本文所述的ARM的指的是Cortex A系列以及ARM9，ARM11，跑Linux作業系統。對於CortexM系列並不一定完全適用；

談到ARM以及啟動和燒寫等方面，首先我們要明確一下幾個關鍵詞：Uboot，Cmdline，啟動方式選擇，檔案系統格式，儲存介質，如NAND，EMMC，SD卡等

下面一個一個做相關介紹：

啟動方式：

1. 一般CPU都可以配置為從多種介質啟動，比如SPI Nor Flash，NAND，EMMC，SD卡，U盤等
2. 大致原理是CPU內部ROM有一段固化的啟動程式碼，根據CPU配置引腳，判斷啟動位置，然後從外部介質讀取資料啟動
3. 一般啟動介質的前一部分程式碼的作用必須是：初始化硬體引數，自身拷貝
4. 關於自拷貝：因為CPU內部RAM很小，因此只能讀取一部分啟動介質的資料即Uboot到內部RAM執行，所以Uboot前一部分的工作需要將自身剩餘部分拷貝到外部RAM中，然後載入執行

Uboot：

1. 主要作用：引導Linux系統（主要是從儲存介質的哪個地方讀取Kernel，傳遞什麼樣的啟動引數）
2. 其他功能：支援很多命令，主要是儲存控制和網路命令，最終目的還是引導和升級系統用
3. 常用操作：TFTP，NAS，Flash操作，UBI操作，Setenv，boot等
4. 一般升級系統流程：使用tftp方式從主機下載kernel及檔案系統等檔案，然後使用flash等命令燒寫到儲存介質如NAND，最後設定啟動引數，然後引導系統啟動；
5. 一般除錯流程，介紹2種：
   1. 使用NAS從主機直接載入檔案系統，直接線上除錯，快捷方便
   2. 設定從SD卡啟動，從SD卡載入kernel和檔案系統除錯

CMDLINE:

1. 一般由Uboot傳遞給Kernel，或者Kernel中配置寫死不過一般很少見
2. 主要2個引數：
   1. 第一，指定console裝置，用於列印輸出及做控制檯用
   2. 第二，指定rootfs掛載分割槽和型別
3. 看2個例子：
   1. 從NAND啟動，/proc/cmdline，載入的是UBI檔案系統，位置在mtd3

      console=ttymxc0,115200 ubi.mtd=3 root=ubi0:rootfs rootfstype=ubifs mtdparts=gpmi-nand:5m(boot),10m(kernel),1m(dtb),-(rootfs)
       
      

   2. 從SD卡啟動，/proc/cmdline，載入的是ext4檔案系統，位置在sd卡第二分割槽mmcblk0p2

      console=ttymxc0,115200 root=/dev/mmcblk0p2 rootwait rw rootdelay=5 mem=256M fstype=ext4 mtdparts=gpmi-nand:5m(boot),10m(kernel),1m(dtb),-(rootfs)

儲存介質：

主要介紹Raw  Flash 及 FTL devices區別

Flash特點：寫入前需要先擦除，有壽命且不長，而且容易產生壞塊

RAW Flash：即裸晶片，沒有控制器，針對其主要操作有擦除，讀和寫

FTL Device： 在裸晶片上加了控制器，比如SD卡，U盤等；加了控制器後，只需要讀和寫就行了，不需要擦除。控制器做了一系列的工作：擦除，磨損平衡，磨損演算法等等，一個控制器演算法的好壞直接決定了裝置的使用壽命。

檔案系統：

1. FAT：windows常用檔案系統，一般U盤，sd卡即為fat格式
2. ext2/3/4，Linux常用檔案系統，一般用於FTL Device，即只有讀和寫
3. JFFS2，Linux常用，一般用於容量較小的Flash，且是Raw Flash，MTD裝置
   
4. UBIFS，Linux常用檔案系統，只能用於Raw Flash，因為kernel ubi子系統，有相關的磨損平衡演算法，可以保證效率
5. SD卡啟動，檔案系統掛載情況：

   # mount
   /dev/root on / type ext4 (rw,noatime,data=ordered)
   proc on /proc type proc (rw,nosuid,nodev,noexec,noatime)
   sysfs on /sys type sysfs (rw,nosuid,nodev,noexec,noatime)
   tmpfs on /tmp type tmpfs (rw,nosuid,nodev,noatime)
   tmpfs on /dev type tmpfs (rw,nosuid,relatime,size=512k,mode=755)
   devpts on /dev/pts type devpts (rw,nosuid,noexec,relatime,mode=600)
   debugfs on /sys/kernel/debug type debugfs (rw,noatime)
   #
   # cat /proc/mtd
   dev:    size   erasesize  name
   mtd0: 00500000 00020000 "boot"
   mtd1: 00a00000 00020000 "kernel"
   mtd2: 00100000 00020000 "dtb"
   mtd3: 0f000000 00020000 "rootfs"
   
