总结分析：ARM的启动，系统升级，烧写过程和文件系统

本文所述的ARM的指的是Cortex A系列以及ARM9，ARM11，跑Linux操作系统。对于CortexM系列并不一定完全适用；

谈到ARM以及启动和烧写等方面，首先我们要明确一下几个关键词：Uboot，Cmdline，启动方式选择，文件系统格式，存储介质，如NAND，EMMC，SD卡等

下面一个一个做相关介绍：

启动方式：

① 一般CPU都可以配置为从多种介质启动，比如SPI Nor Flash，NAND，EMMC，SD卡，U盘等
② 大致原理是CPU内部ROM有一段固化的启动代码，根据CPU配置引脚，判断启动位置，然后从外部介质读取数据启动
③ 一般启动介质的前一部分代码的作用必须是：初始化硬件参数，自身拷贝
④ 关于自拷贝：因为CPU内部RAM很小，因此只能读取一部分启动介质的数据即Uboot到内部RAM运行，所以Uboot前一部分的工作需要将自身剩余部分拷贝到外部RAM中，然后加载运行

Uboot：

① 主要作用：引导Linux系统（主要是从存储介质的哪个地方读取Kernel，传递什么样的启动参数）
② 其他功能：支持很多命令，主要是存储控制和网络命令，最终目的还是引导和升级系统用
③ 常用操作：TFTP，NAS，Flash操作，UBI操作，Setenv，boot等
④ 一般升级系统流程：使用tftp方式从主机下载kernel及文件系统等文件，然后使用flash等命令烧写到存储介质如NAND，最后设定启动参数，然后引导系统启动；
⑤ 一般调试流程，介绍2种：
- 使用NAS从主机直接加载文件系统，直接在线调试，快捷方便
- 设定从SD卡启动，从SD卡加载kernel和文件系统调试

CMDLINE:

① 一般由Uboot传递给Kernel，或者Kernel中配置写死不过一般很少见

② 主要2个参数：
第一，指定console设备，用于打印输出及做控制台用
第二，指定rootfs挂载分区和类型

③ 看2个例子：

从NAND启动，/proc/cmdline，加载的是UBI文件系统，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)

从SD卡启动，/proc/cmdline，加载的是ext4文件系统，位置在sd卡第二分区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)

存储介质：

主要介绍Raw Flash 及 FTL devices区别

Flash特点：写入前需要先擦除，有寿命且不长，而且容易产生坏块

RAW Flash：即裸芯片，没有控制器，针对其主要操作有擦除，读和写

Device： 在裸芯片上加了控制器，比如SD卡，U盘等；加了控制器后，只需要读和写就行了，不需要擦除。控制器做了一系列的工作：擦除，磨损平衡，磨损算法等等，一个控制器算法的好坏直接决定了设备的使用寿命。

文件系统：

① FAT：windows常用文件系统，一般U盘，sd卡即为fat格式
② ext2/3/4，Linux常用文件系统，一般用于FTL Device，即只有读和写
③ JFFS2，Linux常用，一般用于容量较小的Flash，且是Raw Flash，MTD设备
④ UBIFS，Linux常用文件系统，只能用于Raw Flash，因为kernel ubi子系统，有相关的磨损平衡算法，可以保证效率
⑤ SD卡启动，文件系统挂载情况：

# 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启动，文件系统挂载情况：

# 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"

烧写过程：
① 一般从SD卡等外部方式启动，在Uboot中，使用flash命令及UBI命令分别烧写uboot，dtb，kernel，rootfs到对应的分区即可
② 第二使用芯片厂家的烧写工具，如nxp的 mfgtoos，在pc上通过usb烧写文件
③ 如已有uboot，在uboot中从sd卡，U盘等读取文件烧写；或tftp从pc下载文件烧写

升级过程：
① 此升级指的是Uboot OK的前提下做Uboot，kernel，rootfs等升级
② 通过SD卡升级，一般是首先在PC上制作SD卡启动分区，通过官方的工具烧写升级文件到SD卡即可；此处的升级文件分两个方面：

• 最小升级内核，并且包含升级脚本，此脚本会将目标文件烧写到存储介质中
• 目标升级文件，即要烧写到比如NAND中的文件

③ 以NXP SD卡升级为例说明此过程：

首先是Uboot启动过程：

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 ..

最小系统加载启动完毕后，运行升级脚本

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

升级脚本分析：

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  
 
//升级目标文件
 
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命令烧写Uboot到对应分区
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命令烧写kernel到对应分区
 
 
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命令烧写dtb到对应分区
 
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
 
烧写rootfs比较特别，此处是使用ubifs，因此需要先使用ubi命令在NAND上建立好文件系统格式
 
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，直接将rootfs压缩包解压到对应分区即可；
 
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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