用编程改变大众。。。
分类： 嵌入式
2015-03-27 09:11:20
本文主要介绍了嵌入式开发过程中，将固件从PC端下载到开发板中的各种方式，主要包括NFS挂载，Nand Flash和Nor Flash，USB，RS232，网卡NIC等方式。
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2013-12-15
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| 修订 1.2 | 2013-12-15 | crl |
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| 修订 1.0 | 2011-08-25 | crl |
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版权 © 2013 Crifan,
表格清单
3.1. 3.2. 3.3. 如何把Uboot的内存中数据写入到存储设备上摘要
目前在嵌入式开发中，经常要实现将对应的固件，烧写到开发板中，然后开发板才能运行我们的程序。
嵌入式开发，很多用的是Linux系统，也有用WinCE和其他系统，但此文只介绍Linux系统下面的情况。
Linux系统中，多数为bootloader+ kernel + rootfs的模式。
其中，所用的bootloader，多为uboot。负责初始化硬件和设置好软件环境，
然后加载kernel，运行kernel，kernel运行后，再去加载rootfs，之后就是你所看到的运行的Linux了。
其中，在开发过程中，常常会遇到，需要把某个文件，比如U-boot.bin，uImage，rootfs等文件
从PC上，下载到Uboot的SDRAM，即内存中，
然后再用对应命令或工具，将数据写入到某存储介质中。
其中，有时候也需要在发布产品之后，在系统运行的情况下，动态升级整个系统的固件的。
此文就是主要探讨，此嵌入式Linux中，开发过程中和产品发布后，相关的固件烧写方式。
摘要
2.1. 固件
固件，firmware
所谓固件，就是文件，固化在存储介质上的文件，而文件，其实就是数据。
嵌入式开发中，尤其是Linux开发，常见的方式是，从板子（个人用的是arm的板子）上启动，会允许Uboot，然后Uboot去加载kernel内核，个人常用的kernel是uImage，然后Linux运行后，去加载根文件系统rootfs，个人常用到的yaffs2文件系统。
前后系统运行所需要的文件，总的来说，就是这三个：
而大家一直说的固件，在系统是Linux系统的情况下，常常就是指的是这些文件。
2.2. 烧写
所谓烧写，就是写数据，把文件（固件/数据）写到存储介质（Nand Flash, Nor Flash等）上。
而对于烧写这个词，说法很多，常见的有：
烧写=烧录=flash=编程=program=programming
下面另外提到的，更新固件，其实也指的是将新的固件烧写进去，即所谓更新固件，更新系统。
2.3. 存储介质
存储介质，此处主要是指，嵌入式中存放firmware的地方，多数是Nor Flash加上Nand Flash的组合。其他的，也有单独是Nor Flash，单独是Nand Flash，单独是SD/MMC卡等方式。
2.4. USB Host和USB Device
USB Host，即对于开发板来说，USB是Host端，所以，此时可以去插上一个U盘，对应的是USB Mass Storage的用法，所以，可以理解为：
开发板是USB Host = USB Mass Storage =开发板可以外接 U盘
而USB Device，即对于开发板来说，自己是作为USB的Device端。
而USB Device端，相对于USB Host来说，也叫USB Slave端。
此时的UBS Host就是PC端了，然后PC端连出一根USB线，接上开发板，然后开发板就是USB Device=USB Slave端了，就可以当做U盘用了。
即：
开发板是USB Slave = USB Device = 开发板自己是PC上的U盘。
更多关于USB方面的基本概念和逻辑，可以参考：
2.5. NIC
NIC，Network Interface Card，网络接口卡，即网卡。
NIC这个叫法，是之前在学习网络方面的知识的时候，遇到的，觉得虽然有点拗口，但是意义表述很明确，所以此处才用此NIC来表示网卡的。
第 3 章 固件烧写方式
目录
3.1. 开发前期或者开发过程中，固件的烧写方式 摘要| 开发过程中，固件烧写方式 | 不需要烧写kernel和rootfs的方式 | 即直接通过tftp,nfs等方式挂在kernel和rootfs的方式 |
| 将kernel，rootfs，uboot等烧写到存储介质上的方式 | 一步到位的方式（直接通过工具烧写文件到对应存储介质上） | |
| 两步到位的方式（先将数据先写入到Uboot中，再用uboot中的命令把数据写到存储介质上） | ||
| 产品发布后，动态升级系统的方式 | 即，通过读写对应的Linux下的设备节点，实现更新固件 | |
下面就详细讨论这两种过程中所用到的固件升级方式。
3.1. 开发前期或者开发过程中，固件的烧写方式
此处介绍的是，在开发过程中，如何实现固件更新，开发调试，根据是否一定要将新版的固件，烧写到存储介质上，可以分两种：
