路由器启动探秘：BL2、FIP 与 U-Boot 各个mtdblock bootloader Config Bdata factory crash ubi kernel 等块

玩机 > Router (247) 2026-04-23 15:12:48

概述

在嵌入式 Linux 系统（尤其是基于 ARM 架构的设备，如路由器、开发板）中，启动流程和固件分区结构是理解设备工作原理和进行刷机、开发的基础。下面我将为你详细介绍这些概念。

启动流程与核心组件

整个启动流程是一个层层递进、环环相扣的过程，可以想象成接力赛，每一棒都将系统初始化推向更高级的阶段。

上电与 ROM 代码 (BL0)
设备通电后，CPU 首先执行固化在芯片内部只读存储器（ROM）中的代码，这通常被称为 BL0（Boot Loader Stage 0）。它的主要任务是进行最基础的硬件初始化，并确定从哪个外部介质（如 eMMC、SD 卡、NAND/NOR Flash）加载下一级引导程序。
初级引导加载程序 (BL1 / Preloader / BL2)
这是启动链中的第一个可编程阶段，名称因平台而异，常被称为 BL1、Preloader 或 BL2。
- 运行位置: 由于此时外部大容量内存（DDR）尚未初始化，这段代码通常非常小，会加载到 CPU 内部的高速缓存（SRAM）中执行。
- 核心任务: 它的主要职责是初始化最关键的硬件，特别是 DDR 内存控制器。只有 DDR 初始化成功后，后续更复杂的程序才有足够的空间运行。此外，它还会初始化串口（用于打印调试信息）、时钟等。
ARM Trusted Firmware (ATF) 与 FIP
在初始化 DDR 后，系统会进入 ARM Trusted Firmware (ATF) 阶段，这是 ARM 架构安全启动的核心。
- FIP (Firmware Image Package): 这是一个“固件镜像包”，可以理解为一个压缩包，里面包含了后续启动所需的所有关键组件。
- FIP 的内容:
  - BL31: ATF 的运行时固件，负责管理安全世界（Secure World）和非安全世界（Normal World）之间的切换，处理电源管理等安全请求。
  - BL32 (可选): 可信执行环境（TEE）操作系统，如 OP-TEE。
  - BL33: 非安全世界的入口，通常就是我们的 U-Boot。
- 执行流程: BL2 会解析并加载 FIP 中的各个组件，然后跳转到 BL31。BL31 完成安全环境的设置后，最终将控制权交给 BL33，即 U-Boot。
U-Boot (Universal Boot Loader)
U-Boot 是功能最丰富的引导加载程序，也是开发者最常打交道的部分。
- 运行位置: 此时 DDR 已完全可用，U-Boot 在内存中运行，可以执行复杂的操作。
- 核心任务: 初始化更多外设（如网络、存储、显示），提供命令行界面，加载并引导操作系统内核。
操作系统内核 (Kernel)
U-Boot 从其指定的存储位置（如 Flash 的 kernel 分区）将 Linux 内核加载到内存中，并传递必要的启动参数，然后启动内核。至此，引导加载程序的任务完成，操作系统接管整个系统。

启动流程全景图

为了让你一眼看懂，我们先看这张核心流程图。这是一个从通电到系统启动的完整链路：

路由器启动探秘：BL2、FIP 与 U-Boot_图示-d4ce2430bec548289d2107cf02e4fdb6.png

Flash 分区详解

分区对应查询

为了管理上述启动组件和操作系统，存储设备（如 NAND/NOR Flash, eMMC）会被划分为多个逻辑区域，即 MTD (Memory Technology Device) 分区。

分区/组件名称	对应文件/内容	主要用途
bootloader	`Preloader` / `BL2`	存放初级引导加载程序，负责初始化 DDR。
fip	`u-boot.fip` / `bl31-uboot.fip`	存放 FIP 包，内含 BL31 (ATF) 和 BL33 (U-Boot)。
factory	`factory` 分区	存放设备的唯一信息，如 MAC 地址、校准数据、序列号等。
Config / Bdata	`Config` / `Bdata` 分区	存放用户或厂商的配置信息，如默认密码、区域设置等。
crash	`crash` 分区	用于记录系统崩溃时的日志（如 pstore/ramoops），便于调试。
kernel	`kernel` 分区	存放 Linux 内核镜像（如 `zImage` 或 `Image`）。
ubi	`ubi` 或 `rootfs` 分区	一个集成了文件系统的分区，通常包含 U-Boot 环境变量、内核和设备树，用于系统升级和恢复。
mtdblock	-	这是 Linux 内核为 MTD 设备创建的字符设备接口，用户空间程序通过它来读写 Flash 分区。

