1. U-Boot

1.1 功能

硬件初始化：上电后配置 DDR、串口、存储等。

内核引导：加载 Linux 内核（zImage/uImage）、设备树（dtb）、根文件系统（initramfs）。

固件升级：支持 TFTP、NFS、SD 卡、USB 更新镜像。

调试管理：命令行、环境变量配置、内存读写。

1.2 编译流程

1. 安装交叉编译器（如 arm-linux-gnueabihf-）。

2. 清理环境：

   make distclean
   

3. 选择开发板配置：

   make <board_defconfig>
   

   示例：make am335x_boneblack_defconfig

4. 编译：

   make CROSS_COMPILE=arm-linux-gnueabihf-
   

5. 输出文件：u-boot.bin、u-boot.img、MLO/SPL

2. Linux 内核

2.1 功能

硬件驱动层：管理 CPU、内存、外设。

系统服务层：进程管理、文件系统、网络协议栈。

用户接口层：提供系统调用给应用。

2.2 编译流程

1. 设置环境变量：

   export ARCH=arm
   export CROSS_COMPILE=arm-linux-gnueabihf-
   

2. 配置内核：

   make menuconfig
   

3. 编译：

   make zImage
   make dtbs
   make modules
   

4. 输出文件：

   • arch/arm/boot/zImage（内核镜像）

   • arch/arm/boot/dts/*.dtb（设备树）

   • drivers/*.ko（内核模块）

2.3 内核裁剪

关闭无关驱动（如 PC 网卡、SCSI、蓝牙）。

只保留实际需要的文件系统（ext4、NFS、YAFFS2）。

减少调试功能，减小体积，加快启动速度。

3. 根文件系统 (RootFS)

3.1 功能

提供用户空间运行环境，包含命令、库和配置文件。

内核启动后挂载 rootfs，并执行 /sbin/init。

3.2 制作流程

1. BusyBox：提供精简工具集。

   make menuconfig
   make install
   

   输出 _install 目录。

2. 目录结构：

   /bin  /sbin  /etc  /dev  /proc
   /sys  /tmp  /lib  /usr  /mnt
   

3. C 库支持：glibc 或 musl。

4. 文件系统格式：

   • initramfs（打包进内核）

   • jffs2/yaffs2（NAND）

   • ext4（SD/eMMC）

3.3 启动配置

U-Boot 中设置 bootargs：

setenv bootargs console=ttyS0,115200 root=/dev/mmcblk0p2 rw rootfstype=ext4 init=/sbin/init

3.4 关键脚本

/etc/inittab：定义 init 运行级别。

/etc/init.d/rcS：开机初始化脚本。

/etc/profile：环境变量设置。

4. 内核驱动

4.1 驱动分类

字符设备驱动

按字节流访问（串口、LED、按键）。

用户态通过 /dev/xxx 访问。

块设备驱动

按数据块（512B/4KB）访问（硬盘、SD 卡）。

支持缓存机制，效率高。

网络设备驱动

提供数据包收发接口。

依赖网络协议栈（TCP/IP、CAN）。

应用层通过 socket API 使用。

4.2 驱动编译方式

静态编译（built-in）

编译进内核 (y)，随内核启动自动加载。

流程：

1. 编写驱动 hello.c。

2. 修改 Kconfig：

   config HELLO
       bool "Hello Driver"
       default n
   

3. 修改 Makefile：

   obj-$(CONFIG_HELLO) += hello.o
   

4. make menuconfig 选中配置项。

5. 驱动随内核编译进 zImage。

动态编译（模块 .ko）

编译为独立模块 (m)，可运行时加载/卸载。

流程（内核源码集成）：

1. 修改 Kconfig：

   config HELLO
       tristate "Hello Driver"
   

2. 修改 Makefile：

   obj-$(CONFIG_HELLO) += hello.o
   

3. make menuconfig 选 M。

4. make modules 生成 hello.ko。

流程（独立 Makefile 编译）：

obj-m += hello.o

all:
    make -C /lib/modules/$(shell uname -r)/build M=$(PWD) modules
clean:
    make -C /lib/modules/$(shell uname -r)/build M=$(PWD) clean

加载卸载命令：

insmod hello.ko   # 加载
lsmod             # 查看模块
rmmod hello       # 卸载
dmesg             # 查看内核日志

4.3 区别总结

特性	静态编译	动态编译
配置	y	m
输出	编进 zImage	.ko
加载方式	随内核启动	insmod/modprobe
卸载	不支持	rmmod
适用场景	必须随内核启动的驱动（存储控制器）	可选外设、调试驱动

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5. 系统启动完整流程

[上电] 
   ↓
[BootROM] → SoC 内部固化代码
   ↓
[SPL/MLO] → 初始化 DDR，启动 U-Boot
   ↓
[U-Boot] → 加载内核 + dtb + rootfs
   ↓
[Linux 内核] → 驱动加载，挂载 rootfs
   ↓
[/sbin/init] → 执行启动脚本 (/etc/init.d/rcS)
   ↓
[用户应用] → 系统正常运行