1.1、计算机系统的主要部件
(1)计算机系统就是以CPU为核心来运行的系统。典型的计算机系统有:PC机(台式机+笔记本)、嵌入式设备(手机、平板电脑、游戏机)、单片机(家用电器像电饭锅、空调)
(2)计算机系统的组成部件非常多,不同的计算机系统组成部件也不同。但是所有的计算机系统运行时需要的主要核心部件都是3个东西:
CPU + 外部存储器(Flash/硬盘) + 内部存储器(DDR SDRAM/SDRAM/SRAM)
1.2、PC机的启动过程
1.3、典型嵌入式linux系统启动过程
(1)典型嵌入式系统的部署:uboot程序部署在Flash(能作为启动设备的Flash)上、OS部署在FLash(嵌入式系统中用Flash代替了硬盘)上、内存在掉电时无作用,CPU在掉电时不工作。
(2)启动过程:嵌入式系统上电后先执行uboot、然后uboot负责初始化DDR,初始化Flash,然后将OS从Flash中读取到DDR中,然后启动OS(OS启动后uboot就无用了)
总结:嵌入式系统和PC机的启动过程几乎没有两样,只是BIOS成了uboot,硬盘成了Flash。
1.4、android系统启动过程
(1)Android系统的启动和Linux系统(前面讲的典型的嵌入式系统启动)几乎一样。几乎一样意思就是前面完全一样,只是在内核启动后加载根文件系统后不同了。
(2)可以认为启动分为2个阶段:第一个阶段是uboot到OS启动;第二个阶段是OS启动后到rootfs加载到命令行执行;现在我们主要研究第一个阶段,android的启动和linux的差别在第二阶段。
1.5、总结:uboot到底是干嘛的 (1)uboot主要作用是用来启动操作系统内核。
(2)uboot还要负责部署整个计算机系统。
(3)uboot中还有操作Flash等板子上硬盘的驱动。
(4)uboot还得提供一个命令行界面供人来操作。
2.1、uboot从哪里来的?
(1)uboot是SourceForge上的开源项目
(2)uboot项目的作者:一个德国人最早发起的项目
(3)uboot就是由一个人发起,然后由整个网络上所有感兴趣的人共同维护发展而来的一个bootloader。
2.2、uboot的发展历程
(1)自己使用的小开源项目。
(2)被更多人认可使用
(3)被SoC厂商默认支持。
总结:uboot经过多年发展,已经成为事实上的业内bootloader标准。现在大部分的嵌入式设备都会默认使用uboot来做为bootloader。
2.3、uboot的版本号问题
2.4、uboot的可移植性的正确理解
3.1、自身可开机直接启动
3.2、能够引导操作系统内核启动并给内核传参
3.3、能提供系统部署功能
3.4能进行soc级和板级硬件管理
3.5、uboot的“生命周期”
(1)uboot的生命周期就是指:uboot什么时候开始运行,什么时候结束运行。
(2)uboot本质上是一个裸机程序(不是操作系统),一旦uboot开始SoC就会单纯运行uboot(意思就是uboot运行的时候别的程序是不可能同时运行的),一旦uboot结束运行则无法再回到uboot(所以uboot启动了内核后uboot自己本身就死了,要想再次看到uboot界面只能重启系统。重启并不是复活了刚才的uboot,重启只是uboot的另一生)
(3)uboot的入口和出口。uboot的入口就是开机自动启动,uboot的唯一出口就是启动内核。uboot还可以执行很多别的任务(譬如烧录系统),但是其他任务执行完后都可以回到uboot的命令行继续执行uboot命令,而启动内核命令一旦执行就回不来了。
总结:一切都是为了启动内核
4.1、从裸机程序镜像uboot.bin说起
(1)uboot的本质就是一个裸机程序,和我们裸机全集中写的那些裸机程序xx.bin并没有本质区别。如果非说要有区别,那就是:我们写的大部分小于16KB,而uboot大于16KB(一般uboot在180k-400k之间)
(2)uboot本身是一个开源项目,由若干个.c文件和.h文件组成,配置编译之后会生成一个uboot.bin,这就是uboot这个裸机程序的镜像文件。然后这个镜像文件被合理的烧录到启动介质中拿给SoC去启动。也就是说uboot在没有运行时表现为uboot.bin,一般躺在启动介质中。
(3)uboot运行时会被加载到内存中然后一条指令一条指令的拿给CPU去运行。
4.2、uboot的命令式shell界面
(1)普通的裸机程序运行起来就直接执行了,执行时效果和代码有关。
(2)有些程序需要和人进行交互,于是乎程序中就实现了一个shell(shell就是提供人机交互的一个界面,回想ARM裸机全集第十六部分),uboot就实现了一个shell。
注意:shell并不是操作系统,和操作系统一点关系都没有。linux中打开一个终端后就得到了一个shell,可以输入命令回车执行。uboot中的shell工作方式和linux中的终端shell非常像(其实几乎是一样的,只是命令集不一样。譬如linux中可以ls,uboot中ls就不识别)
4.3、掌握uboot使用的2个关键点:命令和环境变量
(1)uboot启动后大部分时间和工作都是在shell下完成的(譬如uboot要部署系统要在shell下输命令、要设置环境变量也得在命令行地下,要启动内核也要在命令行底下敲命令)
(2)命令就是uboot的shell中可以识别的各种命令。uboot中有几十个命令,其中有一些常用另一些不常用(我们还可以自己给uboot添加命令),后面会用几节课时间来依次学习uboot中常用命令。
(3)uboot的环境变量和操作系统的环境变量工作原理和方式几乎完全相同。uboot在设计时借助了操作系统的设计理念(命令行工作方式借鉴了linux终端命令行,环境变量借鉴了操作系统的环境变量,uboot的驱动管理几乎完全照抄了linux的驱动框架)。
(4)环境变量可以被认为是系统的全局变量,环境变量名都是系统内置的(认识就认识,不认识就不认识,这部分是系统自带的默认的环境变量,譬如PATH;但是也有一部分环境变量是自己添加的,自己添加的系统就不认识但是我们自己认识)。系统或者我们自己的程序在运行时可以通过读取环境变量来指导程序的运行。这样设计的好处就是灵活,譬如我们要让一个程序更改运行方法,不用去重新修改程序代码再重新编译运行,而只要修改相应的环境变量就可以了。
(5)环境变量就是运行时的配置属性。
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