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隨著物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展，嵌入式設(shè)備使用越來越廣泛。作為非常重要的嵌入式系統(tǒng)之一，嵌入式Linux在應(yīng)用中也越來越多。而嵌入式Linux系統(tǒng)中，多任務(wù)切換技巧是非常重要的一部分。在嵌入式Linux應(yīng)用開發(fā)中，如何實(shí)現(xiàn)高效的多任務(wù)切換，是開發(fā)者必須要面對和解決的問題。因此，本文將從以下幾個(gè)方面，詳細(xì)介紹嵌入式linux多任務(wù)切換技巧。
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之一部分，多任務(wù)機(jī)制簡介
在嵌入式Linux系統(tǒng)中，多任務(wù)機(jī)制是實(shí)現(xiàn)多任務(wù)切換的基礎(chǔ)。多任務(wù)機(jī)制可以讓多個(gè)任務(wù)在同一時(shí)間內(nèi)并行執(zhí)行，提高了系統(tǒng)的并發(fā)性能。因此，我們首先需要了解在嵌入式Linux系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)多任務(wù)的機(jī)制。
在嵌入式Linux系統(tǒng)中，有兩種實(shí)現(xiàn)多任務(wù)的機(jī)制：進(jìn)程機(jī)制和線程機(jī)制。
進(jìn)程機(jī)制是指將一個(gè)任務(wù)封裝成一個(gè)進(jìn)程，一個(gè)進(jìn)程可以獨(dú)立占用整個(gè)CPU資源，并擁有獨(dú)立的內(nèi)存空間等資源，進(jìn)程與進(jìn)程之間是互相隔離的。但進(jìn)程之間的通信較為復(fù)雜，需要借助IPC機(jī)制實(shí)現(xiàn)。
線程機(jī)制是指將一個(gè)任務(wù)分解成若干個(gè)子任務(wù)，每個(gè)子任務(wù)是一個(gè)線程，線程與線程之間共享進(jìn)程內(nèi)的資源，例如內(nèi)存、文件和信號等。線程之間通信簡單，可以直接進(jìn)行全局變量操作、信號量操作等，但線程的調(diào)度管理較為復(fù)雜。
在實(shí)際應(yīng)用中，進(jìn)程機(jī)制和線程機(jī)制各有優(yōu)缺點(diǎn)，開發(fā)者也可以根據(jù)不同的應(yīng)用場景，選擇合適的多任務(wù)機(jī)制。
第二部分，多任務(wù)切換原理
在了解了多任務(wù)機(jī)制之后，我們接下來就需要了解多任務(wù)切換的原理。多任務(wù)切換是指CPU在處理多個(gè)任務(wù)時(shí)，按照一定的模式進(jìn)行快速切換，使得所有任務(wù)看起來像是同時(shí)運(yùn)行。
多任務(wù)切換的原理，可以分為兩個(gè)方面：系統(tǒng)調(diào)用和時(shí)鐘中斷。系統(tǒng)調(diào)用指應(yīng)用程序請求系統(tǒng)服務(wù)的過程，如讀、寫、打開文件等。而時(shí)鐘中斷，則指CPU在運(yùn)行程序時(shí)，按照一定時(shí)間間隔產(chǎn)生中斷，以保證其他任務(wù)可以得到運(yùn)行。
在嵌入式Linux系統(tǒng)中，每次中斷發(fā)生時(shí)，CPU會停止當(dāng)前正在執(zhí)行的任務(wù)，轉(zhuǎn)而執(zhí)行中斷服務(wù)程序。中斷服務(wù)程序是預(yù)定義的，可以實(shí)現(xiàn)一些特定的功能，例如保存寄存器值，處理數(shù)據(jù)等。當(dāng)中斷服務(wù)程序執(zhí)行結(jié)束后，CPU會根據(jù)調(diào)度算法選擇一個(gè)合適的任務(wù)執(zhí)行。因?yàn)槎嗳蝿?wù)切換的速度非?？?，所以用戶幾乎感覺不到任務(wù)之間的切換。
第三部分，多任務(wù)調(diào)度算法
