对NXP提供的BSP里边所使用的u-boot的环境变量`bootcmd`的解析

原创已于 2025-03-09 17:49:26 修改 · 881 阅读

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#u-boot

于 2025-03-06 16:51:28 首次发布

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为什么我们要解析环境变量`bootcmd`？

承接博文 https://blog.youkuaiyun.com/wenhao_ir/article/details/145902134 继续解析u-boot的环境变量bootcmd。

为什么要解析u-boot的这个环境变量bootcmd？因为如果u-boot在倒计时完后,首先执行的是就是下面这条命令：

run_command(env_get("bootcmd"), 0);

其中 env_get("bootcmd") 取出 bootcmd 环境变量的内容，并将其传递给 run_command() 执行。

所以我们有必要去解析环境变量bootcmd的内容。

打印出u-boot的环境变量的具体内容

说明：本文使用的u-boot是博文 https://blog.youkuaiyun.com/wenhao_ir/article/details/145662136 中经过我修改移植后的u-boot。在博文 https://blog.youkuaiyun.com/wenhao_ir/article/details/145662136 中有烧写方法和它的百度网盘下载地址。

u-boot运行后，可用下面的命令单独打印出变量 bootcmd 的内容：

printenv bootcmd

这里，由于各环境变量之间有依赖关系，所以需要用下面的命令完整打印出所有环境变量的内容：

printenv

在这里插入图片描述

baudrate=115200
board_name=EVK
board_rev=14X14
boot_fdt=try
bootcmd=run findfdt;run findtee;mmc dev ${mmcdev};mmc dev ${mmcdev}; if mmc rescan; then if run loadbootscript; then run bootscript; else if run loadimage; then run mmcboot; else run netboot; fi; fi; else run netboot; fi
bootcmd_mfg=run mfgtool_args;if iminfo ${initrd_addr}; then if test ${tee} = yes; then bootm ${tee_addr} ${initrd_addr} ${fdt_addr}; else bootz ${loadaddr} ${initrd_addr} ${fdt_addr}; fi; else echo "Run fastboot ..."; fastboot 0; fi;
bootdelay=3
bootscript=echo Running bootscript from mmc ...; source
console=ttymxc0
emmc_ack=1
emmc_dev=1
eth1addr=00:01:3f:2d:3e:4d
ethact=ethernet@20b4000
ethprime=eth1
fastboot_dev=mmc1
fdt_addr=0x83000000
fdt_file=undefined
fdt_high=0xffffffff
fdtcontroladdr=9df6d770
findfdt=if test $fdt_file = undefined; then if test $board_name = ULZ-EVK && test $board_rev = 14X14; then setenv fdt_file imx6ulz-14x14-evk.dtb; fi; if test $board_name = EVK && test $board_rev = 9X9; then setenv fdt_file imx6ull-9x9-evk.dtb; fi; if test $board_name = EVK && test $board_rev = 14X14; then setenv fdt_file imx6ull-14x14-evk.dtb; fi; if test $fdt_file = undefined; then echo WARNING: Could not determine dtb to use; fi; fi;
findtee=if test $tee_file = undefined; then if test $board_name = ULZ-EVK && test $board_rev = 14X14; then setenv tee_file uTee-6ulzevk; fi; if test $board_name = EVK && test $board_rev = 9X9; then setenv tee_file uTee-6ullevk; fi; if test $board_name = EVK && test $board_rev = 14X14; then setenv tee_file uTee-6ullevk; fi; if test $tee_file = undefined; then echo WARNING: Could not determine tee to use; fi; fi;
image=zImage
initrd_addr=0x86800000
initrd_high=0xffffffff
ip_dyn=yes
kboot=bootz 
loadaddr=0x80800000
loadbootscript=fatload mmc ${mmcdev}:${mmcpart} ${loadaddr} ${script};
loadfdt=fatload mmc ${mmcdev}:${mmcpart} ${fdt_addr} ${fdt_file}
loadimage=fatload mmc ${mmcdev}:${mmcpart} ${loadaddr} ${image}
loadtee=fatload mmc ${mmcdev}:${mmcpart} ${tee_addr} ${tee_file}
mfgtool_args=setenv bootargs console=${console},${baudrate} rdinit=/linuxrc clk_ignore_unused 
mmcargs=setenv bootargs console=${console},${baudrate} root=${mmcroot}
mmcautodetect=yes
mmcboot=echo Booting from mmc ...; run mmcargs; if test ${tee} = yes; then run loadfdt; run loadtee; bootm ${tee_addr} - ${fdt_addr}; else if test ${boot_fdt} = yes || test ${boot_fdt} = try; then if run loadfdt; then bootz ${loadaddr} - ${fdt_addr}; else if test ${boot_fdt} = try; then bootz; else echo WARN: Cannot load the DT; fi; fi; else bootz; fi; fi;
mmcdev=1
mmcpart=1
mmcroot=/dev/mmcblk1p2 rootwait rw
netargs=setenv bootargs console=${console},${baudrate} root=/dev/nfs ip=dhcp nfsroot=${serverip}:${nfsroot},v3,tcp
netboot=echo Booting from net ...; ${usb_net_cmd}; run netargs; if test ${ip_dyn} = yes; then setenv get_cmd dhcp; else setenv get_cmd tftp; fi; ${get_cmd} ${image}; if test ${tee} = yes; then ${get_cmd} ${tee_addr} ${tee_file}; ${get_cmd} ${fdt_addr} ${fdt_file}; bootm ${tee_addr} - ${fdt_addr}; else if test ${boot_fdt} = yes || test ${boot_fdt} = try; then if ${get_cmd} ${fdt_addr} ${fdt_file}; then bootz ${loadaddr} - ${fdt_addr}; else if test ${boot_fdt} = try; then bootz; else echo WARN: Cannot load the DT; fi; fi; else bootz; fi; fi;
script=boot.scr
sd_dev=1
serial#=2e1181d769237caa
splashimage=0x8c000000
tee=no
tee_addr=0x84000000
tee_file=undefined

