總結(jié)分析：ARM的啟動，系統(tǒng)升級，燒寫過程和文件系統(tǒng)

本文所述的ARM的指的是Cortex A系列以及ARM9，ARM11，跑Linux操作系統(tǒng)。對于CortexM系列并不一定完全適用；

談到ARM以及啟動和燒寫等方面，首先我們要明確一下幾個關鍵詞：Uboot，Cmdline，啟動方式選擇，文件系統(tǒng)格式，存儲介質(zhì)，如NAND，EMMC，SD卡等

下面一個一個做相關介紹：

啟動方式：

① 一般CPU都可以配置為從多種介質(zhì)啟動，比如SPI Nor Flash，NAND，EMMC，SD卡，U盤等
② 大致原理是CPU內(nèi)部ROM有一段固化的啟動代碼，根據(jù)CPU配置引腳，判斷啟動位置，然后從外部介質(zhì)讀取數(shù)據(jù)啟動
③ 一般啟動介質(zhì)的前一部分代碼的作用必須是：初始化硬件參數(shù)，自身拷貝
④ 關于自拷貝：因為CPU內(nèi)部RAM很小，因此只能讀取一部分啟動介質(zhì)的數(shù)據(jù)即Uboot到內(nèi)部RAM運行，所以Uboot前一部分的工作需要將自身剩余部分拷貝到外部RAM中，然后加載運行

Uboot：

① 主要作用：引導Linux系統(tǒng)（主要是從存儲介質(zhì)的哪個地方讀取Kernel，傳遞什么樣的啟動參數(shù)）
② 其他功能：支持很多命令，主要是存儲控制和網(wǎng)絡命令，最終目的還是引導和升級系統(tǒng)用
③ 常用操作：TFTP，NAS，F(xiàn)lash操作，UBI操作，Setenv，boot等
④ 一般升級系統(tǒng)流程：使用tftp方式從主機下載kernel及文件系統(tǒng)等文件，然后使用flash等命令燒寫到存儲介質(zhì)如NAND，最后設定啟動參數(shù)，然后引導系統(tǒng)啟動；
⑤ 一般調(diào)試流程，介紹2種：
- 使用NAS從主機直接加載文件系統(tǒng)，直接在線調(diào)試，快捷方便
- 設定從SD卡啟動，從SD卡加載kernel和文件系統(tǒng)調(diào)試

CMDLINE:

① 一般由Uboot傳遞給Kernel，或者Kernel中配置寫死不過一般很少見

② 主要2個參數(shù)：
第一，指定console設備，用于打印輸出及做控制臺用
第二，指定rootfs掛載分區(qū)和類型

③ 看2個例子：

從NAND啟動，/proc/cmdline，加載的是UBI文件系統(tǒng)，位置在mtd3

console=ttymxc0,115200 ubi.mtd=3 root=ubi0:rootfs rootfstype=ubifs mtdparts=gpmi-nand:5m(boot),10m(kernel),1m(dtb),-(rootfs)

從SD卡啟動，/proc/cmdline，加載的是ext4文件系統(tǒng)，位置在sd卡第二分區(qū)mmcblk0p2

console=ttymxc0,115200 root=/dev/mmcblk0p2 rootwait rw rootdelay=5 mem=256M fstype=ext4 mtdparts=gpmi-nand:5m(boot),10m(kernel),1m(dtb),-(rootfs)

存儲介質(zhì)：

主要介紹Raw Flash 及 FTL devices區(qū)別

Flash特點：寫入前需要先擦除，有壽命且不長，而且容易產(chǎn)生壞塊

RAW Flash：即裸芯片，沒有控制器，針對其主要操作有擦除，讀和寫

Device： 在裸芯片上加了控制器，比如SD卡，U盤等；加了控制器后，只需要讀和寫就行了，不需要擦除。控制器做了一系列的工作：擦除，磨損平衡，磨損算法等等，一個控制器算法的好壞直接決定了設備的使用壽命。

文件系統(tǒng)：

① FAT：windows常用文件系統(tǒng)，一般U盤，sd卡即為fat格式
② ext2/3/4，Linux常用文件系統(tǒng)，一般用于FTL Device，即只有讀和寫
③ JFFS2，Linux常用，一般用于容量較小的Flash，且是Raw Flash，MTD設備
④ UBIFS，Linux常用文件系統(tǒng)，只能用于Raw Flash，因為kernel ubi子系統(tǒng)，有相關的磨損平衡算法，可以保證效率
⑤ SD卡啟動，文件系統(tǒng)掛載情況：

