2024-12-22

30 分钟读完 (大约 4469 个字)

基础知识_06uboot,kernel和镜像编译

uboot,linux内核,dts设备树,rootfs区别和联系

1,关系表

组件	作用	文件类型	运行阶段
U-Boot	引导加载程序，初始化硬件、加载内核和设备树到内存，并启动内核	二进制可执行文件（如 `u-boot.bin`）	系统上电 → 内核启动前
Linux 内核	操作系统核心，管理硬件资源（CPU、内存、外设）、进程调度、驱动等	压缩的二进制文件（如 `Image`、`zImage`）	内核启动 → 用户空间启动前
设备树（DTS）	描述硬件配置（CPU、外设、中断、寄存器地址等），供内核识别硬件	文本文件（`.dts`） → 编译为二进制（`.dtb`）	内核启动阶段解析
rootfs	根文件系统，包含用户空间程序（如 `/bin`、`/lib`）、配置文件、应用程序等	文件系统镜像（如 `ext4`、`squashfs`、`initramfs`）	内核启动后挂载，用户空间运行

2, 协作关系（启动流程）

1	系统上电 → U-Boot → 加载内核和设备树 → 内核启动 → 解析设备树 → 挂载 rootfs → 启动用户空间（如 systemd）

3,关键步骤详解

U-Boot 阶段

初始化 CPU、内存、存储设备（如 eMMC、SD 卡）、串口等基础硬件。
从存储设备（或网络）加载 内核镜像（Image） 和 设备树二进制（.dtb） 到内存。
通过 bootm 或 bootz 命令启动内核，并传递设备树的内存地址。

Linux 内核阶段

解析设备树（.dtb），识别 CPU 架构、外设地址、中断号等硬件信息。
初始化驱动（如网卡、存储控制器），挂载 rootfs（从硬盘、网络或内存加载）。
启动第一个用户空间进程（如 init 或 systemd）。

rootfs 阶段

提供用户空间程序运行环境（如 bash、systemd、应用程序）。
包含动态链接库（/lib）、配置文件（/etc）、设备节点（/dev）等。

rootfs生成脚本(mmdebstrap,chroot)

mmdebstrap --architectures=riscv64 \
      --include="$PACKAGE_LIST" \
      --skip check/empty \
      sid $1 \  # $1参数为构建目标目录
      "deb [trusted=yes] https://mirror.iscas.ac.cn/rockos/20250130/rockos-gles/ rockos-gles main" \
      "deb [trusted=yes] https://mirror.iscas.ac.cn/rockos/20250130/rockos-kernels/ rockos-kernels main" \
      "deb [trusted=yes] https://mirror.iscas.ac.cn/rockos/20250130/rockos-addons/ rockos-addons main" \
      "deb [trusted=yes] https://mirror.iscas.ac.cn/rockos/20250130/rockos-base/ sid main contrib non-free non-free-firmware"

问题

这部分代码：
    # 挂载系统目录（构建chroot环境）
    mount -t proc /proc "$CHROOT_TARGET"/proc    # 进程信息
    mount --bind /sys "$CHROOT_TARGET"/sys       # 系统信息
    mount --bind /run "$CHROOT_TARGET"/run       # 运行时文件
    mount --bind /dev "$CHROOT_TARGET"/dev       # 设备文件
    mount --bind /dev/pts "$CHROOT_TARGET"/dev/pts # 伪终端

将宿主机的的sys,run,dev等挂载到"$CHROOT_TARGET"/sys    （chroot的类虚拟机环境）不会有问题么？一个x86架构，一个riscv架构。，这么做为啥不报错，以及为何这么做（这么做目的时什么）

1. 为什么不报错？—— 内核接口的架构无关性

虚拟文件系统的本质

/proc、/sys、dev 等目录是 Linux 内核暴露给用户空间的 虚拟文件系统（Virtual File Systems）：
- /proc: 提供进程、系统状态等运行时信息（如 cpuinfo）。
- /sys: 暴露硬件设备、驱动、内核参数等层级化配置。
- /dev: 设备节点文件（如 /dev/sda）。
这些文件系统的内容由内核动态生成，与用户空间的 CPU 架构无关。例如：
- cat /proc/cpuinfo 在 x86 和 RISC-V 上都会返回当前运行内核的 CPU 信息。
- /sys/devices 展示的是内核管理的设备树，与用户空间程序架构无关。
架构无感知性*
挂载操作只是映射内核接口，不涉及任何二进制代码执行。
即使宿主架构（x86）和目标架构（RISC-V）不同，内核仍能正确生成这些虚拟文件系统的内容，因为这些内容由宿主机的内核管理。