Environment size: 3388/8188 bytes

从中可见环境变量bootcmd的具体内容为：

bootcmd=run findfdt;run findtee;mmc dev ${mmcdev};mmc dev ${mmcdev}; if mmc rescan; then if run loadbootscript; then run bootscript; else if run loadimage; then run mmcboot; else run netboot; fi; fi; else run netboot; fi

接下来我们需要对环境变量bootcmd中的语句进行分析，并理出我们这里的执行流程。

对环境变量`bootcmd`的内容进行分行和缩进处理

环境变量 bootcmd 的内容如下：

bootcmd=run findfdt;run findtee;mmc dev ${mmcdev};mmc dev ${mmcdev}; if mmc rescan; then if run loadbootscript; then run bootscript; else if run loadimage; then run mmcboot; else run netboot; fi; fi; else run netboot; fi

全写在一行中，对我们阅读很不友好，不妨先利用chatgpt将其进行分行和缩进处理，分行和缩进处理后如下：

bootcmd=
    run findfdt;
    run findtee;
    mmc dev ${mmcdev};
    mmc dev ${mmcdev};  # 重复执行了一次，可能是为了确保正确切换到目标 mmc 设备
    
    if mmc rescan; then
        if run loadbootscript; then
            run bootscript;
        else
            if run loadimage; then
                run mmcboot;
            else
                run netboot;
            fi;
        fi;
    else
        run netboot;
    fi;

对环境变量`bootcmd`的每一条语句的解析

所有环境变量及环境变量bootcmd的内容在上面的内容中已经给出，在开始分析环境变量bootcmd中的各语句的意义，当知道其每条语句的意义后，也就知道了其执行流程了。

环境变量 bootcmd 的内容如下：

bootcmd=run findfdt;run findtee;mmc dev ${mmcdev};mmc dev ${mmcdev}; if mmc rescan; then if run loadbootscript; then run bootscript; else if run loadimage; then run mmcboot; else run netboot; fi; fi; else run netboot; fi

