一、Uboot和内核到底是什么（从系统启动角度看）

1.Uboot

Uboot的本质是一个复杂的裸机程序。

2.内核

操作系统内核本身也是一个裸机程序，和uboot、其他裸机程序并没有什么本质区别。

但是和其他裸机程序的区别：操作系统运行起来后在软件上分为内核层和应用层，分层后两层的权限不同，内核访问和设备操作的管理上更加精细（内核可以随意访问各种硬件，而应用程序只能被限制的访问硬件和内存地址）。

Uboot的镜像是u-boot.bin，linux系统镜像是zImage，这两个文件都是两个裸机程序bin文件镜像。

二、SD卡中的分区

一个完整的软件+硬件的嵌入式系统，未上电时，bootloader、kernel、rootfs等必须的软件都以镜像的形式（.bin的形式），存储在启动介质中（x210是iNand/SD卡）。运行时，都是在DDR内存中运行，与存储介质无关。这两个状态都是稳定状态。

还有一个状态是动态过程，从静止态到运行态的过程，也就是启动过程。

动态启动过程就是从启动介质（以下以SD卡为例）逐步搬移到DDR内存，并且运行启动代码进行相关的硬件初始化和软件结构的建立，最终达到运行时稳定状态。

静止时u-boot.bin,zImage,rootfs都在SD卡中，他们不能随意存放在SD卡的任意位置，因此需要对SD卡进行一个分区，然后将各种镜像各自存在各自的分区中，这样在启动过程中就知道去什么位置查找uboot、内核等。（uboot和kernel中的分区表必须一致，同时和SD卡的实际使用的分区要一致）。

三、运行时必须要先加载到DDR中链接地址处

Uboot在第一阶段中进行重定位时将第二阶段（整个uboot镜像）加载到DDR的0xc3e00000地址处，这个地址就是uboot的链接地址。

内核也有类似要求，uboot启动内核时要将内存从SD卡读取放到DDR中（其实就是重定位的过程），不能随意放置，必须放在内核的链接地址处，否则不能启动内核。如使用的内核链接地址是0x30008000，那么uboot拷贝kernel代码时，就要将kernel拷贝到地址0x30008000的DDR中去。

四、内核启动需要必要的启动参数

Uboot是无条件启动的，从零开始启动。

内核是不能开机自动完全从零开始启动的，内核启动要别人帮忙。Uboot要帮助内核实现重定位（从SD卡到DDR），以及给内核提供必要的启动参数。如dram的起始地址以及大小，所用串口以及波特率，根文件系统位置等等。

uboot启动kernel时，会调用kernel的入口函数，此时要给kernel传递三个参数。这三个参数是固定的：

r0：固定为0

r1：机器码

r2：启动参数在ddr中的位置

五、启动内核

uboot要启动内核，分为两个步骤：第一步是将内核镜像从启动介质中加载到DDR中，第二步是去DDR中启动内核镜像。（内核代码没有考虑重定位，因为内核知道会有一个bootloader将内核代码加载到DDR链接地址处，所以内核直接从链接地址处运行）

1.加载内核到DDR

静态内核镜像放在哪里？

有两种情况：

第一种：SD卡/iNand/Nand/Norflash等：raw分区

常规启动时各种镜像都在SD卡中，因此uboot只需要从SD卡的kernel分区读取内核镜像到DDR即可。

读取要使用uboot的命令来读取（x210的iNand版本是movi命令，x210的Nand版本就是Nand命令）

如读取kernel到内存0x30008000。

movi read kernel 0x30008000

这里的kernel指的是uboot中的kernel分区（就是uboot中规定的SD卡中的一个区域范围，这个区域范围被设计来存放kernel镜像，就是所谓的kernel分区）

第二种：tftp、nfs等网络下载方式从远端服务器获取镜像

uboot还支持远程启动，也就是内核镜像不烧录到开发板的SD卡中，而是放在主机的服务器中，然后需要启动时uboot通过网络从服务器中下载镜像到开发板的DDR中。

首先在主机上搭建tftp服务器，然后将要下载的文件拷贝到tftp设置的传输目录中。

开发板的uboot中，使用tftp命令将远程的文件通过网络下载下来。

tftp命令格式

tftpDDR地址远程下载的文件名

不管哪种方式，最终结果要的是内核镜像到DDR中特定地址即可，不管内核镜像是怎么到DDR中的。以上2种方式各有优劣。产品出厂时会设置为从SD卡中启动；tftp下载远程启动这种方式一般用来开发。