2. 为什么需要挂载？—— Chroot 环境的完整性

构建根文件系统的需求

在 chroot 环境中执行操作（如安装软件、配置服务）时，需要：

设备访问：如挂载 /dev 以便在 chroot 内创建设备节点。
系统信息查询：如通过 /proc 获取进程信息。
依赖内核功能：如通过 /sys 配置硬件参数。

跨架构构建的特殊性

虽然宿主架构和目标架构不同，但 所有用户空间操作（如 apt install）实际由宿主机的内核通过二进制翻译（如 QEMU）执行：
1
2
3
# 宿主机的内核通过 binfmt_misc 识别 RISC-V 二进制
# 并调用 qemu-riscv64-static 解释执行
$ sudo update-binfmts --enable qemu-riscv64
挂载宿主机的 /proc、/sys 到 chroot 环境后：
- 用户空间程序（RISC-V）通过 QEMU 翻译执行。
- 内核接口（如 sysfs）仍由宿主机内核提供，但用户空间程序会按 RISC-V 的预期解析这些接口。

3. 潜在问题与规避

架构相关路径的冲突

极少数情况下，内核接口的路径可能因架构不同产生差异，例如：

设备树路径：RISC-V 设备树路径 /sys/firmware/devicetree/base 可能与 x86 不同。
CPU 拓扑信息：/sys/devices/system/cpu 的结构可能因架构而异。

解决方案

动态生成配置：在 chroot 环境内通过脚本动态生成架构相关配置。
避免硬编码路径：使用抽象接口（如 lscpu 替代直接读取 /proc/cpuinfo）。
隔离关键目录：在构建完成后卸载宿主机的虚拟文件系统，确保目标系统首次启动时重新挂载自身的虚拟文件系统。

4. 操作的目的总结

挂载操作 目的

mount -t proc /proc ... 允许 chroot 内程序查询进程和系统信息（如 ps 命令）

mount --bind /sys ... 提供硬件设备配置接口（如安装驱动时访问 /sys/class）

mount --bind /dev ... 创建设备节点（如 /dev/null, /dev/console）

mount --bind /dev/pts ... 支持伪终端操作（如 SSH 登录需要 /dev/pts/0）

### 5. 完整工作流程示例

宿主机 (x86_64)                          chroot 环境 (riscv64)
+-----------------------------------+     +------------------------------+
| 1. 挂载宿主机的 /proc, /sys, /dev      | → | 提供内核接口，不依赖架构       |
| 2. 通过 QEMU 解释执行 RISC-V 程序 | → | apt install 安装 RISC-V 软件包 |
| 3. 卸载宿主机的虚拟文件系统        | ← | 生成完整的 riscv64 根文件系统  |
+-----------------------------------+     +------------------------------+

### 结论

* 安全且必要：跨架构挂载虚拟文件系统是安全的，因为这些接口由宿主机的内核统一管理，与用户空间架构无关。

* 依赖 QEMU：实际执行 RISC-V 二进制需要 QEMU 的二进制翻译支持，但挂载操作本身不直接涉及指令集转换。

* 最佳实践：这种方法是构建跨架构根文件系统的标准操作，广泛用于嵌入式 Linux 开发和容器化构建（如 Docker 多架构构建）。

## uboot常用命令

### 1、信息查询命令

常用的信息查询有关的命令有三个：bdinfo、printenv、version。

命令	描述
bdinfo	查看板子信息
printenv	输出环境变量信息
version	查看uboot的版本号

2、环境变量操作命令

环境变量的操作涉及到两个命令：setenv和saveenv。
setenv命令用于创建、修改环境变量的值，也可以用于删除环境变量；
saveenv命令用于保存修改后的环境变量。
一般环境变量是存放在外部flash中的，uboot启动的时候会将环境变量从flash读取到DRAM中，所以使用命令setenv修改的是DRAM中的环境变量值，修改后需使用saveenv命令将环境变量保存到flash中。
场景：误修改 bootcmd 导致无法启动，需恢复默认环境。

# 进入 U-Boot 命令行
=> env default -a    # 恢复所有变量
=> saveenv           # 保存到存储设备
=> reset             # 重启（可选）

3、内存操作命令

内存操作命令就是用于直接对 DRAM 进行读写操作的，常用的内存操作命令有 md、 nm、mm、 mw、 cp 和 cmp。

4、网络操作命令

uboot是支持网口的，在移植uboot的时候都要调通网络的功能，因为在移植linux内核的时候需要用到uboot的网络功能做调试。uboot支持的网络相关的命令有：dhcp、ping、nfs、ftfpboot。
使用网络调试前需先设置好下列几个环境变量。