分行和缩进处理后如下：

bootcmd=
    run findfdt;
    run findtee;
    mmc dev ${mmcdev};
    mmc dev ${mmcdev};  # 重复执行了一次，可能是为了确保正确切换到目标 mmc 设备
    
    if mmc rescan; then
        if run loadbootscript; then
            run bootscript;
        else
            if run loadimage; then
                run mmcboot;
            else
                run netboot;
            fi;
        fi;
    else
        run netboot;
    fi;

以下是对 bootcmd 中每一句语句的解析：

分析前，先了解下这个 bootcmd 主要完成的任务，如下：

查找设备树（FDT）文件
查找 TEE（可信执行环境）文件
选择 eMMC/SD 设备
尝试从 MMC 设备加载 U-Boot 启动脚本 boot.scr
如果 boot.scr 不存在，则尝试直接加载 Linux 内核
如果 MMC 启动失败，则回退到网络启动

1. 运行 `findfdt` 以确定设备树（DTB）文件的名字

run findfdt;

findfdt 变量的内容：

findfdt=if test $fdt_file = undefined; then \
    if test $board_name = ULZ-EVK && test $board_rev = 14X14; then \
        setenv fdt_file imx6ulz-14x14-evk.dtb; \
    fi; \
    if test $board_name = EVK && test $board_rev = 9X9; then \
        setenv fdt_file imx6ull-9x9-evk.dtb; \
    fi; \
    if test $board_name = EVK && test $board_rev = 14X14; then \
        setenv fdt_file imx6ull-14x14-evk.dtb; \
    fi; \
    if test $fdt_file = undefined; then \
        echo WARNING: Could not determine dtb to use; \
    fi; \
fi;

作用：根据 board_name 和 board_rev 确定要使用的设备树文件，并存储到 fdt_file 变量中。
具体在这里，由于环境变量 board_name 的值为board_name=EVK，环境变量board_rev的值为14X14，所以环境变量fdt_file的值被设为imx6ull-14x14-evk.dtb，即内核的设备树文件的名字为imx6ull-14x14-evk.dtb。

2. 运行 `findtee` 以确定 TEE 镜像的文件名

关于TEE 镜像是什么东西，请参考我的另一篇博文 https://blog.youkuaiyun.com/wenhao_ir/article/details/146054128

run findtee;

findtee 变量的内容：

findtee=if test $tee_file = undefined; then \
    if test $board_name = ULZ-EVK && test $board_rev = 14X14; then \
        setenv tee_file uTee-6ulzevk; \
    fi; \
    if test $board_name = EVK && test $board_rev = 9X9; then \
        setenv tee_file uTee-6ullevk; \
    fi; \
    if test $board_name = EVK && test $board_rev = 14X14; then \
        setenv tee_file uTee-6ullevk; \
    fi; \
    if test $tee_file = undefined; then \
        echo WARNING: Could not determine tee to use; \
    fi; \
fi;

作用：根据 board_name 和 board_rev 确定 TEE 镜像文件（如 OP-TEE），并存储到 tee_file 变量中。
具体在这里，由于环境变量 board_name 的值为board_name=EVK，环境变量board_rev的值为14X14，所以环境变量tee_file的值被设为uTee-6ullevk，

3. 选择 eMMC 设备

mmc dev ${mmcdev};
mmc dev ${mmcdev};

mmcdev=1，表示默认使用 mmc1（可能是 eMMC）。可以用命令mmc list查看eMMC设备在u-boot中的编号，详情见我的另一篇博文 https://blog.youkuaiyun.com/wenhao_ir/article/details/146016551 【搜索“利用MMC子系统查看和修改”】
这里调用 mmc dev 两次，可能是为了确保设备切换正确。
关于这个命令的详情，见我的另一篇博文 https://blog.youkuaiyun.com/wenhao_ir/article/details/146016551

4. 重新扫描 MMC 设备

if mmc rescan; then

作用：检查 eMMC/SD 设备是否可用，并更新分区信息。
如果成功（即 MMC 设备存在），则继续执行下面的加载步骤。
如果失败（即 MMC 设备不可用），则跳过直接进入 netboot。

5. 尝试加载 U-Boot 启动脚本(boot.scr)