镜像要放在DDR的什么地址

内核一定要放在链接地址处。链接地址要去内核源代码的链接脚本或者makefile中去查找。X210中是0x30008000。

2.执行内核

uboot将kernel拷贝到DDR中kernel的链接地址处后，直接调用kernel的入口函数，即可启动内核。

uboot使用命令bootm来启动内核。

六、zImage和uImage的区别联系

1.bootm命令对应do_bootm函数(common/cmd_bootm.c)

CONFIG_SECURE_BOOT宏表示安全启动，对程序做了更安全的校验，对于一般应用，这个是不需要的。

CONFIG_ZIMAGE_BOOT宏很重要，这个宏控制条件编译支持zImage格式的内核启动的一段代码。

2.vmlinuz和zImage和uImage

uboot经过编译直接生成的elf格式的可执行程序是u-boot，这个程序是可执行，类似于windows下的exe格式，在linux下可直接执行。但是这种格式不能用来烧录下载。用来烧录下载的是u-boot.bin。这个是由u-boot使用arm-linux-objcopy工具来进行转化（主要是去掉无用的信息）。这个u-boot.bin就叫镜像（image），镜像就是用来烧录到启动介质中让CPU去取指执行的。

Linux内核经过编译后也会生成一个elf格式的可执行程序，叫vmlinux或vmlinuz，这个是原始的未经任何处理加工的原版内核elf文件。嵌入式系统部署时烧录的一般不是这个vmlinux/vmlinuz，而是要用objcopy工具去制作成烧录镜像格式（就是u-boot.bin这种，但是内核没有.bin后缀），制作出来的镜像文件就叫Image（这个镜像就比elf格式的文件要小很多）。

原则上Image就可以直接烧录到启动介质中，但是实际上linux的开发者认为Image的大小还是太大，所以对Image进行了压缩，并且在Image压缩后的文件的前端附加了一部分解压缩代码。构成了压缩格式的镜像就叫zImage。

Uboot为了启动linux内核，还发明了一种内核格式叫uImage，uImage是由zImag加工得到的，uboot中有一个工具，可以将zImage转换成uImage。注意：uImage不关linux内核的事，linux内核只管生成zImage即可，然后uboot中的mkimage工具再去由zImage转换成uImage来给uboot启动。这个转换过程其实就是在zImage的前面加上64字节的uImage的头信息即可。

原则上uboot启动时应该给他uImage格式的内核镜像，但是实际上uboot中也可以支持zImage启动，是否支持就看x210_sd.h中是否定义了CONFIG_ZIMAGE_BOOT这个宏。

这也就是，有些uboot支持zImage启动，有些则不支持。但是所有的uboot肯定都支持uImage启动。

对于mkimage工具，在uboot下的tools目录下，由mkimage.c和mkimage.h生成mkimage,通过mkimage.c就可以知道添加的64字节头信息是什么内容。

上面这一段代码就是提供uboot的zImage启动。当判断镜像是zImage，对其进行校验，校验完后，直接跳转到after_header_check符号处，后面的其他镜像就不校验了。

LINUX_ZIMAGE_MAGIC是一个定义的魔数，这个数等于0x016f2818，表示这个镜像是一个zImage。也就是zImage格式的镜像中在头部的一个固定位置存放了这个数作为格式标记，如果有一个image，去这个位置读取4个字节的数据，判断是否为0x016f2818，是的话，说明是zImage，否则不是。

命令bootm地址（0x30008000），所以do_bootm的argc=2，argv[0]=bootm,argv[1]=0x30008000。但是有argc小于2的情况，这个时候启动地址就是默认的地址，追寻，这个地址就是内存的基地址0x30000000。所以对于bootm命令，可以不带参数执行。不带参数，就默认为启动地址为0x30000000。

从镜像的37字节开始的4个字节数据读取出来，判断是否为0x016f2818，从而可以判断出这个镜像是不是zImage。

image_header_t(include/image.h)这个数据结构式uboot启动内核使用的一个标准启动数据结构，zImage头信息也是一个image_header_t，但是在实际启动之前需要进行一些改造。

images（bootm_headers结构体，include/image.h）全局变量是在do_bootm函数中使用，用来完成启动过程的固定。zImage的校验过程就是先确认是不是zImage，确认后再修改zImage的头信息到合适，修改后用头信息去初始化images这个全局变量，然后就完成了校验。

编译kernel时，

直接make，生成zImage

make uImage，生成uImage，但是会用到mkimage工具，而这个工具在linux源码中是没有的，因此会直接报错。

需要将uboot的tools目录中的mkimage拷贝至$PATH的目录下，就可以了。

此时在make uImage，就会在arch/arm/boot目录下生成uImage文件了。

将该文件通过tftp下载带开发板的DDR，然后使用bootm命令运行。

黄色部分就是uboot解析uImage打印的信息。