其背景是，嵌入式开发中，相对普通上层软件开发，每次新编译出一个版本的软件，都要很麻烦地烧录到对应的存储介质，比如Nor Flash上，然后给开发板上电，继续开始调试开发，而不能像开发上层PC端软件，在IDE中，编译一下，点击运行，即可看到最新结果。
所以，嵌入式开发中，开发的效率显得很低，其中一个方法，可以先对避开此问题，避免每次都要重新烧写新编译的程序的问题，那就是，对于新版本的kernel和rootfs，分别通过tftp或NFS挂在kernel，通过NFS挂在rootfs，的方式，重新编译一个新版本的kernel或者是rootfs时，每次都不用重新烧写，只需要把对应的文件，放到对应的tftp或者NFS的文件夹下面即可。
此法详细做法相关的部分内容，下面会涉及，故此处不做太多探讨。而且真的详细讨论的话，超出了此文的范畴。
此处，只是对于此法进行概要说明：
实现kernel通过tftp挂载，rootfs通过nfs挂载的方式，实现高效率的嵌入式开发
免去了每次新编译的kernel和rootfs，都要重新烧写这一麻烦的事情
需要将对应的文件，烧写到存储介质上，此时，有两种方法：
目前常见的存储介质，主要有Nor Flash和Nand Flash，所以下面主要讲解如何烧写Nor Flash还是Nand Flash。
另外，还有一些存储介质是SD/MMC卡等，其烧写数据，我用过的烧写数据方式是，一种是在Uboot中，把下载到内存中的数据，写入到SD/MMC卡中，或者在板子已经跑起来了Linux的环境下，把数据写入到SD/MMC卡中。
3.1.2.1.1. Nor Flash
由于Nor Flash接口比较常见和通用，而且有专门的规范定义了对应的操作命令，所以，目前有很多工具，只要你板子上的Nor Flash是常见的Nor Flash，那么这些工具，多数都可以直接拿过来用，直接将文件烧写到Nor Flash中。
通过某些工具，连接上开发板或直接接上对应的硬件芯片Nor Flash，直接通过工具烧写文件到目标存储介质（即对应的硬件芯片）上。即不需要开发板上面运行Uboot或者Linux系统。用工具直接操作即可。
个人接触比较多的是，Jlink硬件 + 软件工具J-Flash ARM。其如何操作，参见：
此外，是有专门的Nand Flash的烧录器的，一般叫做Nand Flash Programmer，直接将对应的文件，烧写到对应的Nand Flash上的，不过个人没怎么用过，不多解释。
3.1.2.2. 两步到位：先写到内存，再用uboot的命令写到存储介质上
3.1.2.2.1. 如何把文件或数据下载到内存中
下表简单总结了，如何将数据通过硬件接口+相关软件，下载到Uboot中的方式：
表 3.2. 将文件下载到Uboot中的方式
| 开发板上的硬件接口 | 软件协议 | 相关软件或Uboot中的命令 | 说明 |
|---|---|---|---|
| USB | USB Host – USB Mass Storage |
Fatls usb 0 fatload usb addr file |
USB cable |
| USB Slave/Device | DNW |
USB cable |
|
| RS232 | Kermit/Ymodem | loadb/loady | RS232 Cable |
| NIC | Tftp | tftp file |
network interface card |
| NFS | NFS |
network interface card |
|
| SD/MMC | SD/MMC |
Fatls mmc 0 Fatload mmc 0 addr file |
|
| JTAG | JTAG | IDE tool |
Hardware debug tool |
下面，对每一种方式进行详细的阐述：
3.1.2.2.1.1. USB
关于USB Host和USB Device，上面已经名词解释过了，此处不再赘述。
现在很多开发板上，都有USB的Host和USB的Device的接口。
所以，对应着，可以实现，外接U盘到开发板上，或者将开发板作为U盘连到PC上
然后操作U盘，把文件拷贝到U盘里，实现对应的把文件数据传输到开发板上这一功能。
1. USB Host = USB Mass Storage = U Disk
把插在开发板上的U盘中的文件，拷贝Uboot的内存中
以我这里的TQ2440的板子为例，用的CPU是三星的S3C2440，其中包含了一个OHCI的USB Host主控制器。
板子上也有USB Host接口。
如果Uboot中没有你的板子上的USB Host Controller的驱动的话，需要自己移植，甚至从头实现的话，这个工作量和难度，还是不小的。
以此处的S3C2440的驱动为例，此处已经把新的版本的Uboot中的相关代码，移植到了TQ2440的1.1.6的uboot中，实现了对应的S3C2440的OHCI的驱动。
相关过程和源码，参考：
如果你的U盘是NTFS等其他格式，那么要重新格式化为FAT16/FAT32格式。
当然，如果是其他的文件系统，比如ext2等，也是可以的，下面对应的命令就是ext2ls和ext2load了。
在Uboot中使用对应命令来操作U盘：
去初始化usb host。关于usb 子系统更多的相关的命令，可以通过
help usb
看到更多的帮助信息。
将你U盘的FAT文件系统中的文件列出来，以确保USB现在可以正常工作，和知道你当前U盘里面有哪些文件，此时应该可以看到你所要拷贝的文件，如果你是把文件放在根目录的话。(一般都是把u-boot.bin等文件，放到U盘根目录的)