   

6. NAND啟動，檔案系統掛載情況：

   # mount
   ubi0:rootfs on / type ubifs (rw,relatime)
   devtmpfs on /dev type devtmpfs (rw,relatime,size=89164k,nr_inodes=22291,mode=755)
   proc on /proc type proc (rw,relatime)
   devpts on /dev/pts type devpts (rw,relatime,gid=5,mode=620)
   tmpfs on /dev/shm type tmpfs (rw,relatime,mode=777)
   tmpfs on /tmp type tmpfs (rw,relatime)
   tmpfs on /run type tmpfs (rw,nosuid,nodev,relatime,mode=755)
   sysfs on /sys type sysfs (rw,relatime)
   #
   # cat /proc/mtd
   dev:    size   erasesize  name
   mtd0: 00500000 00020000 "boot"
   mtd1: 00a00000 00020000 "kernel"
   mtd2: 00100000 00020000 "dtb"
   mtd3: 0f000000 00020000 "rootfs"
   

   
   
   

燒寫過程：

1. 一般從SD卡等外部方式啟動，在Uboot中，使用flash命令及UBI命令分別燒寫uboot，dtb，kernel，rootfs到對應的分割槽即可
2. 第二使用晶片廠家的燒寫工具，如nxp的 mfgtoos，在pc上通過usb燒寫檔案
3. 如已有uboot，在uboot中從sd卡，U盤等讀取檔案燒寫；或tftp從pc下載檔案燒寫

升級過程：

1. 此升級指的是Uboot OK的前提下做Uboot，kernel，rootfs等升級
2. 通過SD卡升級，一般是首先在PC上製作SD卡啟動分割槽，通過官方的工具燒寫升級檔案到SD卡即可；此處的升級檔案分兩個方面：
   1. 最小升級核心，並且包含升級指令碼，此指令碼會將目標檔案燒寫到儲存介質中
   2. 目標升級檔案，即要燒寫到比如NAND中的檔案
3. 以NXP SD卡升級為例說明此過程：
   1. 首先是Uboot啟動過程：

      U-Boot 2016.03-mys-imx6ulx+gca7b81f (Apr 27 2017 - 07:55:51 +0800)
      
      CPU:   Freescale i.MX6ULL rev1.0 528 MHz (running at 396 MHz)
      CPU:   Commercial temperature grade (0C to 95C) at 39C
      Reset cause: POR
      Board: MX6ULL 14x14 EVK
      I2C:   ready
      DRAM:  512 MiB
      MMC:   FSL_SDHC: 0, FSL_SDHC: 1
      *** Warning - bad CRC, using default environment
      
      Display: TFT43AB (480x272)
      Video: 480x272x24
      In:    serial
      Out:   serial
      Err:   serial
      switch to partitions #0, OK
      mmc0 is current device
      Net:   Board Net Initialization Failed
      No ethernet found.
      Normal Boot
      Hit any key to stop autoboot:  0
      switch to partitions #0, OK
      mmc0 is current device
      switch to partitions #0, OK
      mmc0 is current device
      reading boot.scr
      423 bytes read in 10 ms (41 KiB/s)
      Running bootscript from mmc ...
      ## Executing script at 80800000
      reading zImage
      6789824 bytes read in 302 ms (21.4 MiB/s)
      reading mys-imx6ull-14x14-evk-gpmi-weim.dtb
      36951 bytes read in 20 ms (1.8 MiB/s)
      Kernel image @ 0x83000000 [ 0x000000 - 0x679ac0 ]
      ## Flattened Device Tree blob at 84000000
         Booting using the fdt blob at 0x84000000
         Using Device Tree in place at 84000000, end 8400c056
      
      Starting kernel ..

   2. 最小系統載入啟動完畢後，執行升級指令碼
      

   3. VFS: Mounted root (ext4 filesystem) on device 179:2.
      devtmpfs: mounted
      Freeing unused kernel memory: 432K (80b54000 - 80bc0000)
      INIT: version 2.88 booting
      Starting udev
      udevd[114]: starting version 3.1.5
      random: udevd urandom read with 32 bits of entropy available
      EXT4-fs (mmcblk0p2): re-mounted. Opts: data=ordered
      bootlogd: cannot allocate pseudo tty: No such file or directory
      FAT-fs (mmcblk0p1): Volume was not properly unmounted. Some data may be corrupt. Please run fsck.
      ALSA: Restoring mixer settings...
      /usr/sbin/alsactl: load_state:1735: No soundcards found...
      INIT: Entering runlevel: 5
      Starting system message bus: dbus.
      