在嵌入式Linux系統(tǒng)中，執(zhí)行多個(gè)任務(wù)時(shí)，需要根據(jù)多個(gè)任務(wù)的不同優(yōu)先級，確定哪個(gè)任務(wù)先執(zhí)行，哪個(gè)任務(wù)后執(zhí)行。因此，多任務(wù)調(diào)度算法的選擇和優(yōu)化是至關(guān)重要的。
常用的多任務(wù)調(diào)度算法有以下幾種：
1. 先來先服務(wù)(FIFO)算法，也叫作FCFS算法。該算法將任務(wù)按照到達(dá)順序排列，并按順序執(zhí)行。先進(jìn)先出算法優(yōu)劣平衡，但難以對緊急任務(wù)作出及時(shí)相應(yīng)。
2. 時(shí)間片輪轉(zhuǎn)(RR)算法，在每個(gè)任務(wù)分配固定時(shí)間片，當(dāng)時(shí)間片用完后，該任務(wù)會被放置到隊(duì)列的末端等待下一次調(diào)度。時(shí)間片輪轉(zhuǎn)算法能夠保證所有任務(wù)在相同的等待時(shí)間內(nèi)得到執(zhí)行，不過對于短任務(wù)，這種方法產(chǎn)生的開銷較高。
3. 優(yōu)先級調(diào)度算法，該算法為每個(gè)任務(wù)分配不同的優(yōu)先級，優(yōu)先級高的任務(wù)的執(zhí)行時(shí)間也隨之增加。但若某個(gè)任務(wù)優(yōu)先級較高，或某些任務(wù)沒有完成，系統(tǒng)進(jìn)行任務(wù)調(diào)度時(shí)，會導(dǎo)致低優(yōu)先級任務(wù)的饑餓，即始終未能得到執(zhí)行。
4. 多級反饋隊(duì)列算法，該算法將任務(wù)按優(yōu)先級分成若干個(gè)隊(duì)列，每個(gè)隊(duì)列的任務(wù)所分配的時(shí)間片長度不同，任務(wù)執(zhí)行完后，可能會被分配到更高或更低優(yōu)先級隊(duì)列中。相較于其他算法，多級反饋隊(duì)列算法實(shí)現(xiàn)相對復(fù)雜，但可以有效平衡短任務(wù)和長任務(wù)。
第四部分，多任務(wù)調(diào)度優(yōu)化
在實(shí)際應(yīng)用場景中，多任務(wù)調(diào)度算法也需要進(jìn)行優(yōu)化，以滿足應(yīng)用需求。以下是常用的多任務(wù)調(diào)度優(yōu)化方法：
1. 搶占調(diào)度。在任務(wù)執(zhí)行期間，若有更高優(yōu)先級的任務(wù)被調(diào)度，在可搶占的情況下，則會中斷當(dāng)前任務(wù)，轉(zhuǎn)而執(zhí)行高優(yōu)先級任務(wù)。
2. 空閑措施。在任務(wù)調(diào)度失效時(shí)，可以設(shè)置空閑任務(wù)，讓CPU休眠，直到有任務(wù)可調(diào)度時(shí)再繼續(xù)執(zhí)行。
3. 服務(wù)時(shí)間預(yù)測。通過記錄任務(wù)的歷史服務(wù)時(shí)間，可以預(yù)測任務(wù)在接下來的勸告時(shí)間內(nèi)需要的時(shí)間片長度，以提高任務(wù)執(zhí)行的效率。
4. 其他優(yōu)化策略。如對任務(wù)集束處理、加速任務(wù)退出等。
結(jié)論
在嵌入式Linux應(yīng)用開發(fā)中，多任務(wù)切換技巧是必須掌握的技能。本文從多個(gè)角度詳細(xì)介紹了嵌入式Linux多任務(wù)切換技巧，包括多任務(wù)機(jī)制簡介、多任務(wù)切換原理、多任務(wù)調(diào)度算法以及多任務(wù)調(diào)度優(yōu)化方法等。通過本文的學(xué)習(xí)，讀者可以深入了解嵌入式Linux多任務(wù)切換的實(shí)現(xiàn)過程和技術(shù)優(yōu)化方法，幫助開發(fā)者進(jìn)行優(yōu)化和改進(jìn)，提高多任務(wù)并發(fā)執(zhí)行的效率和性能。
相關(guān)問題拓展閱讀：
- 「干貨」嵌入式Linux系統(tǒng)移植的四大步驟（上）
「干貨」嵌入式Linux系統(tǒng)移植的四大步驟（上）
在學(xué)習(xí)系統(tǒng)移植的相關(guān)知識，在學(xué)習(xí)和調(diào)試過程中，發(fā)現(xiàn)了很多問題，也解決了很多問題，但總是對于我們的開發(fā)結(jié)果有一種莫名其妙的感覺，糾其原因，主要對于我們的開發(fā)環(huán)境沒有一個(gè)深刻的認(rèn)識，有時(shí)候幾個(gè)簡單的命令就可以完成非常復(fù)雜的功能，可是我們有沒有想過，為什么會有這樣的效果？
