前言
本文所用的uboot代碼為迅為官方提供，開發板是迅為iTOP-4412開發板(不帶設備樹)。
首先，我們確定一下系統啟動的流程：首先啟動uboot，uboot啟動內核並掛載rootfs(根文件系統)，內核啟動完成且rootfs工作完成后，掛載emmc上的文件系統，操作系統正式開始工作。（讀者要弄懂根文件系統和普通文件系統的區別與聯系，網上資料很多，本文不作贅述。）
本文實現的雙系統引導，都是基於Linux的，即兩個系統使用同一個內核、同一個根文件系統，只是emmc上的文件系統有所不同。第一個系統是一個最小Linux系統，第二個系統是一個帶Qt/E的Linux系統。uboot啟動后會從emmc的特定位置讀取一定長度的字符串，若字符串是“qte”，則啟動帶Qt/E的Linux系統；若字符串是“lin”，則啟動最小Linux系統。
1.分區信息
上圖是emmc的分區信息。可以看到，分成了兩個部分“Raw區域”和“主要分區”。Raw區域中我們主要關注bootloader、kernel、ramdisk這三個分區。ramdisk中存放根文件系統(rootfs)，kernel中存放內核，bootloader中存放uboot。在主要分區中，mmcblk0p1指的是emmc的第一個分區，mmcblk0p2指的是emmc的第二個分區，mmcblk0p3指的是emmc的第三個分區，mmcblk0p4指的是emmc的第四個分區。在本文的環境中，mmcblk0指emmc，mmcblk1指SD卡。
(1) 打開開發板和串口終端，摁回車進入uboot模式，在串口終端輸入命令“fdisk -p mmc”，可以看到開發板emmc的“主要分區”信息，如下圖所示。
mmcblk0p1占12536MB，mmcblk0p2占1024MB，mmcblk0p3占1024MB，mmcblk0p4占300MB。
(2) 在串口終端輸入命令“fastboot”，可以看到“Raw區域”和“主要分區”的詳細信息，如下圖所示。
其中，“bootloader”、“kernel”、“ramdisk”、“Recovery”分別對應“Raw區域”中的四個分區，“system”、“userdata”、“cache”、“fat”分別對應“主要分區”中的mmcblk0p2、mmcblk0p3、mmcblk0p4、mmcblk0p1四個分區。“system”中存放的就是操作系統的文件系統，在默認情況下，uboot引導起內核，內核啟動完成后，會掛載位於“system”中的文件系統。要實現雙系統引導，我們可以把第一個系統存放在“system”分區中，把第二個系統存放在“userdata”分區中，在啟動時，讓內核在兩個分區的文件系統中進行選擇。
(3) 在串口終端輸入命令“printenv”，可以看到環境變量信息，如下圖所示。
這里我們主要分析“bootcmd=movi read kernel 40008000;movi read rootfs 40df0000 100000;bootm 40008000 40df0000”這個語句，該語句的作用是把“movi read kernel 40008000;movi read rootfs 40df0000 100000;bootm 40008000 40df0000”賦給bootcmd變量。
而bootcmd變量的值就是uboot啟動后要執行的命令：先把內核從kernel分區中讀取到內存的0x40008000處；再從ramdisk分區中（此處的rootfs分區實際就是指ramdisk分區，因為uboot判斷分區時只判斷首字母，所以即使寫rootfs，仍然會導向ramdisk分區，這里寫成rootfs是為了方便用戶理解）讀取0x100000個字節到內存的0x40df0000處；最后使用bootm命令，啟動(掛載)已經讀取到內存中的內核和根文件系統。
在正常情況下，環境變量中還應有一個bootargs變量，bootargs的值就是uboot要傳遞給內核的參數，但是在上圖的環境變量信息中並沒有發現它，所以我們猜測迅為給的uboot源碼中並沒有給bootargs變量賦值。
2.uboot源碼分析
(1) 在uboot源碼的“iTop4412_uboot/include/movi.h”文件中可以看到Raw區域的信息，如下。
#define MAGIC_NUMBER_MOVI (0x24564236) #define SS_SIZE (16 * 1024) #define eFUSE_SIZE (1 * 512) // 512 Byte eFuse, 512 Byte reserved #define MOVI_BLKSIZE (1<<9) //mj defined #define FWBL1_SIZE (8* 1024) //IROM BL1 SIZE 8KB #define BL2_SIZE (16 * 1024)//uboot BL2 16KB /* partition information */ #define PART_SIZE_UBOOT (495 * 1024) #define PART_SIZE_KERNEL (6 * 1024 * 1024) #define PART_SIZE_ROOTFS (2 * 1024 * 1024)// 2M #define RAW_AREA_SIZE (16 * 1024 * 1024)// 16MB #define MOVI_RAW_BLKCNT (RAW_AREA_SIZE / MOVI_BLKSIZE) #define MOVI_FWBL1_BLKCNT (FWBL1_SIZE / MOVI_BLKSIZE) #define MOVI_BL2_BLKCNT (BL2_SIZE / MOVI_BLKSIZE) #define MOVI_ENV_BLKCNT (CONFIG_ENV_SIZE / MOVI_BLKSIZE) #define MOVI_UBOOT_BLKCNT (PART_SIZE_UBOOT / MOVI_BLKSIZE) #define MOVI_ZIMAGE_BLKCNT (PART_SIZE_KERNEL / MOVI_BLKSIZE) #define ENV_START_BLOCK (544*1024)/MOVI_BLKSIZE #define MOVI_UBOOT_POS ((eFUSE_SIZE / MOVI_BLKSIZE) + MOVI_FWBL1_BLKCNT + MOVI_BL2_BLKCNT) #define MOVI_ROOTFS_BLKCNT (PART_SIZE_ROOTFS / MOVI_BLKSIZE)
Raw區域總大小為16MB，包含了BL1、BL2、環境變量、內核、rootfs、uboot等信息。我們主要關注kernel、rootfs、uboot這三部分。內核存放在kernel分區中，根文件系統(rootfs)存放在ramdisk分區中、uboot存放在bootloader分區中。
(2) 而對“Raw區域”和“主要分區”的操作，則在“iTop4412_uboot/common/cmd_fastboot.c”文件的“set_partition_table_sdmmc”函數中，如下(請看注釋)。
static int set_partition_table_sdmmc() { int start, count; unsigned char pid; pcount = 0; #if defined(CONFIG_FUSED) /* FW BL1 for fused chip */ strcpy(ptable[pcount].name, "fwbl1"); ptable[pcount].start = 0; ptable[pcount].length = 0; ptable[pcount].flags = FASTBOOT_PTENTRY_FLAGS_USE_MOVI_CMD; pcount++; #endif /* Bootloader */ strcpy(ptable[pcount].name, "bootloader"); //Raw區域中的bootloader分區，存放uboot ptable[pcount].start = 0; ptable[pcount].length = 0; ptable[pcount].flags = FASTBOOT_PTENTRY_FLAGS_USE_MOVI_CMD; pcount++; /* Kernel */ strcpy(ptable[pcount].name, "kernel"); //Raw區域中的kernel分區，存放內核 ptable[pcount].start = 0; ptable[pcount].length = 0; ptable[pcount].flags = FASTBOOT_PTENTRY_FLAGS_USE_MOVI_CMD; pcount++; /* Ramdisk */ strcpy(ptable[pcount].name, "ramdisk"); //Raw區域中的ramdisk分區，存放rootfs(根文件系統) ptable[pcount].start = 0; ptable[pcount].length = 0x300000; ptable[pcount].flags = FASTBOOT_PTENTRY_FLAGS_USE_MOVI_CMD; pcount++; /* Recovery*/ #ifdef CONFIG_RECOVERY //mj strcpy(ptable[pcount].name, "Recovery"); //Raw區域中的Recovery分區 ptable[pcount].start = 0; ptable[pcount].length = 0x600000; //6MB ptable[pcount].flags = FASTBOOT_PTENTRY_FLAGS_USE_MOVI_CMD; pcount++; /* System */ get_mmc_part_info((dev_number_write == 0)?"0":"1", 2, &start, &count, &pid); //主要分區中的mmcblk0p2分區，默認情況下存放操作系統的文件系統 if (pid != 0x83) goto part_type_error; strcpy(ptable[pcount].name, "system"); //分區名稱為system ptable[pcount].start = start * CFG_FASTBOOT_SDMMC_BLOCKSIZE; ptable[pcount].length = count * CFG_FASTBOOT_SDMMC_BLOCKSIZE; ptable[pcount].flags = FASTBOOT_PTENTRY_FLAGS_USE_MMC_CMD; pcount++; /* User Data */ get_mmc_part_info((dev_number_write == 0)?"0":"1", 3, &start, &count, &pid); //主要分區中的mmcblk0p3分區，默認情況下存放用戶數據，我們也可以在該分區存放另一個系統 