Das U-Boot

Das U-Boot (повна назва "the Universal Boot Loader", часто скорочується до U-Boot; див. розділ Історія для більш детальної історії назви) це первинний завантажувач операційної системи (англ. boot loader) з відкритим кодом, що використовується у вбудованих пристроях для упаковування програмних інструкцій, що здійснюють завантаження ядра операційної системи на пристрої. Він доступний для багатьох архітектур комп'ютерів, серед яких 68k, ARM, , , MIPS, , SuperH, PPC, RISC-V і x86.

Das U-Boot

Тип
Автор	^d
Розробники	DENX Software Engineering
Перший випуск	15 жовтня 1999; 24 роки тому (1999-10-15)
Стабільний випуск	v2019.07 (8 липня 2019; 4 роки тому (2019-07-08))
Версії	2023.01 (9 січня 2023)^[2]
Нестабільний випуск	v2019.10-rc3 (27 серпня 2019; 4 роки тому (2019-08-27))
Мова програмування	C, Асемблер
Доступні мови	Англійська
Ліцензія	(GNU GPLv2+)
Онлайн-документація	denx.de/wiki/DULG/Manual u-boot.readthedocs.io/en/latest/
Репозиторій	source.denx.de/u-boot/u-boot
Вебсайт	docs.u-boot.org/en/latest/

Функціонування

U-Boot є одночасно завантажувачем першої і другої стадії. Він завантажується ROM або BIOS системи із доступного пристрою завантаження, такого як SD карта, SATA диск, NOR флеш пам'ять (використовуючи SPI або I²C), або NAND флеш-пам'ять. Якщо існують обмеження по обсягу пам'яті, завантаження U-Boot можна розділити на стадії: платформа буде завантажувати невеликий SPL (Secondary Program Loader), який є укороченою версією U-Boot, і тоді SPL буде виконувати початкову конфігурацію обладнання і завантажувати більшу, більш повну за функціоналом версію U-Boot. Незалежно від того чи використовується SPL, U-Boot виконує обидві: першу стадію (тобто, конфігурування контролерів пам'яті і SDRAM) і другу стадію завантаження (виконує послідовність із декількох кроків для завантаження сучасної операційної системи із набором різних пристроїв, які необхідно сконфігурувати, і надає меню для того, щоб користувач міг керувати процесом завантаження, тощо).

U-Boot запускає інтерфейс командного рядка через послідовний порт. За допомогою консолі користувачі можуть завантажувати і запускати на виконання ядро, при необхідності змінювати параметри за замовчуванням. Також існують команди для вичитування інформації про пристрій, читання і запису флеш- пам'яті, завантаження файлів (образів ядра та завантажувача, та ін.) через послідовний порт чи мережу, керування деревом пристроїв, і для роботи із змінними середовища (які можна записати у постійне сховище, і які використовують для керування поведінкою U-Boot, наприклад, дають змогу змінити команду завантаження за замовчуванням і затримку перед автоматичним завантаженням, а також параметри обладнання, наприклад, Ethernet MAC-адресу).

На відміну від завантажувачів на ПК, які неявним чином або автоматично вибирають локацію у пам'яті для ядра і інших даних для завантаження, U-Boot потребує, щоб у його командах завантаження було явним чином вказано фізичні адреси пам'яті, куди будуть копіюватися дані (ядро, ramdisk, дерево пристроїв, тощо) і вказівник переходу на адресу запуску ядра і як аргумент, який передаватиметься ядру. Оскільки команди U-Boot є відносно низькорівневими, для запуску ядра необхідно виконати декілька кроків, але це також робить U-Boot більш гнучким завантажувачем у порівнянні із іншими, оскільки ті самі команди можна застосувати для виконання більш загальних задач. Навіть можливо оновити сам U-Boot за допомогою U-Boot, просто вичитавши новий завантажувач з якогось джерела (локальне сховище, із послідовного порту або мережі) у пам'ять, і записавши потім ці дані у постійну пам'ять де зберігається завантажувач.

U-Boot має підтримку роботи із USB, тому з ним можна використовувати USB-клавіатуру для роботи з консоллю (як альтернативу для вводу команд через послідовний порт), а також він може доступатися і завантажуватися із пристроїв USB Mass Storage, таких як зчитувач SD-карт.