如果沒有去追問，只是機(jī)械地完成，并且看到實(shí)驗(yàn)效果，這樣做其實(shí)并沒有真正的掌握系統(tǒng)移植的本質(zhì)。
在做每一個(gè)步驟的時(shí)候，
首先問問自己，為什么純纖要這樣做，然后再問問自己正在做什么？
搞明白這幾個(gè)問題，我覺得就差不多了，以后不管更換什么平臺，什么芯片，什么開發(fā)環(huán)境，你都不會迷糊，很快就會上手。對于嵌入式的學(xué)習(xí)方法，我個(gè)人方法就是：從宏觀上把握(解決為什么的問題)，微觀上研究(解決正在做什么的問題)，下面以自己學(xué)習(xí)的arm-cortex_a8開發(fā)板為目標(biāo)，介紹下自己的學(xué)習(xí)方法和經(jīng)驗(yàn)。
嵌入式Linux系統(tǒng)移植主要由四大部分組成：
一、搭建交叉開發(fā)環(huán)境
二、bootloader的選擇和移植
三、kernel的配置、編譯、和移植
四、根文件系統(tǒng)的制作
之一部分：搭建交叉開發(fā)環(huán)境
先介紹之一分部的內(nèi)容：搭建交叉開發(fā)環(huán)境，首先必須得思考兩個(gè)問題，什么是交叉環(huán)境? 為什么需要搭建交叉環(huán)境？
先回答之一個(gè)問題，在嵌入式開發(fā)中，交叉開發(fā)是很重要的一個(gè)概念，開發(fā)的之一個(gè)環(huán)節(jié)就是搭建環(huán)境，之一步不能完成，后面的步驟從無談起，這里所說的交叉開發(fā)環(huán)境主要指的是：在開發(fā)主機(jī)上(通常是我的pc機(jī))開發(fā)出能夠在目標(biāo)機(jī)(通常是我們的開發(fā)板)上運(yùn)行的程序。嵌入式比較特殊的是不能在目標(biāo)機(jī)上開發(fā)程序(狹義上來說)，因?yàn)閷τ谝粋€(gè)原始的開發(fā)板，在沒有任何程序的情況下它根本都跑不起來，為了讓它能夠跑起來，我們還必須要借助pc機(jī)進(jìn)行燒錄程序等相關(guān)工作，開發(fā)板才能跑起來，這里的pc機(jī)就是我們說的開發(fā)主機(jī)，想想如果沒有開發(fā)主機(jī)，我們的目標(biāo)機(jī)基本上就是無法開發(fā)，做兆仿這也就是電子行業(yè)的一句名言：搞電子，說白了，就是玩電腦！
然后回答第二個(gè)問題，為什么需要交叉開發(fā)環(huán)境？主要原因有以下幾點(diǎn)：
原因
1：
嵌入式系統(tǒng)的硬件資源有很多限制，比如cpu主頻相對較低，內(nèi)存容量較小等，想想讓幾百M(fèi)HZ主猜盯頻的MCU去編譯一個(gè)Linux kernel會讓我們等的不耐煩，相對來說，pc機(jī)的速度更快，硬件資源更加豐富，因此利用pc機(jī)進(jìn)行開發(fā)會提高開發(fā)效率。
原因2：
嵌入式系統(tǒng)MCU體系結(jié)構(gòu)和指令集不同，因此需要安裝交叉編譯工具進(jìn)行編譯，這樣編譯的目標(biāo)程序才能夠在相應(yīng)的平臺上比如：ARM、MIPS、 POWEPC上正常運(yùn)行。
交叉開發(fā)環(huán)境的硬件組成主要由以下幾大部分
：
1.開發(fā)主機(jī)
2.目標(biāo)機(jī)（開發(fā)板）
3.二者的鏈接介質(zhì)，常用的主要有3種方式：(1)串口線 (2)USB線 (3)網(wǎng)線
對應(yīng)的硬件介質(zhì)，還必須要有相應(yīng)的軟件“介質(zhì)”支持：
1.對于串口，通常用的有串口調(diào)試助手，putty工具等，工具很多，功能都差不多，會用一兩款就可以；
2.對于USB線，當(dāng)然必須要有USB的驅(qū)動才可以，一般芯片公司會提供，比如對于三星的芯片，USB下載主要由DNW軟件來完成；
3.對于網(wǎng)線，則必須要有網(wǎng)絡(luò)協(xié)議支持才可以，
常用的服務(wù)主要兩個(gè)
之一：tftp服務(wù)：
