对于ARM的启动，系统升级，烧写过程和文件系统等方面的总结分析 ARM

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：

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
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
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
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：

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）
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
常用操作：TFTP，NAS，Flash操作，UBI操作，Setenv，boot等
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；
一般调试流程，介绍2种：
1. 使用NAS从主机直接加载文件系统，直接在线调试，快捷方便
2. 设定从SD卡启动，从SD卡加载kernel和文件系统调试

CMDLINE:

一般由Uboot传递给Kernel，或者Kernel中配置写死不过一般很少见
主要2个参数：
1. 第一，指定console设备，用于打印输出及做控制台用
2. 第二，指定rootfs挂载分区和类型
看2个例子：
1. 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)
2. 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：

【对于ARM的启动，系统升级，烧写过程和文件系统等方面的总结分析】主要介绍RawFlash 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
FTL 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：

FAT：windows常用文件系统，一般U盘，sd卡即为fat格式
ext2/3/4，Linux常用文件系统，一般用于FTL Device，即只有读和写
JFFS2，Linux常用，一般用于容量较小的Flash，且是Raw Flash，MTD设备
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
SD卡启动，文件系统挂载情况：
# mount /dev/root on / type ext4 (rw,noatime,data=https://www.it610.com/article/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:sizeerasesizename mtd0: 00500000 00020000"boot" mtd1: 00a00000 00020000 "kernel" mtd2: 00100000 00020000 "dtb" mtd3: 0f000000 00020000 "rootfs"
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:sizeerasesizename mtd0: 00500000 00020000 "boot" mtd1: 00a00000 00020000 "kernel" mtd2: 00100000 00020000 "dtb" mtd3: 0f000000 00020000 "rootfs"

烧写过程：

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
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
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：

此升级指的是Uboot OK的前提下做Uboot，kernel，rootfs等升级
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：
1. 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
2. 目标升级文件，即要烧写到比如NAND中的文件
以NXP SD卡升级为例说明此过程：
1. 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 environmentDisplay: 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 8400c056Starting kernel ..
2. 最小系统加载启动完毕后，运行升级脚本
3. 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=https://www.it610.com/article/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
4. 升级脚本分析：
5. root@mys6ull14x14:/run/media/mmcblk0p2# cat usr/bin/flash_nand.sh #!/bin/sh part_uboot=0 part_kernel=1 part_dtb=2 part_rootfs=3echo heartbeat > /sys/class/leds/user/triggermfg_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.xzif [ -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 fiubiformat /dev/mtd${part_rootfs} if [ $? -ne 0 ] then echo "format /dev/mtd${part_rootfs} fail" echo 0 > /sys/class/leds/user/brightness exit fiubiattach /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 fiubimkvol /dev/ubi0 -Nrootfs -m if [ $? -ne 0 ] then echo "make volume /dev/mtd${part_rootfs} fail" echo 0 > /sys/class/leds/user/brightness exit fimkdir -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"