# mount
/dev/root on / type ext4 (rw,noatime,data=ordered)
proc on /proc type proc (rw,nosuid,nodev,noexec,noatime)
sysfs on /sys type sysfs (rw,nosuid,nodev,noexec,noatime)
tmpfs on /tmp type tmpfs (rw,nosuid,nodev,noatime)
tmpfs on /dev type tmpfs (rw,nosuid,relatime,size=512k,mode=755)
devpts on /dev/pts type devpts (rw,nosuid,noexec,relatime,mode=600)
debugfs on /sys/kernel/debug type debugfs (rw,noatime)
#
# cat /proc/mtd
dev:    size   erasesize  name
mtd0: 00500000 00020000 "boot"
mtd1: 00a00000 00020000 "kernel"
mtd2: 00100000 00020000 "dtb"
mtd3: 0f000000 00020000 "rootfs"

⑥ NAND啟動，文件系統(tǒng)掛載情況：

# mount
ubi0:rootfs on / type ubifs (rw,relatime)
devtmpfs on /dev type devtmpfs (rw,relatime,size=89164k,nr_inodes=22291,mode=755)
proc on /proc type proc (rw,relatime)
devpts on /dev/pts type devpts (rw,relatime,gid=5,mode=620)
tmpfs on /dev/shm type tmpfs (rw,relatime,mode=777)
tmpfs on /tmp type tmpfs (rw,relatime)
tmpfs on /run type tmpfs (rw,nosuid,nodev,relatime,mode=755)
sysfs on /sys type sysfs (rw,relatime)
#
# cat /proc/mtd
dev:    size   erasesize  name
mtd0: 00500000 00020000 "boot"
mtd1: 00a00000 00020000 "kernel"
mtd2: 00100000 00020000 "dtb"
mtd3: 0f000000 00020000 "rootfs"

燒寫過程：
① 一般從SD卡等外部方式啟動，在Uboot中，使用flash命令及UBI命令分別燒寫uboot，dtb，kernel，rootfs到對應的分區(qū)即可
② 第二使用芯片廠家的燒寫工具，如nxp的 mfgtoos，在pc上通過usb燒寫文件
③ 如已有uboot，在uboot中從sd卡，U盤等讀取文件燒寫；或tftp從pc下載文件燒寫

升級過程：
① 此升級指的是Uboot OK的前提下做Uboot，kernel，rootfs等升級
② 通過SD卡升級，一般是首先在PC上制作SD卡啟動分區(qū)，通過官方的工具燒寫升級文件到SD卡即可；此處的升級文件分兩個方面：

• 最小升級內(nèi)核，并且包含升級腳本，此腳本會將目標文件燒寫到存儲介質(zhì)中
• 目標升級文件，即要燒寫到比如NAND中的文件

③ 以NXP SD卡升級為例說明此過程：

首先是Uboot啟動過程：

U-Boot 2016.03-mys-imx6ulx+gca7b81f (Apr 27 2017 - 07:55:51 +0800)
 
CPU:   Freescale i.MX6ULL rev1.0 528 MHz (running at 396 MHz)
CPU:   Commercial temperature grade (0C to 95C) at 39C
Reset cause: POR
Board: MX6ULL 14x14 EVK
I2C:   ready
DRAM:  512 MiB
MMC:   FSL_SDHC: 0, FSL_SDHC: 1
*** Warning - bad CRC, using default environment
Display: TFT43AB (480x272)
Video: 480x272x24
In:    serial
Out:   serial
Err:   serial
switch to partitions #0, OK
mmc0 is current device
Net:   Board Net Initialization Failed
No ethernet found.
Normal Boot
Hit any key to stop autoboot:  0
switch to partitions #0, OK
mmc0 is current device
switch to partitions #0, OK
mmc0 is current device
reading boot.scr
423 bytes read in 10 ms (41 KiB/s)
Running bootscript from mmc ...
## Executing script at 80800000
reading zImage
6789824 bytes read in 302 ms (21.4 MiB/s)
reading mys-imx6ull-14x14-evk-gpmi-weim.dtb
36951 bytes read in 20 ms (1.8 MiB/s)
Kernel image @ 0x83000000 [ 0x000000 - 0x679ac0 ]
## Flattened Device Tree blob at 84000000
   Booting using the fdt blob at 0x84000000
   Using Device Tree in place at 84000000, end 8400c056
Starting kernel ..

最小系統(tǒng)加載啟動完畢后，運行升級腳本

VFS: Mounted root (ext4 filesystem) on device 179:2.
devtmpfs: mounted
Freeing unused kernel memory: 432K (80b54000 - 80bc0000)
INIT: version 2.88 booting
Starting udev
udevd[114]: starting version 3.1.5
random: udevd urandom read with 32 bits of entropy available
EXT4-fs (mmcblk0p2): re-mounted. Opts: data=ordered
bootlogd: cannot allocate pseudo tty: No such file or directory
FAT-fs (mmcblk0p1): Volume was not properly unmounted. Some data may be corrupt. Please run fsck.
ALSA: Restoring mixer settings...
/usr/sbin/alsactl: load_state:1735: No soundcards found...
INIT: Entering runlevel: 5
Starting system message bus: dbus.
 