主要用于實(shí)現(xiàn)文件的下載，比如開發(fā)調(diào)試的過程中，主要用tftp把要測試的bootloader、kernel和文件系統(tǒng)直接下載到內(nèi)存中運(yùn)行，而不需要預(yù)先燒錄到Flash芯片中，一方面，在測試的過程中，往往需要頻繁的下載，如果每次把這些要測試的文件都燒錄到Flash中然后再運(yùn)行也可以，但是缺點(diǎn)是：過程比較麻煩，而且Flash的擦寫次數(shù)是有限的；另外一方面：測試的目的就是把這些目標(biāo)文件加載到內(nèi)存中直接運(yùn)行就可以了，而tftp就剛好能夠?qū)崿F(xiàn)這樣的功能，因此，更沒有必要把這些文件都燒錄到Flash中去。
第二：
nfs服務(wù)：
主要用于實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)文件的掛載，實(shí)際上是實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)文件的共享，在開發(fā)的過程中，通常在系統(tǒng)移植的最后一步會制作文件系統(tǒng)，那么這是可以把制作好的文件系統(tǒng)放置在我們開發(fā)主機(jī)PC的相應(yīng)位置，開發(fā)板通過nfs服務(wù)進(jìn)行掛載，從而測試我們制作的文件系統(tǒng)是否正確，在整個(gè)過程中并不需要把文件系統(tǒng)燒錄到Flash中去，而且掛載是自動進(jìn)行掛載的，bootload啟動后，kernel運(yùn)行起來后會根據(jù)我們設(shè)置的啟動參數(shù)進(jìn)行自動掛載，因此，對于開發(fā)測試來講，這種方式非常的方便，能夠提高開發(fā)效率。
另外，還有一個(gè)名字叫
samba
的服務(wù)也比較重要，主要用于文件的共享，這里說的共享和nfs的文件共享不是同一個(gè)概念，nfs的共享是實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)文件的共享，而samba實(shí)現(xiàn)的是開發(fā)主機(jī)上
Windows主機(jī)和Linux虛擬機(jī)之間的文件共享，是一種跨平臺的文件共享
，方便的實(shí)現(xiàn)文件的傳輸。
以上這幾種開發(fā)的工具在嵌入式開發(fā)中是必備的工具，對于嵌入式開發(fā)的效率提高做出了偉大的貢獻(xiàn)，因此，要對這幾個(gè)工具熟練使用，這樣你的開發(fā)效率會提高很多。等測試完成以后，就會把相應(yīng)的目標(biāo)文件燒錄到Flash中去，也就是等發(fā)布產(chǎn)品的時(shí)候才做的事情，因此對于開發(fā)人員來說，所有的工作永遠(yuǎn)是測試。
通過前面的工作，我們已經(jīng)準(zhǔn)備好了交叉開發(fā)環(huán)境的硬件部分和一部分軟件，最后還缺少交叉編譯器，讀者可能會有疑問，為什么要用交叉編譯器？前面已經(jīng)講過，交叉開發(fā)環(huán)境必然會用到交叉編譯工具，通俗地講就是在一種平臺上編譯出能運(yùn)行在體系結(jié)構(gòu)不同的另一種平臺上的程序，開發(fā)主機(jī)PC平臺（X86 CPU）上編譯出能運(yùn)行在以ARM為內(nèi)核的CPU平臺上的程序，編譯得到的程序在X86 CPU平臺上是不能運(yùn)行的，必須放到ARM CPU平臺上才能運(yùn)行，雖然兩個(gè)平臺用的都是Linux系統(tǒng)。相對于交叉編譯，平常做的編譯叫本地編譯，也就是在當(dāng)前平臺編譯，編譯得到的程序也是在本地執(zhí)行。用來編譯這種跨平臺程序的編譯器就叫交叉編譯器，相對來說，用來做本地編譯的工具就叫本地編譯器。所以要生成在目標(biāo)機(jī)上運(yùn)行的程序，必須要用交叉編譯工具鏈來完成。
這里又有一個(gè)問題，不就是一個(gè)交叉編譯工具嗎？為什么又叫交叉工具鏈呢？原因很簡單，程序不能光編譯一下就可以運(yùn)行，還得進(jìn)行匯編和鏈接等過程，同時(shí)還需要進(jìn)行調(diào)試，對于一個(gè)很大工程，還需要進(jìn)行工程管理等等，所以，這里 說的交叉編譯工具是一個(gè)由
編譯器、連接器和解釋器