环境变量

描述

ipaddr

开发板的IP地址，可以通过dhcp命令从路由器获取IP

ethaddr

开发板的MAC地址，一定要设置

gatewayip

网关地址

netmask

子网掩码

serverip

服务器IP地址，也就是ubuntu主机的IP地址，用于调试

setenv ipaddr 192.168.1.50
setenv ethaddr b8:ae:1d:01:00:00
setenv gatewayip 192.168.1.1
setenv netmask 255.255.255.0
setenv serverip 192.168.1.253
saveenv

5、EMMC和SD卡操作命令

uboot支持EMMC和SD卡，提供了EMMC和SD卡的操作命令。一般认为EMMC和SD卡就是同一个东西，所以没有特殊说明，统一使用MMC来代指EMMC和SD卡。uboot中常用于操作MMC设备的命令为：mmc。

mmc是一系列的命令，后面可以跟不同的参数，输入“? mmc”即可查看mmc有关的命令。如下图所示：

mmc后面跟不同的参数可以实现不同的功能。

命令	描述
`mmc info`	输出MMC设备信息
`mmc read`	读取MMC中的数据
`mmc write`	向MMC设备写入数据
`mmc rescan`	扫描MMC设备
`mmc part`	列出MMC设备的分区
`mmc dev`	切换MMC设备
`mmc list`	列出当前有效的所有MMC设备
`mmc hwpartition`	设置MMC设备的分区
`mmc bootbus …`	设置指定MMC设备的BOOT_BUS_WIDTH域的值
`mmc bootpart …`	设置指定MMC设备的boot和RPMB分区的大小
`mmc partconf …`	设置指定MMC设备的PARTITION_CONFG域的值
`mmc rst`	复位MMC设备
`mmc setdsr`	设置DSR寄存器的值

mmc rescan 命令
mmc rescan 命令用于扫描当前开发板上所有的 MMC 设备，包括 EMMC 和 SD 卡，输入“mmc rescan”即可。

mmc list 命令
mmc list 命令用于来查看当前开发板一共有几个 MMC 设备，输入“mmc list”

可以看出当前开发板有两个 MMC 设备： FSL_SDHC:0 (SD)和 FSL_SDHC:1 (eMMC)，这是因为我现在用的是 EMMC 版本的核心板，加上 SD 卡一共有两个 MMC 设备， FSL_SDHC:0 是 SD卡， FSL_SDHC:1(eMMC)是 EMMC，。默认会将 EMMC 设置为当前 MMC 设备，要想查看 EMMC信息，就要使用命令“mmc dev”来将 EMMC卡设置为当前的 MMC 设备

mmc dev 命令
mmc dev 命令用于切换当前 MMC 设备，使用如下命令切换到 EMMC：

mmc info 命令
mmc info 命令用于输出当前选中的 mmc info 设备的信息，输入命令“mmc info”即可，如下图所示:

从上图可以看出，当前选中的 MMC设备是 SD卡，版本为 3.0，容量为 14.8GiB(EMMC为 4GB)，速度为 50000000Hz=50MHz， 4 位宽的总线。还有一个与 mmc info 命令相同功能的命令： mmcinfo，“mmc”和“info”之间没有空格。

mmc part 命令
有时候 SD 卡或者 EMMC 会有多个分区，可以使用命令“mmc part”来查看其分区，比如查看 EMMC 的分区情况，输入如下命令,结果如下图所示:

从上图中可以看出，此时 EMMC 有两个分区，扇区 20480~ 262144 为第一个分区，扇区 282644~14987264 为第二个分区。如果 EMMC 里面烧写了 Linux 系统的话， EMMC 是有3 个分区的，第 0 个分区存放 uboot，第 1 个分区存放 Linux 镜像文件和设备树，第 2 个分区存放根文件系统。但是在图中只有两个分区，那是因为第 0 个分区没有格式化，所以识别不出来，实际上第 0 个分区是存在的。一个新的 SD 卡默认只有一个分区，那就是分区 0.