System update start ...
prepare files are okay

升級腳本分析：

root@mys6ull14x14:/run/media/mmcblk0p2# cat usr/bin/flash_nand.sh
#!/bin/sh
part_uboot=0
part_kernel=1
part_dtb=2
part_rootfs=3
 
echo heartbeat > /sys/class/leds/user/trigger
 
mfg_path=/run/media/mmcblk0p1/mfg-images  
 
//升級目標文件
 
uboot=${mfg_path}/u-boot.imx 
kernel=${mfg_path}/zImage
dtb=${mfg_path}/gpmi-weim.dtb
rootfs=${mfg_path}/core-image-base.rootfs.tar.xz
 
if [ -d $mfg_path ] && [ -s $uboot ] && [ -s $kernel ] && [ -s $dtb ] && [ -s $rootfs ]
then
    echo "prepare files are okay"
else
    echo 0 > /sys/class/leds/user/brightness
    echo "file or directory not exist"
fi
 
直接使用Flash命令燒寫Uboot到對應分區(qū)
echo "Flashing uboot"
flash_erase /dev/mtd${part_uboot} 0 0 && kobs-ng init -x -v ${uboot}
if [ $? -eq 0 ]
then
    echo "Flash uboot okay"
else
    echo "Flash uboot failed"
    echo 0 > /sys/class/leds/user/brightness
    exit
fi
 
直接使用Flash命令燒寫kernel到對應分區(qū)
 
 
echo "Flashing kernel"
flash_erase /dev/mtd${part_kernel} 0 0 && nandwrite -p /dev/mtd${part_kernel} -p ${kernel}
if [ $? -eq 0 ]
then
    echo "Flash kernel okay"
else
    echo "Flash kernel failed"
    echo 0 > /sys/class/leds/user/brightness
    exit
fi
 
直接使用Flash命令燒寫dtb到對應分區(qū)
 
echo "Flashing dtb"
flash_erase /dev/mtd${part_dtb} 0 0 && nandwrite -p /dev/mtd${part_dtb} -p ${dtb}
if [ $? -eq 0 ]
then
    echo "Flash dtb file okay"
else
    echo "Flash dtb file failed"
    echo 0 > /sys/class/leds/user/brightness
    exit
fi
 
燒寫rootfs比較特別，此處是使用ubifs，因此需要先使用ubi命令在NAND上建立好文件系統(tǒng)格式
 
echo "Flashing rootfs"
flash_erase /dev/mtd${part_rootfs} 0 0
if [ $? -ne 0 ]
then
    echo "erase /dev/mtd${part_rootfs} fail"
    echo 0 > /sys/class/leds/user/brightness
    exit
fi
 
ubiformat /dev/mtd${part_rootfs}
if [ $? -ne 0 ]
then
    echo "format /dev/mtd${part_rootfs} fail"
    echo 0 > /sys/class/leds/user/brightness
    exit
fi
 
ubiattach /dev/ubi_ctrl -m ${part_rootfs}
if [ $? -ne 0 ]
then
    echo "attach /dev/mtd${part_rootfs} fail"
    echo 0 > /sys/class/leds/user/brightness
    exit
fi
 
ubimkvol /dev/ubi0 -Nrootfs -m
if [ $? -ne 0 ]
then
    echo "make volume /dev/mtd${part_rootfs} fail"
    echo 0 > /sys/class/leds/user/brightness
    exit
fi
 
mkdir -p /run/media/mtd${part_rootfs} /
 && mount -t ubifs ubi0:rootfs /run/media/mtd${part_rootfs}
if [ $? -ne 0 ]
then
    echo "mount /dev/mtd${part_rootfs} fail"
    echo 0 > /sys/class/leds/user/brightness
    exit
fi
 
建立好ubi格式之后，直接將rootfs壓縮包解壓到對應分區(qū)即可；
 
tar xvf ${rootfs} -C /run/media/mtd${part_rootfs}
if [ $? -eq 0 ]
then
    echo "Flash filesystem okay"
    sync && sync && sync
    echo none > /sys/class/leds/user/trigger
    echo 1 > /sys/class/leds/user/brightness
else
    echo "Flash filesystem failed"
    echo 0 > /sys/class/leds/user/brightness
    umount /run/media/mtd${part_rootfs}
    exit
fi
umount /run/media/mtd${part_rootfs}
echo "Programming success"
echo "You need reboot the board"

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