組成的綜合開發(fā)環(huán)境，交叉編譯工具鏈主要由binutils(主要包括匯編程序as和鏈接程序ld)、gcc(為GNU系統(tǒng)提供C編譯器)和glibc(一些基本的C函數(shù)和其他函數(shù)的定義) 3個(gè)部分組成。有時(shí)為了減小libc庫的大小，也可以用別的 c 庫來代替 glibc，例如 uClibc、dietlibc 和 newlib。
那么，如何得到一個(gè)交叉工具鏈呢？是從網(wǎng)上下載一個(gè)“程序”然后安裝就可以使用了嗎？回答這個(gè)問題之前先思考這樣一個(gè)問題，我們的交叉工具鏈顧名思義就是在PC機(jī)上編譯出能夠在我們目標(biāo)開發(fā)平臺比如ARM上運(yùn)行的程序，這里就又有一個(gè)問題了，我們的ARM處理器型號非常多，難道有專門針對我們某一款的交叉工具鏈嗎？若果有的話，可以想一想，這么多處理器平臺，每個(gè)平臺專門定制一個(gè)交叉工具鏈放在網(wǎng)絡(luò)上，然后供大家去下載，想想可能需要找很久才能找到適合你的編譯器，顯然這種做法不太合理，且浪費(fèi)資源！因此，要得到一個(gè)交叉工具鏈，就像我們移植一個(gè)Linux內(nèi)核一樣，我們只關(guān)心我們需要的東西，編譯我們需要的東西在我們的平臺上運(yùn)行，不需要的東西我們不選擇不編譯，所以，交叉工具鏈的制作方法和系統(tǒng)移植有著很多相似的地方，也就是說，交叉開發(fā)工具是一個(gè)支持很多平臺的工具集的(類似于Linux源碼)，然后我們只需從這些工具集中找出跟我們平臺相關(guān)的工具就行了，那么如何才能找到跟我們的平臺相關(guān)的工具，這就是涉及到一個(gè)如何制作交叉工具鏈的問題了。
通常構(gòu)建交叉工具鏈有如下三種方法：
方法一 ：
分步編譯和安裝交叉編譯工具鏈所需要的庫和源代碼，最終生成交叉編譯工具鏈。該方法相對比較困難，適合想深入學(xué)習(xí)構(gòu)建交叉工具鏈的讀者。如果只是想使用交叉工具鏈，建議使用下列的方法二構(gòu)建交叉工具鏈。
方法二：
通過Crosstool-ng腳本工具來實(shí)現(xiàn)一次編譯，生成交叉編譯工具鏈，該方法相對于方法一要簡單許多，并且出錯(cuò)的機(jī)會也非常少，建議大多數(shù)情況下使用該方法構(gòu)建交叉編譯工具鏈。
方法三 ：
直接通過網(wǎng)上下載已經(jīng)制作好的交叉編譯工具鏈。該方法的優(yōu)點(diǎn)不用多說，當(dāng)然是簡單省事，但與此同時(shí)該方法有一定的弊端就是局限性太大，因?yàn)楫吘故莿e人構(gòu)建好的，也就是固定的，沒有靈活性，所以構(gòu)建所用的庫以及編譯器的版本也許并不適合你要編譯的程序，同時(shí)也許會在使用時(shí)出現(xiàn)許多莫名其妙的錯(cuò)誤，建議讀者慎用此方法。
crosstool-ng是一個(gè)腳本工具，可以制作出適合不同平臺的交叉編譯工具鏈，在進(jìn)行制作之前要安裝一下軟件：
$ sudo apt-get install g++ libncurses5-dev bison flex texinfo automake libtool patch gcj cvs cvsd gawk
crosstool腳本工具可以在
1. 設(shè)定源碼包路徑和交叉編譯器的安裝路徑
2. 修改交叉編譯器針對的構(gòu)架
3. 增加編譯時(shí)的并行進(jìn)程數(shù)，以增加運(yùn)行效率，加快編譯，因?yàn)檫@個(gè)編譯會比較慢。
4. 關(guān)閉JAVA編譯器 ，減少編譯時(shí)間
5. 編譯
6. 添加環(huán)境變量
7. 刷新環(huán)境變量。
8. 測試交叉工具鏈
到此，嵌入式Linux系統(tǒng)移植四大部分的之一部分工作全部完成，接下來可以進(jìn)行后續(xù)的開發(fā)了。
第二部分：bootloader的選擇和移植
01
Boot Loader 概念
就是在操作系統(tǒng)內(nèi)核運(yùn)行之前運(yùn)行的一段小程序。通過這段小程序，我們可以初始化硬件設(shè)備、建立內(nèi)存空間的映射圖，從而將系統(tǒng)的軟硬件環(huán)境帶到一個(gè)合適的狀態(tài)，以便為最終調(diào)用操作系統(tǒng)內(nèi)核準(zhǔn)備好正確的環(huán)境，他就是所謂的引導(dǎo)加載程序（Boot Loader）。