参考：
u-boot常用命令：https://blog.csdn.net/helaisun/article/details/128166820
史上最全的Uboot常用命令汇总（超全面！超详细！）收藏这一篇就够了「建议收藏」：https://cloud.tencent.cn/developer/article/2102295
U-Boot命令使用：https://blog.csdn.net/cike626/article/details/128430824
U-Boot命令之EMMC和SD卡操作命令：https://blog.csdn.net/weixin_45309916/article/details/109178989

uboot环境变量解析

样例信息

> printenv
arch=riscv
baudrate=115200
board=eic7700_d314
board_name=eic7700_d314
boot_conf_addr_r=0xc0000000
boot_conf_file=/extlinux/extlinux.conf
bootargs=root=/dev/nfs init=/linuxrc ip=dhcp rw nfsroot=10.10.192.205:/srv/nfs_server,proto=tcp,nfsvers=3,nolock console-ttyS0
bootcmd=sysboot mmc ${emmc_dev}:1 any $boot_conf_addr_r $boot_conf_file;
bootdelay=2
console=ttyS0
cpu=eic770x
emmc_dev=0
ethact=ethernet@50400000
ethaddr=8c:1f:64:13:c0:9c
fdt_addr=ed511150
fdt_addr_r=0x88000000
fdt_high=0xffffffffffffffff
fdtaddr=ed511150
fdtcontroladdr=ed511150
fdtfile=eswin/eic7700-d314.dtb
gpt_partition=gpt write mmc ${emmc_dev} $partitions
initrd_high=0xffffffffffffffff
kernel_addr_r=0x84000000
kernel_comp_addr_r=0xa0000000
kernel_comp_size=0x4000000
loadaddr=0x80200000
loadimage=dhcp 0x90000000 fitImage
nfsargs=setenv bootargs root=/dev/nfs init=/linuxrc ip=dhcp rw nfsroot=10.10.192.205:/srv/nfs_server,proto=tcp,nfsvers=3,nolock
nfsboot=echo Set nfs parameter ...;run nfsargs;run setimageload;run loadimage
partitions=name=boot,start=1MiB,size=512MiB,type=${typeid_efi},uuid=${uuid_boot};name=swap,size=4096MiB,type=${typeid_swap},uuid=${uuid_swap};name=root,size=-,type=${typeid_filesystem},uuid=${uuid_root}
preboot=setenv fdt_addr ${fdtcontroladdr};fdt addr ${fdtcontroladdr};usb start;sata init;nvme scan
pxefile_addr_r=0x88200000
ram_size=16
ramdisk_addr_r=0x88300000
scriptaddr=0x88100000
sdupdate=ext4load mmc 1:1 0x90000000 sdupdate.scr;source 0x90000000
serverip=10.10.192.205
setimageload=setenv loadimage dhcp 0x90000000 fitImage
silent=1
splashimage=0xe0000000
splashpos=1660,0
stderr=vidconsole,serial
stdin=serial,usbkbd
stdout=serial
typeid_efi=C12A7328-F81F-11D2-BA4B-00A0C93EC93B
typeid_filesystem=0FC63DAF-8483-4772-8E79-3D69D8477DE4
typeid_swap=0657FD6D-A4AB-43C4-84E5-0933C84B4F4F
usbupdate=ext4load usb 0 0x90000000 usbupdate.scr;source 0x90000000
uuid_boot=44b7cb94-f58c-4ba6-bfa4-7d2dce09a3a5
uuid_root=80a5a8e9-c744-491a-93c1-4f4194fd690a
uuid_swap=5ebcaaf0-e098-43b9-beef-1f8deedd135e
vendor=eswin

Environment size: 2020/524284 bytes

4大部分

1. 硬件初始化
   - 加载设备树: fdtfile=eswin/eic7700-d314.dtb
   - 初始化存储: emmc_dev=0, sata/nvme

2. 启动方式选择
   - 默认启动: bootcmd → 从 eMMC 的 extlinux 配置启动
   - NFS 启动: nfsboot → 从服务器 10.10.192.205 加载内核和根文件系统

3. 内核加载
   - 内核地址: kernel_addr_r=0x84000000
   - 设备树地址: fdt_addr_r=0x88000000

4. 根文件系统挂载
   - NFS 挂载: root=/dev/nfs, nfsroot=10.10.192.205:/srv/nfs_server
   - 本地挂载: root=UUID=80a5a8e9... (需配置 fstab)

1. 系统基础信息

变量	值	说明
`arch`	`riscv`	系统架构为 RISC-V
`board`	`eic7700_d314`	硬件板型号（与设备树文件 `eic7700-d314.dtb` 匹配）
`vendor`	`eswin`	硬件厂商标识
`cpu`	`eic770x`	CPU 型号（可能为定制 SoC）
`ram_size`	`16`	系统内存容量为 16GB