路由中查看块/分区信息

cat /proc/mtd

输出参考

root@XIAOMI-3G:~# cat /proc/mtd 
dev:    size   erasesize  name
mtd0: 00080000 00020000 "Bootloader"
mtd1: 00040000 00020000 "Config"
mtd2: 00040000 00020000 "Bdata"
mtd3: 00040000 00020000 "factory"
mtd4: 00040000 00020000 "crash"
mtd5: 00040000 00020000 "crash_syslog"
mtd6: 00040000 00020000 "reserved0"
mtd7: 00400000 00020000 "kernel_stock"
mtd8: 00400000 00020000 "kernel"
mtd9: 07580000 00020000 "ubi"

查看块大小

需安装 lsblk插件

lsblk

输出内容参考

root@XIAOMI-3G:~# lsblk
NAME        MAJ:MIN RM   SIZE RO TYPE MOUNTPOINTS
mtdblock0    31:0    0   512K  1 disk 
mtdblock1    31:1    0   256K  0 disk 
mtdblock2    31:2    0   256K  1 disk 
mtdblock3    31:3    0   256K  1 disk 
mtdblock4    31:4    0   256K  0 disk 
mtdblock5    31:5    0   256K  0 disk 
mtdblock6    31:6    0   256K  1 disk 
mtdblock7    31:7    0     4M  0 disk 
mtdblock8    31:8    0     4M  0 disk 
mtdblock9    31:9    0 117.5M  0 disk 
ubiblock0_0 254:0    0  18.6M  0 disk /rom

MTD 分区管理核心操作命令

方案一：`mtd` 命令管理

适用场景：OpenWrt 系统、 Breed 等高级 Bootloader。
特点：这是 OpenWrt 的原生工具，最安全。它会自动处理 Flash 的擦除、写入和坏块跳过，且支持直接通过分区名称（如 FIP、kernel）操作，无需记忆设备号。

成员内容

稀缺资源，此处内容需登录后查阅（刷新）

方案二：dd 命令管理（底层通用）

适用场景：标准 Linux 系统、精简版 Rescue 模式、或 mtd工具缺失的环境。
特点：这是 Linux 底层的“数据复制”工具，功能强大但风险较高。它直接对设备节点（如 /dev/mtdblock1）进行操作，不会自动擦除 Flash，且需要用户准确知道分区对应的设备号。

成员内容

稀缺资源，此处内容需登录后查阅（刷新）

管理方案对比总结

特性	方案一 (`mtd` 工具)	方案二 (`dd` 命令)
操作对象	分区名称 (如 `FIP`, `kernel`)	设备号 (如 `/dev/mtdblock1`)
安全性	高 (自动擦除，处理坏块)	中 (需手动擦除，容易出错)
校验方式	内置 `verify` 命令，一键完成	需配合 `md5sum` 手动计算对比
推荐指数	⭐⭐⭐⭐⭐ (首选)	⭐⭐⭐ (备选/救砖用)

刷机原理与方式

刷机的本质就是用新的文件替换掉 Flash 中旧分区的内容。根据系统状态的不同，主要有以下几种方式：

在 U-Boot 下刷机
这是最常用的刷机方式之一。当设备启动到 U-Boot 阶段时，可以通过 U-Boot 命令行或特定的菜单选项进行刷机。
- 原理: U-Boot 初始化了网络和存储驱动，因此可以通过 TFTP 协议从电脑下载新的固件文件（如 fip、kernel 等），然后使用 mtd write 等命令将文件写入到对应的 Flash 分区中。
- 适用场景: 系统无法正常启动，但 U-Boot 未损坏。
在系统内刷机 (Sysupgrade)
当设备已经成功进入 OpenWrt 或其他 Linux 系统后，可以使用系统自带的工具进行升级。
- 原理: 使用 sysupgrade 命令，它会自动处理内核和文件系统的更新，并保留用户配置。这种方式通常会刷写 kernel 和 ubi/rootfs 分区。
- 适用场景: 常规的系统版本升级。
救砖模式 (如 NOR Flash 启动)
一些设备设计了双重启动机制，例如同时拥有 NAND 和 NOR Flash。当 NAND Flash 中的系统被刷坏（变砖）后，可以通过物理开关切换到 NOR Flash 启动一个精简的救援系统。
- 原理: 在救援系统中，可以访问并修复 NAND Flash 的各个分区，重新写入正确的 bootloader、fip 和系统镜像，从而恢复设备。

总而言之，理解从 BL2 到 FIP 再到 U-Boot 的启动链条，以及各个 Flash 分区的功能，是进行嵌入式开发和故障排除的关键。刷机操作就是针对这些分区的精确替换和修复。

FIP UBOOT BL2

版权所有 © 【代码谷】欢迎非商用转载，转载请按下面格式注明出处，商业转载请联系授权，违者必究。（提示：点击下方内容复制出处）

源文：路由器启动探秘：BL2、FIP 与 U-Boot 各个mtdblock bootloader Config Bdata factory crash ubi kernel 等块，链接：https://www.daimagu.com/article/2604221047594234.html，来源：代码谷