本文所述的ARM的指的是Cortex A系列以及ARM9，ARM11，跑Linux操作系統。對於CortexM系列並不一定完全適用；
談到ARM以及啓動和燒寫等方面，首先我們要明確一下幾個關鍵詞：Uboot，Cmdline，啓動方式選擇，文件系統格式，存儲介質，如NAND，EMMC，SD卡等
下面一個一個做相關介紹：
啓動方式：
- 一般CPU都可以配置爲從多種介質啓動，比如SPI Nor Flash，NAND，EMMC，SD卡，U盤等
- 大致原理是CPU內部ROM有一段固化的啓動代碼，根據CPU配置引腳，判斷啓動位置，然後從外部介質讀取數據啓動
- 一般啓動介質的前一部分代碼的作用必須是：初始化硬件參數，自身拷貝
- 關於自拷貝：因爲CPU內部RAM很小，因此只能讀取一部分啓動介質的數據即Uboot到內部RAM運行，所以Uboot前一部分的工作需要將自身剩餘部分拷貝到外部RAM中，然後加載運行
Uboot：
- 主要作用：引導Linux系統（主要是從存儲介質的哪個地方讀取Kernel，傳遞什麼樣的啓動參數）
- 其他功能：支持很多命令，主要是存儲控制和網絡命令，最終目的還是引導和升級系統用
- 常用操作：TFTP，NAS，Flash操作，UBI操作，Setenv，boot等
- 一般升級系統流程：使用tftp方式從主機下載kernel及文件系統等文件，然後使用flash等命令燒寫到存儲介質如NAND，最後設定啓動參數，然後引導系統啓動；
- 一般調試流程，介紹2種：
- 使用NAS從主機直接加載文件系統，直接在線調試，快捷方便
- 設定從SD卡啓動，從SD卡加載kernel和文件系統調試
CMDLINE:
- 一般由Uboot傳遞給Kernel，或者Kernel中配置寫死不過一般很少見
- 主要2個參數：
- 第一，指定console設備，用於打印輸出及做控制檯用
- 第二，指定rootfs掛載分區和類型
- 看2個例子：
- 從NAND啓動，/proc/cmdline，加載的是UBI文件系統，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卡啓動，/proc/cmdline，加載的是ext4文件系統，位置在sd卡第二分區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)
- 從NAND啓動，/proc/cmdline，加載的是UBI文件系統，位置在mtd3
存儲介質：
主要介紹Raw Flash 及 FTL devices區別
Flash特點：寫入前需要先擦除，有壽命且不長，而且容易產生壞塊
RAW Flash：即裸芯片，沒有控制器，針對其主要操作有擦除，讀和寫
FTL Device： 在裸芯片上加了控制器，比如SD卡，U盤等；加了控制器後，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：
- FAT：windows常用文件系統，一般U盤，sd卡即爲fat格式
- ext2/3/4，Linux常用文件系統，一般用於FTL Device，即只有讀和寫
- JFFS2，Linux常用，一般用於容量較小的Flash，且是Raw Flash，MTD設備
- UBIFS，Linux常用文件系統，只能用於Raw Flash，因爲kernel ubi子系統，有相關的磨損平衡算法，可以保證效率
- SD卡啓動，文件系統掛載情況：
# 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" - NAND啓動，文件系統掛載情況：
# 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：
- 一般從SD卡等外部方式啓動，在Uboot中，使用flash命令及UBI命令分別燒寫uboot，dtb，kernel，rootfs到對應的分區即可
- 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
- 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：
- 此升級指的是Uboot OK的前提下做Uboot，kernel，rootfs等升級
- 通過SD卡升級，一般是首先在PC上製作SD卡啓動分區，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：
- 最小升級內核，並且包含升級腳本，此腳本會將目標文件燒寫到存儲介質中
- 目標升級文件，即要燒寫到比如NAND中的文件
- 以NXP SD卡升級爲例說明此過程：
- 首先是Uboot啓動過程：
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 .. - 最小系統加載啓動完畢後，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 $rootfs ] then echo "prepare files are okay" else echo 0 > /sys/class/leds/user/brightness echo "file or directory not exist" fi 直接使用Flash命令燒寫Uboot到對應分區 echo "Flashing uboot" flash_erase /dev/mtd${part_uboot} 0 0 && kobs-ng init -x -v ${uboot} if [ $? -eq 0 ] then echo "Flash uboot okay" else echo "Flash uboot failed" echo 0 > /sys/class/leds/user/brightness exit fi 直接使用Flash命令燒寫kernel到對應分區 echo "Flashing kernel" flash_erase /dev/mtd${part_kernel} 0 0 && nandwrite -p /dev/mtd${part_kernel} -p ${kernel} if [ $? -eq 0 ] then echo "Flash kernel okay" else echo "Flash kernel failed" echo 0 > /sys/class/leds/user/brightness exit fi 直接使用Flash命令燒寫dtb到對應分區 echo "Flashing dtb" flash_erase /dev/mtd${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格式之後，直接將rootfs壓縮包解壓到對應分區即可； 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"
- 首先是Uboot啓動過程：