2. 启动流程控制

变量	值	说明
`bootcmd`	`sysboot mmc ${emmc_dev}:1 any $boot_conf_addr_r $boot_conf_file;`	默认启动命令： - 从 eMMC 的第 1 分区加载 extlinux 配置 (`/extlinux/extlinux.conf`) - 使用 `sysboot` 执行配置的启动项
`bootdelay`	`2`	启动等待时间为 2 秒（用户可按任意键中断自动启动）
`boot_conf_file`	`/extlinux/extlinux.conf`	U-Boot 启动菜单配置文件路径
`bootargs`	`root=/dev/nfs ... console-ttyS0`	内核启动参数： - 通过 NFS 挂载根文件系统 (`10.10.192.205:/srv/nfs_server`) - 使用串口 `ttyS0` 作为控制台

3. 存储与分区

变量	值	说明
`partitions`	`name=boot,start=1MiB,size=512MiB...`	GPT 分区定义： - `boot` 分区：512MB，EFI 类型 (FAT32) - `swap` 分区：4GB - `root` 分区：剩余空间（ext4）
`gpt_partition`	`gpt write mmc ${emmc_dev} $partitions`	命令：将 `partitions` 变量定义的分区表写入 eMMC
`emmc_dev`	`0`	当前操作的 eMMC 设备编号（对应硬件上的存储控制器）
`uuid_boot`	`44b7cb94-f58c-4ba6-bfa4-7d2dce09a3a5`	Boot 分区的 UUID（与 `fstab` 中的配置匹配）

4. 网络配置

变量	值	说明
`ethact`	`ethernet@50400000`	当前激活的以太网设备（硬件寄存器地址 `0x50400000`）
`ethaddr`	`8c:1f:64:13:c0:9c`	MAC 地址（需确保与网络环境无冲突）
`serverip`	`10.10.192.205`	TFTP/NFS 服务器 IP（用于网络启动或文件传输）
`nfsboot`	`run nfsargs; run loadimage`	NFS 启动命令： 1. 设置 NFS 参数 (`nfsargs`) 2. 加载内核镜像 (`loadimage`)
5. 内核与设备树加载

变量	值	说明
`kernel_addr_r`	`0x84000000`	内核镜像 (`fitImage`) 加载到内存的地址
`fdt_addr_r`	`0x88000000`	设备树文件 (`eic7700-d314.dtb`) 加载地址
`fdtfile`	`eswin/eic7700-d314.dtb`	设备树文件路径（需与硬件板型号匹配）
`loadimage`	`dhcp 0x90000000 fitImage`	从 TFTP 服务器下载内核镜像到内存 `0x90000000`

6. 高级功能

变量	值	说明
`sdupdate`	`ext4load mmc 1:1 0x90000000 sdupdate.scr; source 0x90000000`	SD 卡更新脚本： - 从 SD 卡加载 `sdupdate.scr` 脚本并执行
`usbupdate`	`ext4load usb 0 0x90000000 usbupdate.scr; source 0x90000000`	USB 更新脚本： - 从 USB 设备加载 `usbupdate.scr` 并执行
`preboot`	`sata init; nvme scan`	启动前初始化 SATA/NVMe 设备（扩展存储支持）

本文标题：基础知识_06uboot,kernel和镜像编译
本文作者：yuanjh
本文链接：https://hexo.yuanjh.cn/hexo/ba3e494c/
发布时间：2024-12-22
版权声明：本博客所有文章除特别声明外，均采用 CC BY-NC-SA 4.0 许可协议。转载请注明出处！

# 08领域技术/g芯片相关/基础知识

基础知识_06uboot,kernel和镜像编译

uboot,linux内核,dts设备树,rootfs区别和联系

rootfs生成脚本(mmdebstrap,chroot)

1. 为什么不报错？—— 内核接口的架构无关性

2. 为什么需要挂载？—— Chroot 环境的完整性

3. 潜在问题与规避

4. 操作的目的总结

2、环境变量操作命令

3、内存操作命令

4、网络操作命令

5、EMMC和SD卡操作命令

uboot环境变量解析

链接

分类

最新文章

Your browser is out-of-date!

基础知识_06uboot,kernel和镜像编译

uboot,linux内核,dts设备树,rootfs区别和联系

rootfs生成脚本(mmdebstrap,chroot)

1. 为什么不报错？—— 内核接口的架构无关性

​2. 为什么需要挂载？—— Chroot 环境的完整性

​3. 潜在问题与规避

​4. 操作的目的总结

2、环境变量操作命令

3、内存操作命令

4、网络操作命令

5、EMMC和SD卡操作命令

uboot环境变量解析

链接

分类

最新文章

Your browser is out-of-date!

2. 为什么需要挂载？—— Chroot 环境的完整性

3. 潜在问题与规避

4. 操作的目的总结