if (pid != 0x83) goto part_type_error; strcpy(ptable[pcount].name, "userdata"); //分區名稱為userdata ptable[pcount].start = start * CFG_FASTBOOT_SDMMC_BLOCKSIZE; ptable[pcount].length = count * CFG_FASTBOOT_SDMMC_BLOCKSIZE; ptable[pcount].flags = FASTBOOT_PTENTRY_FLAGS_USE_MMC_CMD; pcount++; /* Cache */ get_mmc_part_info((dev_number_write == 0)?"0":"1", 4, &start, &count, &pid); //主要分區中的mmcblk0p4分區 if (pid != 0x83) goto part_type_error; strcpy(ptable[pcount].name, "cache"); //分區名稱為cache ptable[pcount].start = start * CFG_FASTBOOT_SDMMC_BLOCKSIZE; ptable[pcount].length = count * CFG_FASTBOOT_SDMMC_BLOCKSIZE; ptable[pcount].flags = FASTBOOT_PTENTRY_FLAGS_USE_MMC_CMD; pcount++; /* Fat */ get_mmc_part_info((dev_number_write == 0)?"0":"1", 1, &start, &count, &pid); //主要分區中的mmcblk0p1分區 if (pid != 0xc) goto part_type_error; strcpy(ptable[pcount].name, "fat"); //分區名稱為fat ptable[pcount].start = start * CFG_FASTBOOT_SDMMC_BLOCKSIZE; ptable[pcount].length = count * CFG_FASTBOOT_SDMMC_BLOCKSIZE; ptable[pcount].flags = FASTBOOT_PTENTRY_FLAGS_USE_MMC_CMD; pcount++; #if 1 // Debug fastboot_flash_dump_ptn(); #endif LCD_setleftcolor(0x8a2be2); return 0; part_type_error: printf("Error: No MBR is found at SD/MMC.\n"); printf("Hint: use fdisk command to make partitions.\n"); return -1; }
(3) 在“iTop4412_uboot/board/samsung/smdkc210/smdkc210.c”文件的“board_late_init”函數中，可以看到關於bootcmd變量的信息，如下。
int board_late_init (void) { int ret = check_bootmode(); if ((ret == BOOT_MMCSD || ret == BOOT_EMMC441 || ret == BOOT_EMMC43 ) && boot_mode == 0) { //printf("board_late_init\n"); char boot_cmd[100]; #if 0 sprintf(boot_cmd, "movi read kernel 40008000;movi read rootfs 40d00000 100000;bootm 40008000 40d00000"); //這條語句不會編譯 #else #ifdef SMDK4412_SUPPORT_UBUNTU sprintf(boot_cmd, "movi read kernel 40008000;bootm 40008000 40d00000"); //這條語句不會編譯 #else sprintf(boot_cmd, "movi read kernel 40008000;movi read rootfs 40df0000 100000;bootm 40008000 40df0000"); //只有這條關於bootcmd變量的語句會編譯 #endif #endif /* end modify */ setenv("bootcmd", boot_cmd); } return 0; }
3.修改uboot源碼
大概思路已經在前面講過，為了方便讀者理解，再詳述一下雙系統引導的思路。兩個系統共用同一套uboot、內核、rootfs(根文件系統)，在mmcblk0p2分區中存放一個系統，在mmcblk0p3中存放另一個系統，uboot每次啟動時，會從mmcblk0p4分區中讀取定長的字符串，根據字符串的內容來決定該引導哪一個系統。修改后的分區信息如下圖所示。
(1) 打開“iTop4412_uboot/common/cmd_fastboot.c”文件，修改“set_partition_table_sdmmc”函數中有關mmcblk0p2分區和mmcblk0p3分區的命名部分(只修改分區名稱，其他的不做修改)，將原先的“system”和“userdata”兩個分區名稱改為“system_linux”和“system_qte”，方便記憶。