在这里插入图片描述

if run loadbootscript; then run bootscript;

loadbootscript 变量的内容：
```
loadbootscript=fatload mmc ${mmcdev}:${mmcpart} ${loadaddr} ${script};
```
- 尝试从 MMC 设备 加载 boot.scr 文件 到 loadaddr（0x80800000）。
- 关于参数mmcpart的意义，请参考博文 https://blog.youkuaiyun.com/wenhao_ir/article/details/146016551【搜索“fatload mmc”】
- 关于下面叙述中提到的“当前活动分区”的意义，请参考博文 https://blog.youkuaiyun.com/wenhao_ir/article/details/145967306 【搜索“”】
- 在这里，由于mmcdev的值为1，mmcpart的值为1，loadaddr的值为0x80800000， script的内容为boot.scr，所以这里实际上尝试把存储在eMMC的当前活动分区(通常为User Area区)的第1逻辑分区的根目录中的文件boot.scr加载到内存的0x80800000位置。同时由于命令是fatload，所以前活动分区(通常为User Area区)的第1逻辑分区中的文件系统的格式应该为FAT。如果加载成功，再执行环境变量 bootscript 中的内容。
bootscript 变量的内容如下：
```
bootscript=echo Running bootscript from mmc ...; source
```
- echo Running bootscript from mmc ...; ：这部分只是打印信息，告诉用户 “正在从 MMC 运行 bootscript…”。
- source ：这个命令的作用是 执行存储在 RAM 中的 boot.scr 脚本。u-boot的source 命令会解析 loadaddr 处的 boot.scr 并执行其中的 U-Boot 命令。
- boot.scr 是一个预编译的 U-Boot 脚本，里面可能会定义更详细的启动过程，如：加载内核、加载设备树、设定 bootargs、执行 bootz 或 bootm等。
具体在这里，由于我们并不会向boot1(Boot partition 1)中写入文件boot.scr，即文件boot.scr并不存在，所以并不会执行这个分支。

6. 如果 `boot.scr` 不存在，则直接加载 Linux 内核

在这里插入图片描述

else if run loadimage; then run mmcboot;

加载内核镜像zImage到内存

loadimage 变量的内容：
```
loadimage=fatload mmc ${mmcdev}:${mmcpart} ${loadaddr} ${image}
```
- 尝试从 MMC 设备加载 zImage 到 loadaddr（0x80800000）。
- 在这里，由于mmcdev的值为1，mmcpart的值为1，loadaddr的值为0x80800000， image的内容为zImage，所以这里实际上尝试把存储在eMMC当前活动分区(通常为User Area区)的第1逻辑分区中的根目录中的内核镜像文件zImage加载到内存的0x80800000位置。同时由于命令是fatload，所以当前活动分区(通常为User Area区)的第1逻辑分区中的文件系统的格式应该为FAT。如果加载成功，再执行环境变量 mmcboot 中的内容。

mmcboot 变量的内容：

mmcboot=echo Booting from mmc ...; run mmcargs; \
    if test ${tee} = yes; then \
        run loadfdt; run loadtee; \
        bootm ${tee_addr} - ${fdt_addr}; \
    else \
        if test ${boot_fdt} = yes || test ${boot_fdt} = try; then \
            if run loadfdt; then \
                bootz ${loadaddr} - ${fdt_addr}; \
            else \
                if test ${boot_fdt} = try; then bootz; else echo WARN: Cannot load the DT; fi; \
            fi; \
        else \
            bootz; \
        fi; \
    fi;

首先打印输出信息Booting from mmc ...

传递给内核的环境变量bootargs的设置(根文件系统的挂载)

然后执行环境变量mmcargs中的内容，环境变量mmcargs的内容为：

mmcargs=setenv bootargs console=${console},${baudrate} root=${mmcroot}

可见在这里设置了u-boot传递给内核的环境变量bootargs的值：
①console的值为ttymxc0，所以内核启动后选择的当前终端为设备节点名为ttymxc0的终端，这实际上就是IMX6ULL的串口形成的终端。又由于baudrate的值为115200，所以这个终端所使用的串口的波特率被设置为115200。
②mmcroot的值为mmcroot=/dev/mmcblk1p2 rootwait rw，它的作用是指定根文件系统（rootfs）的位置和挂载选项，具体解释如下：

