2021SC@SDUSC
一、uboot的介绍
1.1、计算机系统的主要部件
(1)计算机系统就是以CPU为核心来运行的系统。典型的计算机系统有：PC机（台式机+笔记本）、嵌入式设备（手机、平板电脑、游戏机）、单片机（家用电器像电饭锅、空调）
(2)计算机系统的组成部件非常多，不同的计算机系统组成部件也不同。但是所有的计算机系统运行时需要的主要核心部件都是3个东西：
CPU + 外部存储器（Flash/硬盘） + 内部存储器（DDR SDRAM/SDRAM/SRAM）
1.2、PC机的启动过程
(1)部署：典型的PC机的BIOS程序部署在PC机主板上（随主板出厂时已经预制了），操作系统部署在硬盘上，内存在掉电时无作用，CPU在掉电时不工作。
(2)启动过程：PC上电后先执行BIOS程序（实际上PC的BIOS就是NorFlash），BIOS程序负责初始化DDR内存，负责初始化硬盘，然后从硬盘上将OS镜像读取到DDR中，然后跳转到DDR中去执行OS直到启动（OS启动后BIOS就无用了）
1.3、典型嵌入式linux系统启动过程
(1)典型嵌入式系统的部署：uboot程序部署在Flash（能作为启动设备的Flash）上、OS部署在FLash（嵌入式系统中用Flash代替了硬盘）上、内存在掉电时无作用，CPU在掉电时不工作。
(2)启动过程：嵌入式系统上电后先执行uboot、然后uboot负责初始化DDR，初始化Flash，然后将OS从Flash中读取到DDR中，然后启动OS（OS启动后uboot就无用了）
总结：嵌入式系统和PC机的启动过程几乎没有两样，只是BIOS成了uboot，硬盘成了Flash。
1.4、android系统启动过程
(1)Android系统的启动和Linux系统（前面讲的典型的嵌入式系统启动）几乎一样。几乎一样意思就是前面完全一样，只是在内核启动后加载根文件系统后不同了。
(2)可以认为启动分为2个阶段：第一个阶段是uboot到OS启动；第二个阶段是OS启动后到rootfs加载到命令行执行；现在我们主要研究第一个阶段，android的启动和linux的差别在第二阶段。
1.5、总结：uboot到底是干嘛的
(1)uboot主要作用是用来启动操作系统内核。
(2)uboot还要负责部署整个计算机系统。
(3)uboot中还有操作Flash等板子上硬盘的驱动。
(4)uboot还得提供一个命令行界面供人来操作。
二、安装uboot
一、对 SD 卡进行格式化和创立分区
1
将
SD
卡通过读卡器插入电脑，并连接
Linux
系统
2
打开命令行（随便任何位置都可以）
运行
sudo fdisk -l
，查看
SD
卡的设备名，一般为
/dev/sdX (
下图中，红框中的就
为
SD
卡的设备号，就为
/dev/sdb)
运行
sudo fdisk /dev/sdX
（如上图中设备号为
/dev/sdb
，则需运行
/dev/sdb
），
界面就会进入到下图，开始给
SD
卡进行分区
输入
o
并回车，这将会删除所有分区
输入
p
并回车，这将会列出所有分区，此时应该没有任何分区
输入
n
并回车，创建新分区，引导分区
输入
p
并回车，新分区为主分区
输入
1
并回车，分区序号是
1
按键盘回车，默认初始扇区
输入
+256M
并回车，设置终止扇区
输入
t
并回车，再输入
c
并回车，设置该分区文件系统格式为
Fat32
输入
n
并回车，创建新分区，根分区
输入
p
并回车，新分区为主分区
输入
2
并回车，分区序号是
2
按键盘回车，默认初始扇区
按键盘回车，默认终止扇区
输入
w
并回车，写入设置
写完分区后，要进行格式化。推荐
256M
空间作为
boot
分区，分区文件系统
Fat32
，
再把剩余的空间创建一个分区，分区文件系统为
Ext4
，作为
root,
然后运行一下命令格式化
保存
sudo mkfs.vfat /dev/sdX1
sudo mkfs.ext4 /dev/sdX2
目前为止，
SD
卡的格式化和分区便设置好了
二、交叉编译 u-boot.bin，并移植到 SD 卡的 boot 分区。
1
、首先通过以下命令安装工具包
git
、
net-tools
、
vim
，
Sudo apt install git net-tools vim
(
之后可通过命令
sudo apt install XXX
，来安装工具包
)
2
、需要安装
arm
的
64
位交叉编译环境。
https://snapshots.linaro.org/gnu-toolchain/
从上面的网站中进去。下载自己想用的版本，但注意需要下载的文件命名格式为：
gcc-linaro-
版本号
-
时间
-x86_64_aarch64-linux-gnu.tar.xz.
下图下载的为
gcc-linaro-7.5.0-2019.12-x86_64_aarch64-linux-gnu.tar.xz
。
将下载的
.xz
压缩文件放到
Linux
中，在同一目录下运行以下命令：
#
创建一个文件夹
sudo mkdir -p /opt/linaro
#
解压到指定的文件夹路径
sudo tar -xvf gcc-linaro-XXX-XXXX.XX-x86_64_aarch64-linux-gnu.tar -C /opt/linaro
(sudo tar -xvf gcc-linaro-7.5.0-2019.12-x86_64_aarch64-linux-gnu.tar -C
/opt/linaro)
三
、下载
u-boot
源码并开始编译：
git clone https://github.com/u-boot/u-boot.git
（有可能会失败，失败的原因在与无法连接或是连接中断，检查网络多重复几
次）
切换到
u-boot
目录，然后开始编译。
运行
cd u-boot
进入到
u-boot
目录
在编译之前，首先需要安装编译必备的程序
sudo apt install u-boot-tools bison bc make flex libssl-dev ncurses-*
安装完成后，执行下面两行命令来设置环境
export ARCH=arm64
export CROSS_COMPILE=/opt/linaro/gcc-linaro-XXXX-XXXX-x86_64_aarch64-linux-gnu
/bin/aarch64-linux-gnu-
（其中
XXXX
的部分是自己下的文件对应的版号和时间）
(
如果之后你想重新编译
u-boot
，先运行
sudo make distclean
，清理掉之前编
译的文件，在运行上面的两行命令，并且注意当你每次想要编译
u-boot
的时候，都
要运行这两行命令。
)
接着运行以下命令，来配置
config
make rpi_arm64_defconfig
(rpi_arm64_defconfig
位于
u-boot/configs
目录下，可在目录搜寻
rpi
，查找出
试用树莓派的所有
config
，我们配制
64
位的
u-boot
，所以用到
rpi_arm64_defconfig)
接着运行以下命令开始编译
make -j4 (
直接
make -j
就可编译，后面的
4
是用
4
线程来进行编译，加
快编译速度
)
编译完成后的
uboot.bin
文件就是可以直接在树莓派
4b
上执行的程序。
到此，
u-boot.bin
编译完成。要想放到树莓派上运行，需要官方提供的固件
(firmware)
四
、下载
firmware
https://github.com/raspberrypi/firmware
直接下载
firmware-master
我们所需的
firmware
在
boot
文件夹中，将其中的
bcm2711-rpi-4-b.dtb
、
fixup4.dat
、
start4.elf
复制到
SD
卡的
boot
分区中
(
之前分区时大小为
256M
，格式
为
fat32
的那个
)
，再将编译好的
u-boot.bin
一同复制进去。自己创建一个
config.txt,
其中写入内容
enable_uart=1 arm_64bit=1 kernel=u-boot.bin
到此，
u-boot
编译并移植成功。
