin |
定義標準輸入設備,一般是串口 |
stdout |
定義標準輸出設備,一般是串口 |
stderr |
定義標準出錯信息輸出設備,一般是串口 |
U-Boot的環境變量都可以有缺省值,也可以修改並且保存在參數區。U-Boot的參數區一般有EEPROM和Flash兩種設備。
環境變量的設置命令為setenv,在6.2.2節有命令的解釋。
舉例說明環境變量的使用。
=>setenv serverip 192.168.1.1
=>setenv ipaddr 192.168.1.100
=>setenv rootpath "/usr/local/arm/3.3.2/rootfs"
=>setenv bootargs "root=/dev/nfs rw nfsroot=\$(serverip):\$(rootpath) ip=
\$(ipaddr) "
=>setenv kernel_addr 30000000
=>setenv nfscmd "tftp \$(kernel_addr) uImage; bootm \$(kernel_addr) "
=>run nfscmd
上面定義的環境變量有serverip ipaddr rootpath bootargs kernel_addr。環境變量bootargs中還使用了環境變量,bootargs定義命令行參數,通過bootm命令傳遞給內核。環境變量nfscmd中也使用了環境變量,功能是把uImage下載到指定的地址並且引導起來。可以通過run命令執行nfscmd腳本。