/* Qt/E System */ get_mmc_part_info((dev_number_write == 0)?"0":"1", 2, &start, &count, &pid); //主要分區中的mmcblk0p2分區，用於存放最小Qt/E系統 if (pid != 0x83) goto part_type_error; strcpy(ptable[pcount].name, "system_qte"); //分區名改為system_qte ptable[pcount].start = start * CFG_FASTBOOT_SDMMC_BLOCKSIZE; ptable[pcount].length = count * CFG_FASTBOOT_SDMMC_BLOCKSIZE; ptable[pcount].flags = FASTBOOT_PTENTRY_FLAGS_USE_MMC_CMD; pcount++; /* Linux System */ get_mmc_part_info((dev_number_write == 0)?"0":"1", 3, &start, &count, &pid); //主要分區中的mmcblk0p3分區，用於存放最小Linux系統 if (pid != 0x83) goto part_type_error; //strcpy(ptable[pcount].name, "userdata"); strcpy(ptable[pcount].name, "system_linux"); //分區名改為system_linux ptable[pcount].start = start * CFG_FASTBOOT_SDMMC_BLOCKSIZE; ptable[pcount].length = count * CFG_FASTBOOT_SDMMC_BLOCKSIZE; ptable[pcount].flags = FASTBOOT_PTENTRY_FLAGS_USE_MMC_CMD; pcount++;
(2) 打開“iTop4412_uboot/common/main.c”文件，在“main_loop”函數中添加如下代碼。
char bootargstr[10]; run_command("mmc read 0 40008000 408000 10", 0); //從emmc的0x408000塊處讀取0x10個塊的數據到內存的0x40008000處，至於為什么從emmc的0x408000處讀，請看后文的解析 memcpy(bootargstr, (char*)0x40008000, 3); //把讀取到的數據賦給bootargstr if(!strncmp(bootargstr, "qte", 3)) //判斷bootargstr的內容，如果是字符串“qte” sprintf(bootargstr, "root=/dev/mmcblk0p2"); //把mmcblk0p2設置為系統的根，即啟動帶Qt/E的Linux系統 else sprintf(bootargstr, "root=/dev/mmcblk0p3"); //把mmcblk0p3設置為根，即啟動最小Linux系統 setenv("bootargs", bootargstr); //設置環境變量bootargs，把bootargstr字符串的內容賦給環境變量bootargs
添加位置如下圖所示。
為什么要從emmc的0x408000塊處讀字符串呢？首先我們明確一下“mmc read”命令的用法：mmc read <device num> addr blk# cnt [partition]，即從某設備的第blk#個塊(一個塊為512B)開始，讀取cnt個塊的數據，將數據存放到內存的addr位置。其次，在前文中我們曾經獲取過emmc的“主要分區”信息，如下圖。
可以看到mmcblk0p4分區的起始塊(block start #)是4227072，這是個十進制數，我們把它轉換為十六進制，便得到了0x408000。
4.編譯和燒寫
(1) 編譯修改后的uboot，用fastboot工具將其燒寫到開發板中。
燒寫完成后，重啟開發板，並進入uboot模式。在串口終端輸入命令“printenv”，可以看到環境變量中又添加了一個bootargs變量，它是用來告訴內核要掛載哪個分區中的文件系統的，掛載不同的文件系統，就實現了不同系統的引導。根據bootargs變量的值可知，目前要引導的系統是位於mmcblk0p3分區中的系統，即最小Linux系統。
在串口終端輸入命令“fastboot”，可以看到原先的“system”和“userdata”分區名稱已經被修改為“system_qte”和“system_linux”，如下圖所示。
(2) 用fastboot工具把兩個系統分別燒寫進各自的分區中，如下圖所示。
(3) 重啟開發板（不要進入uboot模式），可以看到開發板進入到了最小Linux系統。
在串口終端輸入命令“echo "qte" > /dev/mmcblk0p4”，該命令表示向mmcblk0p4分區的起始位置寫入字符串“qte”。
然后重啟開發板，可以看到開發板進入到了Qt/E系統。
再在串口終端輸入命令“echo "lin" > /dev/mmcblk0p4”，該命令表示向mmcblk0p4分區的起始位置寫入字符串“lin”。
重啟開發板，可以看到開發板又回到了最小Linux系統。
雙系統引導成功！