02
為什么系統(tǒng)移植之前要先移植BootLoader？
BootLoader的任務(wù)是引導(dǎo)操作系統(tǒng)，所謂引導(dǎo)操作系統(tǒng)，就是啟動內(nèi)核，讓內(nèi)核運(yùn)行就是把內(nèi)核加載到內(nèi)存RAM中去運(yùn)行，那先問兩個(gè)問題：之一個(gè)問題，是誰把內(nèi)核搬到內(nèi)存中去運(yùn)行？第二個(gè)問題：我們說的內(nèi)存是SDRAM，大家都知道，這種內(nèi)存和SRAM不同，更大的不同就是SRAM只要系統(tǒng)上電就可以運(yùn)行，而SDRAM需要軟件進(jìn)行初始化才能運(yùn)行，那么在把內(nèi)核搬運(yùn)到內(nèi)存運(yùn)行之前必須要先初始化內(nèi)存吧，那么內(nèi)存是由誰來初始化的呢？其實(shí)這兩件事情都是由bootloader來干的，目的是為內(nèi)核的運(yùn)行準(zhǔn)備好軟硬件環(huán)境，沒有bootloadr我們的系統(tǒng)當(dāng)然不能跑起來。
03
bootloader的分類
首先更正一個(gè)錯(cuò)誤的說法，很多人說bootloader就是U-boot，這種說法是錯(cuò)誤的，確切來說是u-boot是bootloader的一種。也就是說bootloader具有很多種類，
由上圖可以看出，不同的bootloader具有不同的使用范圍，其中最令人矚目的就是有一個(gè)叫U-Boot的bootloader，是一個(gè)通用的引導(dǎo)程序，而且同時(shí)支持X86、ARM和PowerPC等多種處理器架構(gòu)。U-Boot，全稱 Universal Boot Loader，是遵循GPL條款的開放源碼項(xiàng)目，是由德國DENX小組開發(fā)的用于多種嵌入式CPU的bootloader程序，對于Linux的開發(fā)，德國的u-boot做出了巨大的貢獻(xiàn)，而且是開源的。
u-boot具有以下特點(diǎn)：
① 開放源碼；
② 支持多種嵌入式操作系統(tǒng)內(nèi)核，如Linux、NetBSD, VxWorks, QNX, RTEMS, ARTOS, LynxOS；
③ 支持多個(gè)處理器系列，如PowerPC、ARM、x86、MIPS、XScale；
④ 較高的可靠性和穩(wěn)定性；
⑤ 高度靈活的功能設(shè)置，適合U-Boot調(diào)試、操作系統(tǒng)不同引導(dǎo)要求、產(chǎn)品發(fā)布等；
⑥ 豐富的設(shè)備驅(qū)動源碼，如串口、以太網(wǎng)、SDRAM、FLASH、LCD、NVRAM、EEPROM、RTC、鍵盤等；
⑦ 較為豐富的開發(fā)調(diào)試文檔與強(qiáng)大的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)支持；
其實(shí)，把u-boot可以理解為是一個(gè)小型的操作系統(tǒng)。
04
u-boot的目錄結(jié)構(gòu)
* board 目標(biāo)板相關(guān)文件，主要包含SDRAM、FLASH驅(qū)動；
* common 獨(dú)立于處理器體系結(jié)構(gòu)的通用代碼，如內(nèi)存大小探測與故障檢測；
* cpu 與處理器相關(guān)的文件。如mpc8xx子目錄下含串口、網(wǎng)口、LCD驅(qū)動及中斷初始化等文件；
* driver 通用設(shè)備驅(qū)動，如CFI FLASH驅(qū)動(目前對INTEL FLASH支持較好)
* doc U-Boot的說明文檔；
* examples可在U-Boot下運(yùn)行的示例程序；如hello_world.c,timer.c；
* include U-Boot頭文件；尤其configs子目錄下與目標(biāo)板相關(guān)的配置頭文件是移植過程中經(jīng)常要修改的文件；
* lib_xxx 處理器體系相關(guān)的文件，如lib_ppc, lib_arm目錄分別包含與PowerPC、ARM體系結(jié)構(gòu)相關(guān)的文件；
