第三章 Bootloader基础与U-Boot移植

3.1 U-Boot简介

说到嵌入式Linux，Bootloader是绕不开的第一关。它就像PC上的BIOS，负责把内核从存储介质里请出来，再交给CPU去跑。U-Boot，全称Universal Boot Loader，是目前最主流的Bootloader方案。

我最早接触U-Boot是在2010年左右，那时候它还不叫U-Boot，叫PPCBoot。后来因为支持了ARM、MIPS、x86等架构，才改名叫U-Boot。说白了，它就是一块「万能钥匙」，能适配各种开发板。

U-Boot的核心功能其实就三件事：

• 硬件初始化：把CPU、内存、串口这些基本外设先跑起来
• 加载内核：从Flash、SD卡、网络等介质读取内核镜像
• 传递参数：把设备树、启动参数传给内核

3.2 U-Boot源码结构

U-Boot的源码目录看起来挺吓人，但其实有规律可循。我习惯把它分成几个核心区域：

目录	作用
arch/	架构相关代码，比如arm、riscv、x86
board/	具体开发板的板级代码
drivers/	各种外设驱动，串口、网卡、存储等
include/	头文件，特别是configs/下的板级配置
cmd/	U-Boot命令行命令的实现
dts/	设备树源文件

嗯，这里要注意一个细节。很多新手会直接去改board/下的文件，但其实大部分配置都在include/configs/里。我踩过这个坑，改了半天board文件，结果发现配置根本没生效。

3.3 U-Boot配置与编译

U-Boot的配置系统借鉴了Linux内核的Kconfig。但说实话，它比内核简单多了。基本流程就三步：

1. 选择配置：make <板子名>_defconfig
2. 微调配置：make menuconfig（可选）
3. 编译：make -j4

举个例子，我手头有块STM32MP157的开发板，配置命令是这样的：

# 配置
make stm32mp15_defconfig

# 如果要做个性化调整
make menuconfig

# 编译，-j4表示4线程并行
make -j4

编译完成后，你会得到几个关键文件：

• u-boot.bin：完整的U-Boot镜像
• u-boot-spl.bin：SPL阶段的镜像
• u-boot.dtb：编译好的设备树

3.4 U-Boot设备树基础

设备树（Device Tree）是U-Boot和内核之间沟通的桥梁。它用文本描述硬件信息，比如CPU型号、内存地址、外设寄存器等。U-Boot启动时会把设备树传给内核，内核根据它来初始化驱动。

设备树的文件后缀是.dts（源文件）和.dtb（编译后的二进制）。U-Boot的设备树放在arch/arm/dts/目录下，命名规则一般是：

<厂商>-<板子名>.dts
例如：stm32mp157d-atk.dts

一个简单的设备树节点长这样：

/ {
    model = "STMicroelectronics STM32MP157D-DK1";
    compatible = "st,stm32mp157d-dk1", "st,stm32mp157";

    memory@c0000000 {
        device_type = "memory";
        reg = <0xc0000000 0x20000000>;
    };

    chosen {
        stdout-path = &uart4;
    };
};

你看，model是板子名称，compatible是兼容性字符串，memory定义了内存范围，chosen告诉内核用哪个串口输出日志。这些信息对内核来说至关重要。

我个人习惯在移植U-Boot时，先拿官方设备树做模板，然后根据实际板子的差异去改。比如内存大小不同、串口号不同，这些在设备树里一目了然。改完记得用dtc工具检查语法：

dtc -I dts -O dtb -o test.dtb test.dts

如果报错，多半是括号没配对或者属性名写错了。嗯，这个坑我也踩过，后来养成了每次改完都检查一遍的习惯。

3.5 本章小结

U-Boot移植说白了就是三板斧：配置、编译、调设备树。配置决定了U-Boot的功能集，编译生成镜像，设备树告诉内核硬件长什么样。这三件事搞明白了，移植工作就完成了一大半。

你想想看，U-Boot其实没那么神秘。它就是一个跑在裸机上的小程序，只不过功能比普通单片机程序复杂一些。掌握了它的源码结构和配置方法，后面移植内核就会轻松很多。