      System update start ...
      prepare files are okay

      
      
      
   4. 升級指令碼分析：

   5. [email protected]:/run/media/mmcblk0p2# cat usr/bin/flash_nand.sh
      #!/bin/sh
      part_uboot=0
      part_kernel=1
      part_dtb=2
      part_rootfs=3
      
      echo heartbeat > /sys/class/leds/user/trigger
      
      mfg_path=/run/media/mmcblk0p1/mfg-images  
      
      //升級目標檔案
      
      uboot=${mfg_path}/u-boot.imx 
      kernel=${mfg_path}/zImage
      dtb=${mfg_path}/gpmi-weim.dtb
      rootfs=${mfg_path}/core-image-base.rootfs.tar.xz
      
      if [ -d $mfg_path ] && [ -s $uboot ] && [ -s $kernel ] && [ -s $dtb ] && [ -s $rootfs ]
      then
          echo "prepare files are okay"
      else
          echo 0 > /sys/class/leds/user/brightness
          echo "file or directory not exist"
      fi
      
      直接使用Flash命令燒寫Uboot到對應分割槽
      echo "Flashing uboot"
      flash_erase /dev/mtd${part_uboot} 0 0 && kobs-ng init -x -v ${uboot}
      if [ $? -eq 0 ]
      then
          echo "Flash uboot okay"
      else
          echo "Flash uboot failed"
          echo 0 > /sys/class/leds/user/brightness
          exit
      fi
      
      直接使用Flash命令燒寫kernel到對應分割槽
      
      
      echo "Flashing kernel"
      flash_erase /dev/mtd${part_kernel} 0 0 && nandwrite -p /dev/mtd${part_kernel} -p ${kernel}
      if [ $? -eq 0 ]
      then
          echo "Flash kernel okay"
      else
          echo "Flash kernel failed"
          echo 0 > /sys/class/leds/user/brightness
          exit
      fi
      
      直接使用Flash命令燒寫dtb到對應分割槽
      
      echo "Flashing dtb"
      flash_erase /dev/mtd${part_dtb} 0 0 && nandwrite -p /dev/mtd${part_dtb} -p ${dtb}
      if [ $? -eq 0 ]
      then
          echo "Flash dtb file okay"
      else
          echo "Flash dtb file failed"
          echo 0 > /sys/class/leds/user/brightness
          exit
      fi
      
      燒寫rootfs比較特別，此處是使用ubifs，因此需要先使用ubi命令在NAND上建立好檔案系統格式
      
      echo "Flashing rootfs"
      flash_erase /dev/mtd${part_rootfs} 0 0
      if [ $? -ne 0 ]
      then
          echo "erase /dev/mtd${part_rootfs} fail"
          echo 0 > /sys/class/leds/user/brightness
          exit
      fi
      
      ubiformat /dev/mtd${part_rootfs}
      if [ $? -ne 0 ]
      then
          echo "format /dev/mtd${part_rootfs} fail"
          echo 0 > /sys/class/leds/user/brightness
          exit
      fi
      
      ubiattach /dev/ubi_ctrl -m ${part_rootfs}
      if [ $? -ne 0 ]
      then
          echo "attach /dev/mtd${part_rootfs} fail"
          echo 0 > /sys/class/leds/user/brightness
          exit
      fi
      
      ubimkvol /dev/ubi0 -Nrootfs -m
      if [ $? -ne 0 ]
      then
          echo "make volume /dev/mtd${part_rootfs} fail"
          echo 0 > /sys/class/leds/user/brightness
          exit
      fi
      
      mkdir -p /run/media/mtd${part_rootfs} \
       && mount -t ubifs ubi0:rootfs /run/media/mtd${part_rootfs}
      if [ $? -ne 0 ]
      then
          echo "mount /dev/mtd${part_rootfs} fail"
          echo 0 > /sys/class/leds/user/brightness
          exit
      fi
      
      建立好ubi格式之後，直接將rootfs壓縮包解壓到對應分割槽即可；
      
      tar xvf ${rootfs} -C /run/media/mtd${part_rootfs}
      if [ $? -eq 0 ]
      then
          echo "Flash filesystem okay"
          sync && sync && sync
          echo none > /sys/class/leds/user/trigger
          echo 1 > /sys/class/leds/user/brightness
      else
          echo "Flash filesystem failed"
          echo 0 > /sys/class/leds/user/brightness
          umount /run/media/mtd${part_rootfs}
          exit
      fi
      umount /run/media/mtd${part_rootfs}
      echo "Programming success"
      echo "You need reboot the board"