* net 與網(wǎng)絡(luò)功能相關(guān)的文件目錄，如bootp,nfs,tftp；
* post 上電自檢文件目錄。尚有待于進(jìn)一步完善；
* rtc RTC驅(qū)動程序；
* tools 用于創(chuàng)建U-Boot S-RECORD和BIN鏡像文件的工具；
05
u-boot的工作模式
U-Boot的工作模式有
啟動加載模式和下載模式
。啟動加載模式是Bootloader的正常工作模式，嵌入式產(chǎn)品發(fā)布時(shí)，Bootloader必須工作在這種模式下，Bootloader將嵌入式操作系統(tǒng)從FLASH中加載到SDRAM中運(yùn)行，整個(gè)過程是自動的。
下載模式
就是Bootloader通過某些通信手段將內(nèi)核映像或根文件系統(tǒng)映像等從PC機(jī)中下載到目標(biāo)板的SDRAM中運(yùn)行，用戶可以利用Bootloader提供的一些令接口來完成自己想要的操作，這種模式主要用于測試和開發(fā)。
06
u-boot的啟動過程
大多數(shù)BootLoader都分為stage1和stage2兩大部分，U-boot也不例外。依賴于cpu體系結(jié)構(gòu)的代碼（如設(shè)備初始化代碼等）通常都放在stage1且可以用匯編語言來實(shí)現(xiàn)，而stage2則通常用C語言來實(shí)現(xiàn)，這樣可以實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的功能，而且有更好的可讀性和移植性。
1、 stage1(start.s代碼結(jié)構(gòu))
U-boot的stage1代碼通常放在start.s文件中，它用匯編語言寫成，其主要代碼部分如下：
（1） 定義入口。由于一個(gè)可執(zhí)行的image必須有一個(gè)入口點(diǎn)，并且只能有一個(gè)全局入口，通常這個(gè)入口放在rom(Flash)的0x0地址，因此，必須通知編譯器以使其知道這個(gè)入口，該工作可通過修改連接器腳本來完成。
（2）設(shè)置異常向量(exception vector)。
（3）設(shè)置CPU的速度、時(shí)鐘頻率及中斷控制寄存器。
（4）初始化內(nèi)存控制器 。
（5）將rom中的程序復(fù)制到ram中。
（6）初始化堆棧 。
（7）轉(zhuǎn)到ram中執(zhí)行，該工作可使用指令ldrpc來完成。
2、 stage2（C語言代碼部分）
lib_arm/board.c中的start armboot是C語言開始的函數(shù)，也是整個(gè)啟動代碼中C語言的主函數(shù)，同時(shí)還是整個(gè)u-boot（armboot）的主函數(shù)，該函數(shù)主要完成如下操作：
（1）調(diào)用一系列的初始化函數(shù)。
（2）初始化flash設(shè)備。
（3）初始化系統(tǒng)內(nèi)存分配函數(shù)。
（4）如果目標(biāo)系統(tǒng)擁有nand設(shè)備，則初始化nand設(shè)備。
（5）如果目標(biāo)系統(tǒng)有顯示設(shè)備，則初始化該類設(shè)備。
（6）初始化相關(guān)網(wǎng)絡(luò)設(shè)備，填寫ip,c地址等。
（7）進(jìn)入命令循環(huán)（即整個(gè)boot的工作循環(huán)），接受用戶從串口輸入的命令，然后進(jìn)行相應(yīng)的工作。
07
基于cortex-a8的s5pc100bootloader啟動過程分析
s5pc100支持兩種啟動方式，分別為USB啟動方式和NandFlash啟動方式：
1. S5PC100 USB啟動過程
A8 reset, 執(zhí)行iROM中的程序
iROM中的程序根據(jù)S5PC100的配置管腳(SW1開關(guān)4，撥到4對面)，判斷從哪里啟動(USB)
iROM中的程序會初始化USB，然后等待PC機(jī)下載程序
利用DNW程序，從PC機(jī)下載SDRAM的初始化程序到iRAM中運(yùn)行，初始化SDRAM
SDRAM初始化完畢，iROM中的程序繼續(xù)接管A8, 然后等待PC下載程序(BootLoader)
