本文主要是介绍关于Linux系统中的U-Boot、Kernel、RootFS，希望对大家解决编程问题提供一定的参考价值，需要的开发者们随着小编来一起学习吧！
关于Linux系统中的U-Boot、Kernel、RootFS
目录
1 嵌入式Linux系统中的三巨头
2 拉纤的U-Boot
2.1 硬件初始化
2.2 引导加载
2.3 环境变量管理
2.4 命令行接口交互
2.5 多平台支持
3 货轮Kernel
3.1 硬件抽象
3.2 进程管理
3.3 内存管理
3.4 文件系统
3.5 设备驱动
3.6 网络
4 RootFS集装箱
1 嵌入式Linux系统的三巨头
U-Boot、Kernel 和 RootFS 是嵌入式Linux系统中的三个关键组成部分。可以说从事Linux系统相关的开发者，无论是在原厂、方案商、板卡商都离不开对这三个板块的理解、掌握、使用。
它们之间在SOC上电后顺序启动、加载，是顺序依赖的。SOC上电初始化后会先运行内部固化的底层boot（出厂自带，用户不可编程）程序，然后开始运行用户代码(到这一步，如果不使用Linux系统或其他的操作系统的话，就是大家所说的裸机程序)。而U-Boot就是一种开源的通用引导加载器用于承接从底层boot到Kernel的中间过程。Kernel是Linux系统的核心程序，但只有Kernel还不能功能正常的满足用户使用的运行还需要有RootFS（这是一系列文件的集合，感觉翻译成根文件系统很奇怪，容易令初学者和文件系统的概念混淆，不如叫根文件集合）。
U-Boot 负责硬件的初始化和操作系统内核的加载；然后，内核启动并管理硬件资源，同时挂载 RootFS；最后，系统进入用户空间，开始执行用户级的应用程序。这三者共同构成了一个完整的嵌入式 Linux 系统。
2 拉纤的U-Boot
U-Boot是一个开源的通用引导加载器程序。其主要任务的是初始化硬件、加载并启动操作系统。
在嵌入式系统中，U-Boot 通常被烧写到闪存或其他非易失性存储介质中;同时它还提供环境变量管理、命令行接口交互、多平台支持等功能。
通常开发者使用的都是原厂移植过的特定版本的U-Boot，在此基础上可能会做些项目中所需要的配置、调整。
2.1 硬件初始化
U-Boot运行过程中会初始化硬件，包括 CPU、内存、IO 端口、存储设备等;因为在系统刚上电时，硬件设备通常是处于未初始化的状态，需要通过一系列操作将它们配置到可以正常工作的状态。
2.2 引导加载
引导加载Linux系统的Kernel是U-Boot的核心目标。U-Boot支持从各种存储设备上加载内核，包括 NOR/NAND Flash、SD 卡、网络等。U-Boot会将内核映像数据从存储设备中读取到内存，然后跳转到Kernel的入口点，开始执行Kernel代码（正常情况下运行进Kernel后是不会再返回到U-Boot的，拉纤的U-Boot终于干完了苦力活）。
2.3 环境变量管理
U-Boot提供了一套环境变量系统，用户可以通过环境变量来配置U-Boot的行为。例如，可以设置启动设备的顺序，指定内核映像数据的位置等。这些环境变量通常保存在非易失性存储介质中，可以在系统重启后保持（用户可以通过命令 setenv、saveenv、printenv 对环境变量进行操作）。
2.4 命令行接口交互
U-Boot还提供了一个命令行接口用于与用户的人机交互，用户可以通过这个接口来交互式地控制U-Boot。例如，可以手动加载内核映像，设置环境变量，测试设备硬件、功能等（网络、内存、文件系统[ps这里是真的文件系统，例如FAT、NFS之类的]等）。
2.5 多平台支持
U-Boot作为一个开源的程序，可以支持各种硬件平台，包括 ARM、PowerPC、MIPS、x86 、RISC-V等。这使得U-Boot可以在各种内核的SOC平台的嵌入式系统中使用（这是必须的，毕竟基本上哪里能跑Linux操作系统，哪里就能跑它）。
3 货轮Kernel
Linux系统中Kernel是妥妥的核心，毕竟系统中的一切都归它管。通常来说对于Kernel，业内有主线版本和厂商版本的说法，主线版本当然是由Linus为核心的开源社区维护、支持，厂商版本也是基于主线中的某一个版本移植、适配而来的（通常会更为细致的适配，以便于在目标SOC上能有更好的 功能、性能、稳定）。通常开发者使用的也都是原厂移植过的特定版本的Kernel，在此基础上可能会做些项目中所需要的配置、调整。