字段解析

参数	作用
`/dev/mmcblk1p2`	指定根文件系统所在的设备节点，即 `mmcblk1`（eMMC/SD 设备 1）的第 2 分区(用户数据区的逻辑分区的第2个分区)。
`rootwait`	等待根文件系统设备准备好，用于 eMMC/SD 设备启动时可能的延迟问题。
`rw`	以读写模式（read-write）挂载根文件系统。

/dev/mmcblk1p2（根文件系统路径）
- /dev/mmcblk1p2 代表 eMMC 或 SD 设备 mmcblk1 的 用户数据区的逻辑分区的第2个分区（p2）。
- 设备名称：
  - mmcblk0 → 这是Linux系统启动后第一个 eMMC/SD 设备的名字。
  - mmcblk1 → 这是Linux系统启动后第二个 eMMC/SD 设备的名字。
- 分区编号：
  - mmcblk1p1 →用户数据区的逻辑分区的第1个分区，注意不是eMMC设备的Boot partition 1分区。
  - mmcblk1p2 → 用户数据区的逻辑分区的第2个分区，注意不是eMMC设备的Boot partition 2分区。
  - mmcblk1boot0-eMMC设备的Boot partition 1分区。
  - mmcblk1boot1-eMMC设备的Boot partition 2分区。

关于上面这些设备名称和分区编号名是如何获取的，即eMMC各分区在Linux内核中的名字，请参看我的另一篇博文 https://blog.youkuaiyun.com/wenhao_ir/article/details/146088727【搜索“在Linux中的分区名字和编号问题”】

rootwait（等待设备就绪）
- eMMC/SD 设备在 U-Boot 交权给 Linux 内核后，可能需要时间初始化。
- rootwait 让内核 无限等待根文件系统设备出现（而不是直接报错）。
rw（读写挂载根文件系统）
- rw 让 Linux 以读写模式 挂载根文件系统
- 如果使用 ro（read-only），根文件系统会以只读模式挂载，适用于只读系统（如某些嵌入式设备）。
注：默认情况下，Linux启动后init 进程可能会重新挂载根文件系统，原因见博文 https://blog.youkuaiyun.com/wenhao_ir/article/details/146067376

传递给内核的环境变量bootargs设置完后，即run mmcargs执行完后，再执行后面的代码加载设备树文件。

设置

  mmcboot=echo Booting from mmc ...; run mmcargs; \
      if test ${tee} = yes; then \
          run loadfdt; run loadtee; \
          bootm ${tee_addr} - ${fdt_addr}; \
      else \
          if test ${boot_fdt} = yes || test ${boot_fdt} = try; then \
              if run loadfdt; then \
                  bootz ${loadaddr} - ${fdt_addr}; \
              else \
                  if test ${boot_fdt} = try; then bootz; else echo WARN: Cannot load the DT; fi; \
              fi; \
          else \
              bootz; \
          fi; \
      fi;

如果 tee=yes，则先加载 TEE 并使用 bootm 命令引导。由于这里tee的值为no，所以不会执行这个分支，所以本博文中不去仔细分析这个分支。
读下面的内容前，前先阅读博文 https://blog.youkuaiyun.com/wenhao_ir/article/details/146068588 了解命令 bootz的详细情况。
否则，尝试加载设备树（DTB）并使用命令 bootz 启动。
如果 DTB 加载失败（但 boot_fdt=try），则直接 bootz 继续引导内核。注意：命令 bootz不加参数时，默认从环境变量loadaddr中去获取内核在内存中的地址。
如果boot_fdt的值既不为yes也不为try，则不加载设备树，直接用命令 bootz 启动内核。注意：命令 bootz不加参数时，默认从环境变量loadaddr中去获取内核在内存中的地址。

