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2024年9月25日发(作者：郯德业)

【详解】嵌入式开发中固件的烧录方式

版本：v1.1

Crifan Li

摘要

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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修订 1.02011-08-25crl

1.解释了嵌入式开发中的固件下载方式

修订 1.1

1.通过Docbook发布

2012-06-13crl

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【详解】嵌入式开发中固件的烧录方式:

Crifan Li

版本：v1.1

出版日期 2012-06-13

本文章遵从：署名-非商业性使用 2.5 中国大陆(CC BY-NC 2.5)

/files/doc/docbook/soft_dev_basic/release/html/soft_dev_#cc_by_nc

1. 背景介绍 .............................................................................................................................. 1

2. 名词解释 .............................................................................................................................. 2

2.1. 固件 .......................................................................................................................... 2

2.2. 烧写 .......................................................................................................................... 2

2.3. 存储介质 .................................................................................................................... 2

2.4. USB Host和USB Device ............................................................................................ 2

2.5. NIC ........................................................................................................................... 2

3. 固件烧写方式 ........................................................................................................................ 4

3.1. 开发前期或者开发过程中，固件的烧写方式 .................................................................. 4

3.1.1. 不需要烧写kernel和rootfs的方式 ...................................................................... 4

3.1.2. 将kernel，rootfs，uboot等烧写到存储介质上的方式 ........................................ 5

3.1.2.1. 一步到位：直接通过工具烧写文件到对应存储介质上 ................................ 5

3.1.2.1.1. Nor Flash ................................................................................. 5

3.1.2.1.2. Nand Flash ............................................................................... 6

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 ...................... 6

3.1.2.2.1. 如何把文件或数据下载到内存中 ................................................... 6

3.1.2.2.1.1. USB ............................................................................... 7

3.1.2.2.1.2. RS232 ............................................................................ 8

3.1.2.2.1.3. NIC/network ................................................................ 10

3.1.2.2.1.4. SD/MMC ...................................................................... 11

3.1.2.2.1.5. JTAG == debug tool .................................................... 13

3.1.2.2.2. 如何把内存中的数据，写入到对应存储设备上 ............................. 13

3.1.2.2.2.1. Nand Flash .................................................................. 13

3.1.2.2.2.2. Nor Flash ..................................................................... 14

3.1.2.2.2.3. USB .............................................................................. 15

3.1.2.2.2.4. SD/MMC ...................................................................... 15

3.2. 产品发布后：通过操作设备节点实现动态升级固件 ...................................................... 15

参考书目 ................................................................................................................................ 16

iii

表格清单

3.1. 嵌入式开发中固件烧录的方式 .............................................................................................. 4

3.2. 将文件下载到Uboot中的方式 .............................................................................................. 6

3.3. 如何把Uboot的内存中数据写入到存储设备上 ..................................................................... 13

第 1 章背景介绍

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，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。

第 2 章名词解释

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：

•Uboot，比如

•Kernel，比如uImage

•Rootfs，比如

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。

2.5. NIC

NIC，Network Interface Card，网络接口卡，即网卡。

名词解释

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

固件开发方式，这里讨论的主要有两种。

一种是开发过程中，产品发布之前，用到的一些方式。

另外一种是，产品发布之后，产品已经运行了系统了，此时，如何在线动态地更新固件，实现系统升级

的功能。

先列出不同的分类：

表 3.1. 嵌入式开发中固件烧录的方式

不需要烧写kernel和

rootfs的方式

开发过程中，固件烧写

方式

将

kernel，rootfs，uboot

等烧写到存储介质上的

方式

即直接通过tftp,nfs等方式挂在kernel和rootfs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：

•一种是不需要烧写kernel和rootfs的方式；

•另外一种是，需要把新版本的固件，即uboot，kernel，rootfs，烧写到存储介质上的。

3.1.1. 不需要烧写kernel和rootfs的方式

此种做法，在实际开发中，还是有一些人会用到的。

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：

1.目标

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

2.前提

a.硬件

固件烧写方式

ii.

开发板上有网卡

网卡已连接到一个路由或交换机，并且PC端，即提供tftp和nfs的服务器端，也连到此网

络，开发板和PC端，同属于一个局域网段。

b.软件

ii.

PC端运行了tftp服务，新编译的kernel文件，放在tftp的根目录下

PC端运行了nfs服务，所用的Linux内涵，也设置并启用了对应的nfs服务，编译好的

rootfs，放在nfs服务的根目录下。

3.如何操作

中，通过tftp mem_addr kernel_file的方式去加载内核

b.内核运行起来后，通过NFS去挂在rootfs

c.正常加载rootfs后，就可以像普通的Linux开发一样，通过串口，输入命令操作Linux了

4.优缺点

•优点

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

•缺点

•很明显，如果开发中，涉及到对应的网络驱动的调试等，内核的NFS服务的调试等，即本身所

用到的网络功能都是要调试的对象，那就不能用此法了

•另外，网络加载文件的速度，一般都是不错的，但是也不排除，有时候会受其他PC端某个网络

资源占用太多的程序的影响

•而网络加载文件的稳定性，不同的环境，差异很大。多数情况下，都是很稳定的，但是也有人

遇到各种原因，导致不稳定的，所以此时此法即使可用，但用起来也会很郁闷

3.1.2. 将kernel，rootfs，uboot等烧写到存储介质上的

方式

需要将对应的文件，烧写到存储介质上，此时，有两种方法：

•一种是一步到位的方式，即直接通过某工具将文件写入到存储介质上。

•另外一种是两步到位的方式，先通过某种方式把文件下载到Uboot中，再通过Uboot中的命令，去把

数据写入到存储介质上。

3.1.2.1. 一步到位：直接通过工具烧写文件到对应存储介质上

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。

固件烧写方式

1.目标

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。

2.前提

•硬件

•你所使用的Nor Flash，如果是那种通用的（其实大多数都是通用的），工具所支持的

•开发板具有对应的硬件接口，比如JTAG接口

•你自己有对应的硬件工具，比如JLink硬件

•软件

•对应的软件工具支持对应的Nor Flash芯片，比如J-Flash，支持很多种常见Nor Flash的烧写

3.如何操作

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：[1]

3.1.2.1.2. Nand Flash

由于Nand Flash没有一个统一的规范，和本身操作起来就比较复杂，所以，虽然存在一些工具，可以

支持直接烧写Nand Flash，但是相对比较少，使用起来所要求的限制条件也比较多。

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

开发板上的硬件接软件协议

口

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