Збереження даних та джерела для завантаження

U-Boot завантажує операційну систему зчитуючи ядро і інші необхідні дані (дерево пристроїв та образ ramdisk) у пам'ять, і потім запускає ядро із необхідними аргументами.

Команди U-Boot є загальними командами, які можна використовувати для читання і запису будь-яких даних. Застосовуючи ці команди, дані можна зчитувати або записувати до будь-якого сховища даних з тих, які підтримує U-Boot. До них належать:

• Сховище на пристрої або зовнішнє під'єднане сховище
  • SD-карта
  • SATA
  • SCSI
  • I²C (тобто, EEPROMs або NOR flash)
  • SPI (тобто, NOR або NAND flash)
  • (raw NAND flash)
  • eMMC (керований NOR або NAND flash)
  • NVMe
  • Пристрій USB mass storage
• Послідовний порт (передача файлів)
• Завантаження по мережі (при необхідності із використанням DHCP, BOOTP, або RARP)
  • TFTP
  • NFS

Сумісні файлові системи

U-Boot не потрібно вміти читати файлову систему для того, щоб ядро використовувало її як кореневу файлову систему або початковий ramdisk; U-Boot лише надає відповідний параметр ядру kernel, і/або копіює дані у пам'ять без розбору їх вмісту.

Однак, U-Boot також може читати із (і у деяких випадках, писати) файлових систем. Таким чином, U-Boot не вимагатиме аби дані, які будуть завантажені, були збережені у фіксованому місці на пристрої збереження даних, а U-Boot зможе прочитати файлову систему аби знайти і завантажити ядро, дерево пристроїв, тощо за допомогою шляху.

U-Boot має підтримку наступних файлових систем:

• btrfs
• CBFS (файлова система coreboot
• ext2
• ext3
• ext4
• FAT
• (FDOS)
• ReiserFS
• ZFS

Дерево пристроїв

Докладніше: Дерево пристроїв

Дерево пристроїв (Device tree) це структура даних для описання схеми пристроїв. Використовуючи дерево пристроїв, виробник може використовувати незмінений mainline U-Boot на іншому обладнанні із спеціальним призначенням. Так само як це прийнято у ядрі Linux, дерево пристроїв розроблене з метою оптимізації ситуації в індустрії вбудованих пристроїв, де існує велика кількість форків (коду U-Boot і Linux), що виконують специфічні для продукту функції. З боку користувача перевагою може бути можливість запускати програмне забезпечення основної гілки, за умови відсутності оновлень від виробника.

Виноски

1. Це джерела завантаження даних, з яких U-Boot може завантажувати ядро, образ RAM-диска та інші дані у пам'ять. Сам U-Boot має завантажуватися платформою — наприклад, за допомогою Boot ROM, BIOS, UEFI або інших механізмів.
2. Це справжнє завантаження з NFS (U-Boot використовує NFS для завантаження ядра), на відміну від завантаження ядра з мережі, за допомогою TFTP вказується що ядро має використовувати приєднану NFS, так що вона буде коренем файлової системи ядра.

Примітки

1. Rini, Tom (8 липня 2019). . u-boot (Список розсилки). Архів оригіналу за 9 липня 2019. Процитовано 9 липня 2019.
2. https://source.denx.de/u-boot/u-boot/-/tags/v2023.01
3. . Архів оригіналу за 23 вересня 2019. Процитовано 27 серпня 2019.
4. . git.denx.de. 2013. Архів оригіналу за 27 лютого 2019. Процитовано 13 жовтня 2018.
5. . Архів оригіналу за 23 вересня 2019. Процитовано 23 вересня 2019.{{}}: Обслуговування CS1: Сторінки з текстом «archived copy» як значення параметру title ()
6. . Архів оригіналу за 23 вересня 2019. Процитовано 23 вересня 2019.{{}}: Обслуговування CS1: Сторінки з текстом «archived copy» як значення параметру title ()
7. . Архів оригіналу за 5 вересня 2017. Процитовано 23 вересня 2019.{{}}: Обслуговування CS1: Сторінки з текстом «archived copy» як значення параметру title ()

Посилання

• Офіційний сайт
• Official git repository
• Barebox [ 25 серпня 2019 у Wayback Machine.] (formerly known as U-Boot-V2)
• Das U-Boot на SourceForge.net