具体到这里来说，由于boot_fdt的值为try，所以执行下面红框中的分支：
在这里插入图片描述
语句run loadfdt;表示加载设备树文件到内存中，环境变量loadfdt的内容如下：

loadfdt=fatload mmc ${mmcdev}:${mmcpart} ${fdt_addr} ${fdt_file}

在这里，由于mmcdev的值为1，mmcpart的值为1，fdt_addrr的值为0x83000000， fdt_file的内容之前已经通过运行命令run findfdt设置为了imx6ull-14x14-evk.dtb，所以这里实际上尝试把存储在eMMC当前活动分区(通常为User Area区)的第1逻辑分区根目录中的设备树文件imx6ull-14x14-evk.dtb加载到内存的为0x83000000的位置。同时由于命令是fatload，所以当前活动分区(通常为User Area区)的第1逻辑分区的文件系统的格式应该为FAT。

这里：我们可以顺便算下内核镜像和设备树文件在内存中相隔多远：
0x83000000-0x80800000=0x2800000=Dec2800000B=2800000KB=40MB，即二者在内存中相隔了40MB。

如果设置树文件加载成功，再执行下面这条命令：

bootz ${loadaddr} - ${fdt_addr};

关于bootz命令的详解，见博文 https://blog.youkuaiyun.com/wenhao_ir/article/details/146068588

这样 bootz 会按下面的参数启动Linux内核：

从内存的 loadaddr(0x80800000) 位置加载 zImage。
- 表示 不使用bootz命令的第2个参数 ramdisk。
从内存的 fdt_addr(0x83000000) 加载内核需要的设备树（DTB）文件。

7. 如果 MMC 设备启动失败，则进行网络启动

else run netboot;
fi; fi; else run netboot; fi

netboot 变量的内容：

netboot=echo Booting from net ...; ${usb_net_cmd}; run netargs; \
    if test ${ip_dyn} = yes; then \
        setenv get_cmd dhcp; \
    else \
        setenv get_cmd tftp; \
    fi; \
    ${get_cmd} ${image}; \
    if test ${tee} = yes; then \
        ${get_cmd} ${tee_addr} ${tee_file}; \
        ${get_cmd} ${fdt_addr} ${fdt_file}; \
        bootm ${tee_addr} - ${fdt_addr}; \
    else \
        if test ${boot_fdt} = yes || test ${boot_fdt} = try; then \
            if ${get_cmd} ${fdt_addr} ${fdt_file}; then \
                bootz ${loadaddr} - ${fdt_addr}; \
            else \
                if test ${boot_fdt} = try; then bootz; else echo WARN: Cannot load the DT; fi; \
            fi; \
        else \
            bootz; \
        fi; \
    fi;

尝试从网络（TFTP/NFS）加载内核和设备树，并执行启动。
关于上面这些从网络启动的命令的详细解释，见我的另一篇博文 https://blog.youkuaiyun.com/wenhao_ir/article/details/145902134

8.小结

优先使用 MMC 启动
如果 boot.scr 存在，则执行 boot.scr
如果 boot.scr 不存在，则直接加载 zImage 并启动
如果 MMC 启动失败，则使用网络启动

对我们有重要作用的信息汇总

关于内核镜像文件的说明

①内核镜像文件存储在eMMC的当前活动分区(通常为User Area区)的第1逻辑分区的根目录中，其文件名为zImage，加载到内存中的位置为：0x80800000位置，要求eMMC的当前活动分区(通常为User Area区)的第1逻辑分区的文件系统为FAT。

关于设备树文件的说明

②设置树文件存储在eMMC的当前活动分区(通常为User Area区)的第1逻辑分区的根目录中，其文件名为imx6ull-14x14-evk.dtb，加载到内存中的位置为：0x83000000位置，要求eMMC的当前活动分区(通常为User Area区)的第1逻辑分区的文件系统为FAT。

关于根文件系统挂载的说明

③根文件系统的挂载位置在设备节点/dev/mmcblk1p2,mmcblk1p2 的1代表eMMC设备的编号为1，p2代表用户数据区(User Area)的第2个逻辑分区。由于根文件系统的挂载是在内核启动后进行的，所以挂载位置的设备节点的名字是Linux系统中的名字。如何获取eMMC存储器各分区在Linux中的设备文件名，请参看我的另一篇博文 https://blog.youkuaiyun.com/wenhao_ir/article/details/146088727 【搜索“在Linux中的分区名字和编号问题”】