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U-Boot与Linux内核关系详解（嵌入式启动核心揭秘）

U-Boot与Linux内核关系详解（嵌入式启动核心揭秘）

从引导程序到设备树，零基础理解内核启动硬件描述

嵌入式系统的启动离不开两个核心组件：U-Boot 和 Linux内核。它们通过 设备树 紧密协作，完成硬件初始化、操作系统加载的完整流程。本文将以通俗易懂的方式，带你理清三者之间的关系。

一、U-Boot是什么？

U-Boot（全称 Universal Boot Loader）是嵌入式系统中广泛使用的引导加载程序。它的主要任务就像电脑的BIOS：上电后初始化硬件（如时钟、内存、串口），然后从存储设备（Flash、SD卡、网络）读取Linux内核镜像和设备树文件到内存中，最后跳转到内核入口，启动操作系统。

二、Linux内核的作用

Linux内核是操作系统的核心，负责管理CPU、内存、外设等硬件资源，并提供系统调用接口。内核需要精确了解硬件布局才能正确驱动设备。早期内核通过硬编码的板级文件来适配不同硬件，但这种方式导致代码冗余、维护困难，于是设备树应运而生。

U-Boot与Linux内核关系详解（嵌入式启动核心揭秘） U-Boot Linux内核 设备树 启动流程 第1张

三、设备树（Device Tree）详解

设备树是一种描述硬件资源的数据结构，它把CPU、内存地址、外设（如I2C、SPI、UART）等信息以节点和属性的形式保存。设备树源文件（.dts）通过编译生成二进制文件（.dtb）。内核启动时解析.dtb文件，动态创建硬件设备，从而实现“一套内核，多款硬件”的愿景。

一个简单的设备树片段：

/ {    model = "Embedded Board";    compatible = "vendor,board";    memory@80000000 {        device_type = "memory";        reg = <0x80000000 0x10000000>;  // 256MB内存    };    serial@9000000 {        compatible = "ns16550";        reg = <0x9000000 0x100>;        interrupts = <5>;    };};

四、U-Boot如何传递设备树给内核？

U-Boot将内核镜像（如zImage）和设备树文件加载到指定内存地址后，通过特定寄存器传递设备树地址，然后跳转到内核。例如，在U-Boot命令行中执行：

load mmc 0:1 0x80008000 /boot/zImageload mmc 0:1 0x83000000 /boot/board.dtbbootz 0x80008000 - 0x83000000

这里 bootz 命令将内核地址和设备树地址传给内核，内核启动时会从该地址解析设备树，完成硬件初始化。

五、启动流程总结

嵌入式设备的典型启动流程如下：

  1. 上电后CPU执行ROM代码，加载U-Boot到内存。
  2. U-Boot初始化硬件，并根据环境变量或命令加载内核和设备树。
  3. U-Boot将设备树地址写入寄存器（如r2），跳转到内核入口。
  4. 内核解析设备树，匹配驱动，挂载根文件系统，最终启动系统。

核心关键词：本文详细阐述了 U-Boot、Linux内核 和 设备树 三者的协同工作，并解析了完整的 启动流程。理解这些概念，是深入学习嵌入式Linux的基础。

—— 小白友好教程 · 设备树其实很简单

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