3.1 硬件抽象
Linux Kernel的主要任务之一就是提供硬件抽象。Linux Kernel对硬件设备，包括CPU、内存、磁盘、网络接口等进行管理和控制，并为上层应用程序提供统一的接口。硬件的抽象使得上层的应用程序可以在不同的硬件平台上运行，而无需关心具体的硬件细节。
3.2 进程管理
Linux Kernel负责创建、调度和终止进程。Linux Kernel继承了复杂的调度算法，可以在多个进程之间公平地分配CPU时间（如果打上实时patch的话还能支持实时抢占）。此外，Linux Kernel还提供诸如进程间通信（IPC）、进程同步的机制，如信号、管道、信号量、消息队列等。
3.3 内存管理
Linux Kernel负责管理物理内存和虚拟内存（需要SOC平台拥有MMU单元）。Linux Kernel的页式内存管理机制，可以将物理内存分配给进程，同时保护进程之间的内存空间不被其他进程访问。此外，Linux Kernel的虚拟内存机制，还可以使用磁盘空间作为内存使用，从而扩大可用的内存空间。
3.4 文件系统
Linux Kernel支持多种文件系统，包括本地文件系统（如ext4、btrfs等）和网络文件系统（如NFS、SMB等）。它为文件系统提供了一套统一的接口，使得应用程序可以透明地访问不同类型的文件系统。
3.5 设备驱动
Linux Kernel包含了大量的设备驱动程序，可以支持各种硬件设备。设备驱动程序是内核的一部分，它们负责与硬件设备进行交互，并提供统一的接口给上层应用程序。
3.6 网络
Linux Kernel提供了一套完整的网络协议栈，支持TCP/IP、UDP、ICMP等多种网络协议。它还提供了套接字（socket）接口，使得应用程序可以通过网络进行通信。
4 RootFS集装箱
在Linux系统中，RootFS（根文件系统）是一个非常重要的组成部分。它包含了系统运行所需的各种文件，例如系统二进制文件、库、设备文件、配置文件等。
一个RootFS（根文件系统）通常包含：系统文件、配置文件、用户数据、运行时数据、文件系统结构等。
a.系统文件:
系统文件 包括系统二进制文件（例如 /bin、/sbin、/usr/bin、/usr/sbin 目录下的文件）、库文件（例如 /lib、/usr/lib 目录下的文件）、设备文件（/dev 目录下的文件）等。
b.配置文件：
配置文件 通常位于 /etc 目录下。例如，网络配置文件 /etc/network/interfaces，系统启动脚本 /etc/init.d 等。
c.用户数据：
在一些系统中，RootFS还可能包含 用户的数据文件 。例如，用户的 /home 目录(在单用户的嵌入式Linux系统中这个目录通常是空的)。
d.运行时数据：
RootFS 还包含了系统 运行时的数据 ，例如，/var/log 目录下的日志文件，/var/run 目录下的进程 PID 文件等。
e.文件系统结构：
Linux系统的 文件系统结构 是固定的，这是由 Filesystem Hierarchy Standard (FHS) 标准规定的。这使得不同的Linux发行版之间可以保持一致的文件系统结构。
总的来说，RootFS是Linux系统的基础，它提供了系统运行所需的各种文件和目录结构。
RootFS包含的文件、目录、库、可执行文件等是多且庞杂的。在实际的工作中大家都会选择通过RootFS 构建工具来进行基础构建，然后再基础构建的基础上再根据具体的需求进行完善、裁剪等调整。常见的RootFS 构建工具包括：BusyBox、Buildroot、Yocto、OpenWrt等。这些工具各有优缺点，选择哪种工具取决于项目的具体需求（但通常在原厂或者厂商的开发SDK中也会包含），例如需要支持哪种硬件平台，需要哪些软件包，以及对系统大小和性能需求等。
这篇关于关于Linux系统中的U-Boot、Kernel、RootFS的文章就介绍到这儿，希望我们推荐的文章对编程师们有所帮助！
