一、Linux 系统的完整启动过程
- U-Boot（bootloader）如何初始化硬件
- 内核镜像如何被加载并启动
- 根文件系统（rootfs）如何挂载
- 实际调试中常见的 can't mount root fs 错误分析
二、Linux 启动流程概览
- bootloader（如 U-Boot）
- Linux 内核（kernel）
- 根文件系统（rootfs）
三、存储设备与内存布局详解
| 设备 | 类型 | 特点 |
|---|---|---|
| ROM | 只读存储 | 存放初始引导代码（bootcode），断电不丢失 |
| RAM | 随机存储 | 临时存储，访问快，断电丢失 |
| Flash/EMMC | 非易失 | 用于存放操作系统镜像和数据，可擦写 |
四、Linux 启动三步曲
1. bootloader（U-Boot）——系统的“引路人”
- 初始化 CPU 和外设（UART、网卡、内存控制器等）
- 加载内核镜像（zImage）到指定内存地址
- 设置启动参数（如 kernel command line）
- 跳转执行内核入口点
2. Linux 内核（kernel）——核心控制中枢
- 内核是操作系统的核心，负责：
- 管理进程、内存、设备、网络
- 提供系统调用接口
- 初始化驱动模块
- 挂载根文件系统
3. 根文件系统（rootfs）——应用的“家”
- 根文件系统是 Linux 运行的基础，包含：
- /bin, /sbin: 基本命令
- /etc: 配置文件
- /lib: 库文件
- /proc, /sys: 虚拟文件系统
- /home, /tmp: 用户目录
四、Linux在SD卡与Ubuntu上启动
Linux 启动流程：
SD卡启动
- 系统上电后，先执行 imx6 内部 ROM 中的启动程序（根据 boot mode 选择对应的外设）
- 拷贝 SD 卡中的 bootloader 前半部分程序到 imx6 内部的 RAM 中-- bootloader 必须在自己的前半部分初始化好内存，并将自己后半部分搬移到内存执行
- 内核及根文件系统都在 SD 卡
- bootloader 后半部分搬移 SD 卡中的内核（zImage）到内存的 0x80800000 地址处，PC 指向 0x80800000 地址处启动内核
- 内核启动完成后挂载 SD 卡上的根文件系统
内核及根文件系统都在 ubuntu 上
- 系统上电后，先执行 imx6 内部 ROM 中的启动程序（根据 boot mode 选择对应的外设）
- 拷贝 SD 卡中的 bootloader 前半部分程序到 imx6 内部的 RAM 中-- bootloader 必须在自己的前半部分初始化好内存，并将自己后半部分搬移到内存执行
- bootloader 通过 tftp 下载 ubuntu 中的 zImage 到内存的 0x80800000 地址处并引导内核启动
- 内核启动完成后通过 nfs 挂载 ubuntu 中的 rootfs
五、uboot命令
uboot命令:
- help/? 查看uboot支持的命令
- reset uboot阶段重启命令
- ping 测试网络
- printenv (print) 打印环境变量
- setenv name value 设置环境变量(所有环境变量均为字符串类型)
- setenv name 删除环境变量(将环境变量的值设置为空)
- saveenv 保存环境变量(一般保存在MMC中)
六、相关环境变量配置
1.TFTP 相关环境变量（用于网络下载镜像）
| 变量名 | 含义 | 示例值 | 说明 |
|---|---|---|---|
ipaddr | 开发板的 IP 地址 | 192.168.1.100 | 本机 IP，必须与主机在同一网段 |
ethaddr | MAC 地址 | 00:1A:2B:3C:4D:5E | 网卡硬件地址，用于网络通信 |
serverip | TFTP 服务器 IP 地址 | 192.168.1.3 | Ubuntu 主机的 IP，提供文件下载服务 |
1.setenv ipaddr 192.168.1.100 2.setenv serverip 192.168.1.3 3.setenv ethaddr 00:1A:2B:3C:4D:5E2.下载 zImage 内核镜像
将服务器上的 zImage 文件下载到内存地址 0x80800000
tftp 0x80800000 zImage3.下载设备树（Device Tree Blob）
- 设备树描述了硬件平台信息（如 CPU、内存、外设）
- 内核依赖它来正确识别硬件
- 必须与内核版本匹配
tftp 0x83000000 imx6.dtb4.启动内核时的关键参数（bootargs）
| 参数 | 含义 | 示例值 | 说明 |
|---|---|---|---|
consol= | 控制台输出端口 | ttySAC0,115200 | 指定串口和波特率，便于调试 |
root= | 根文件系统类型 | root=/dev/nfs | 表示使用 NFS 作为根文件系统 |
nfsroot= | NFS 根目录路径 | 192.168.1.3:/home/linux/nfs/rootfs,nfsvers=3 | 服务器 IP + 共享目录 + 协议版本 |
ip= | 开发板 IP 地址 | 192.168.1.100 | 配置开发板静态 IP |
init= | 指定初始化进程 | init=/linuxrc | 启动第一个用户程序（通常是/linuxrc） |
setenv bootargs console=ttySAC0,115200 root=/dev/nfs nfsroot=192.168.1.3:/home/linux/nfs/rootfs, nfsvers=3 ip=192.168.1.100 init=/linuxrc5.启动内核
bootz 0x80800000 - 0x83000000七、总结
| 类别 | 变量 | 功能 |
|---|---|---|
| 网络 | ipaddr,serverip,ethaddr | 配置网络连接 |
| TFTP | tftp 0x... zImage | 下载内核镜像 |
| 启动参数 | bootargs | 传给内核的启动选项 |
| 根文件系统 | root=/dev/nfs,nfsroot=... | 指定 NFS 根目录 |
| 初始化 | init=/linuxrc | 指定第一个用户进程 |
七、附录：U-Boot 常用命令速查
help # 查看支持命令 printenv # 查看环境变量 setenv name value # 设置环境变量 saveenv # 保存环境变量到 Flash tftp addr filename # 通过 TFTP 下载文件 bootz addr ramdisk_size size # 启动压缩内核