PC利用DNW下載BootLoader到SDRAM
在SDRAM中運(yùn)行BootLoader
2. S5PC100 Nandflash啟動過程
A8 reset, 執(zhí)行IROM中的程序
iROM中的程序根據(jù)S5PC100的配置管腳(SW1開關(guān)4，撥到靠4那邊)，判斷從哪里啟動(Nandflash)
iROM中的程序驅(qū)動Nandflash
iROM中的程序會拷貝Nandflash前16k到iRAM
前16k的程序(BootLoader前半部分)初始化SDRAM，然后拷貝完整的BootLoader到SDRAM并運(yùn)行
BootLoader拷貝內(nèi)核到SDRAM，并運(yùn)行它
內(nèi)核運(yùn)行起來后，掛載rootfs，并且運(yùn)行系統(tǒng)初始化腳本
08
u-boot移植(基于cortex_a8的s5pc100為例)
1.建立自己的平臺
(1).下載源碼包2023.03版本，比較穩(wěn)定
(2).解壓后添加我們自己的平臺信息，以dkc100為參考版，移植自己s5pc100的開發(fā)板
(3).修改相應(yīng)目錄的文件名，和相應(yīng)目錄的Makefile，指定交叉工具鏈。
(4).編譯
(5).針對我們的平臺進(jìn)行相應(yīng)的移植，主要包括修改SDRAM的運(yùn)行地址，從0x
(6).“開關(guān)”相應(yīng)的宏定義
(7).添加Nand和網(wǎng)卡的驅(qū)動代碼
(8).優(yōu)化go命令
(9).重新編譯 make distclean(徹底刪除中間文件和配置文件) make s5pc100_config(配置我們的開發(fā)板) make(編譯出我們的u-boot.bin鏡像文件)
(10).設(shè)置環(huán)境變量，即啟動參數(shù)，把編譯好的u-boot下載到內(nèi)存中運(yùn)行，過程如下：
1. 配置開發(fā)板網(wǎng)絡(luò)
ip地址配置:
$setenv ipaddr 192.168.0.6 配置ip地址到內(nèi)存的環(huán)境變量
$saveenv 保存環(huán)境變量的值到nandflash的參數(shù)區(qū)
網(wǎng)絡(luò)測試:
在開發(fā)開發(fā)板上ping虛擬機(jī)：
$ ping 192.168.0.157(虛擬機(jī)的ip地址)
如果網(wǎng)絡(luò)測試失敗,從下面幾個(gè)方面檢查網(wǎng)絡(luò)：
1. 網(wǎng)線連接好
2. 開發(fā)板和虛擬機(jī)的ip地址是否配置在同一個(gè)網(wǎng)段
3. 虛擬機(jī)網(wǎng)絡(luò)一定要采用橋接(VM–Setting–>option)
4. 連接開發(fā)板時(shí)，虛擬機(jī)需要設(shè)置成
靜態(tài)ip地址
2. 在開發(fā)板上，配置tftp服務(wù)器(虛擬機(jī))的ip地址
$setenv serverip 192.168.0.157(虛擬機(jī)的ip地址)
$saveenv
3. 拷貝u-boot.bin到/tftpboot(虛擬機(jī)上的目錄)
4. 通過tftp下載u-boot.bin到開發(fā)板內(nèi)存
$ tftp(內(nèi)存地址即可) u-boot.bin(要下載的文件名)
如果上面的命令無法正常下載:
1. serverip配置是否正確
2. tftp服務(wù)啟動失敗，重啟tftp服務(wù)
#sudo service tftpd-hpa restart
5. 燒寫u-boot.bin到nandflash的0地址
$nand erase 0(起始地址) 40000(大小) 擦出nandflashk的區(qū)域
$nand write((緩存u-boot.bin的內(nèi)存地址) 0(nandflash上u-boot的位置) 40000(燒寫大小)
6. 切換開發(fā)板的啟動方式到nandflash
1. 關(guān)閉開發(fā)板
2. 把SW1的開關(guān)4撥到4的那邊
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