去将U盘中的文件file_name载入到内存中mem_addr的位置。
将PC端的文件，通过USB线，传输到作为USB Device端的开发板上的Uboot的内存中
以TQ2440为例，其中已经有了usb slave 相关功能和命令
具体的操作，相对比较麻烦，此处只列出主要步骤：
以等待PC主机端传输文件
USB Port -> Transmit -> 选择要传输的文件
然后对应的文件就可以传输到对应的Uboot中的内存中去了。
更多的细节，如何操作，请参看TQ2440的手册：
在此，免费为天嵌的TQ2440宣传一句，其资料和相关文档，做的是蛮不错的，东西很全，很详细，尤其适合初学者。
RS232的连接方式，是最常见的。
即，开发板上有串口接口，然后接了根RS232线，连到PC端，然后PC端用一个串口终端程序，连接开发板，比如常见的Windows XP系统自带的超级终端Hyper Terminal，功能强大的SecureCRT，以及Putty等等，都是不错的串口工具。
其中关于如何在Win7下面使用超级终端（Hyper Terminal），不了解的可以去参考：1. Kermit
Kermit是一种协议，广泛使用的协议，用来传输文件和数据的协议，很早之前就有了此协议，所以现在很多地方都已实现和支持此协议。
关于Kermit和Ymodem的详情，去看我转的帖子：
而关于Kermit，XModem，Ymodem和Zmodem之间的区别和联系，可以去看：
通过Kermit协议，将文件通过RS232接口传送到Uboot的内存中
这个，一般的uboot中都已实现。
此处说一个诡异的事情，之前遇到过，即使help中没有看到loadb的命令，但是实际也是支持loadb的，估计是uboot开发者，把此命令注释掉了，但是实际kermit协议用途太广泛，而uboot本身程序中早已经实现了，所以loadb还是已经在uboot中的了。
以windows XP下的串口工具超级终端为例：
选择Transfer ? Send File ? Protocol选择Kermit，FileName选择你所要传送的文件->点击确定即可。然后就是慢慢传送文件了。
至于文件数据传输后，放在uboot的内存中的哪个位置，是由你uboot中的环境变量loadaddr决定，我这里的是loadaddr=0x800000。
当然，你也可以在执行loady的时候，后面加上你要的地址，比如：
loadb 0x1000000
Kermit协议，数据传输速度比较慢，我这里传输了个8MB的文件，大概要40分钟左右的。
关于Ymodem协议，是从之前的Xmodem协议演化出来的，之后还有Zmodem。
简单的说就是，一个数据包大小为1KB的数据传输协议。
更多的解释，参见上面已经提到的
通过Ymodem协议，将文件通过RS232接口传送到Uboot的内存中
以windows XP下的串口工具超级终端为例：
选择Transfer ? Send File ? Protocol选择Ymodem，FileName选择你所要传送的文件->点击确定即可。然后就是慢慢传送文件了。
Bootldr> loady ## Ready for binary (ymodem) download to 0x00800000 at 115200 bps...
CCCxyzModem - CRC mode, 2(SOH)/8192(STX)/0(CAN) packets, 5 retries
## Total Size = 0x00800000 = 8388608 Bytes
多数开发板上，也都带有网卡接口，然后通过网线，连接到一个路由或者交换机上，另外一个PC也连接到此路由或交换机上，然后通过网线，将PC上的文件数据，传输到板子上。
将文件通过tftp方式，从PC端，下载到Uboot的内存中
关于PC端安装了tftp服务（TFTP service），详情可以参考：
此两个前提，一般开发板都已经具有此条件
在Uboot中，执行命令
tftp mem_addr file_name就可以将文件file_name传送到Uboot的内存地址mem_addr中了。
EmbedSky> tftp 0x30010000 u-boot.bin dm9000 i/o: 0x20000300, id: 0x90000a46
MAC: 0a:1b:2c:3d:4e:5f
TFTP from server 192.168.1.101; our IP address is 192.168.1.120
Filename 'u-boot.bin'.
Load address: 0x30010000
Loading: T ###############
done
Bytes transferred = 207396 (32a24 hex)
将文件通过NFS命令，从PC端，通过网络，传送到Uboot的内存中去
Uboot中执行：
nfs mem_addr IP:path/filenfs 0x30008000 192.168.0.3:/home/nfs/uImage
将文件从SD/MMC卡中，拷贝到Uboot的内存中
关于uboot中，把新版本的mmc驱动，移植到旧的上，可以参考：
当然，如果是其他的文件系统，比如ext2等，也是可以的，下面对应的命令就是ext2ls和ext2load了。
即初始化mmc，旧版本的uboot的是mmcinit，新版本的uboot是mmc rescan
将mmc卡中的文件列出来，确保mmc卡工作正常和知道里面有哪些文件
将mmc卡中的file_name文件拷贝到内存mem_addr处。