U-Boot 활용 — bootcmd·env·tftp·boot.scr 분석

#한 줄 요약

“U-Boot의 핵심은 environment variable입니다.” bootcmd, bootargs, custom 변수가 한 boot 전체의 동작을 결정하고, 그 위에 script와 network boot가 얹힙니다.

#어떤 상황에서 쓰나

개발 단계에서는 매번 kernel을 다시 굽지 않고 TFTP로 receive해 빠르게 iterate합니다. 양산 단계에서는 OTA 업데이트가 실패할 경우 fallback partition으로 boot하도록 redundant boot를 구성합니다. 두 경우 모두 U-Boot의 environment와 script를 잘 다루는 것이 핵심입니다.

또 한 가지 흔한 작업은 fastboot 모드입니다. Android 기반 device뿐 아니라 일반 Linux device도 fastboot를 지원하면 PC에서 한 명령으로 flash가 가능해집니다.

#핵심 개념

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environment            key=value 저장소 (eMMC/SPI/RAM)
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saveenv / printenv     persistent 저장과 출력
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bootcmd                전원 인가 후 자동 실행 (autoboot delay 후)
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bootargs               kernel command line으로 전달
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script (.scr)          mkimage로 만든 명령 묶음
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fastboot mode          USB로 PC에서 flash

기본 boot 흐름의 환경 변수입니다.

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bootcmd=run mmcboot
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mmcboot=load mmc 0:1 ${kernel_addr_r} zImage;
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        load mmc 0:1 ${fdt_addr_r} board.dtb;
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        bootz ${kernel_addr_r} - ${fdt_addr_r}
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bootargs=console=ttyS0,115200 root=/dev/mmcblk0p2 rootwait

run mmcboot처럼 함수 형태로 환경 변수를 정의해두면 사람이 읽기에도, 자동화에도 좋습니다.

#코드 / 실제 사용 예

#Environment 다루기

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=> printenv
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=> printenv bootcmd
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=> setenv bootdelay 0       # autoboot 지연 0초
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=> setenv bootcmd 'run tftpboot'
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=> saveenv                  # eMMC 또는 SPI에 영속화
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=> env default -a           # 공장 reset
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=> env reset                # default를 RAM에 로드 (저장 안 함)

saveenv 없이는 reboot 시 변경이 사라집니다. 양산기는 env partition을 read-only로 만들기도 합니다.

#TFTP boot (개발용)

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=> setenv serverip 192.168.1.100
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=> setenv ipaddr   192.168.1.50
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=> tftp ${kernel_addr_r} zImage
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=> tftp ${fdt_addr_r}    board.dtb
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=> bootz ${kernel_addr_r} - ${fdt_addr_r}

PC 쪽에서 tftpd-hpa 서비스를 띄워두고 위 네 줄을 묶어 tftpboot 환경 변수로 정의합니다.

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=> setenv tftpboot 'tftp ${kernel_addr_r} zImage; \
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                    tftp ${fdt_addr_r} board.dtb; \
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                    bootz ${kernel_addr_r} - ${fdt_addr_r}'
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=> saveenv

이렇게 두면 매번 run tftpboot만 입력하면 됩니다.

#boot.scr (script 파일)

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setenv loadaddr   0x40400000
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setenv fdtaddr    0x43000000
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load mmc 0:1 ${loadaddr} zImage
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load mmc 0:1 ${fdtaddr}  board.dtb
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bootz ${loadaddr} - ${fdtaddr}

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mkimage -A arm -O linux -T script -C none -d boot.cmd boot.scr
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cp boot.scr /mnt/boot/

U-Boot가 자동으로 boot.scr을 찾아 실행하도록 bootcmd를 설정하면, kernel을 새로 build해도 U-Boot env를 건드릴 필요가 없습니다.

#Redundant boot (A/B partition)

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# slot A 정상 boot 시 health flag 1로 갱신
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mmcboot=test "${slot}" = "B" && setenv root /dev/mmcblk0p3 || setenv root /dev/mmcblk0p2;
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        setenv bootargs console=ttyS0,115200 root=${root} ro;
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        load mmc 0:${slot_part} ${kernel_addr_r} zImage;
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        bootz ${kernel_addr_r} - ${fdt_addr_r}
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# OTA 후 boot 시도, 부팅 실패 시 reset → bootlimit 도달 → 자동 fallback
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bootlimit=3
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bootcount=0
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altbootcmd=setenv slot A; setenv slot_part 1; run mmcboot

bootcount/bootlimit을 사용하면 boot 실패가 N회 연속이면 altbootcmd로 fallback합니다. OTA failure의 표준 패턴입니다.

#Fastboot mode

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=> fastboot 0
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# PC에서
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$ fastboot devices
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$ fastboot flash boot     boot.img
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$ fastboot flash system   system.img
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$ fastboot reboot

U-Boot가 fastboot 응답을 USB로 처리합니다. 양산 라인의 first flash나 RMA의 reimage에 매우 편리합니다.

#UEFI mode (UEFI/grub 통합)

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=> bootefi bootmgr
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# 또는 grub-efi binary 직접
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=> load mmc 0:1 ${kernel_addr_r} EFI/BOOT/BOOTAA64.EFI
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=> bootefi ${kernel_addr_r}

UEFI shell과 grub를 통합한 환경에서는 U-Boot가 BIOS 역할을 하고 부팅 결정은 EFI bootmgr에게 위임합니다. 일반 distro image와의 호환이 좋아집니다.

#Custom command 추가

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#include <command.h>
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static int do_health(struct cmd_tbl *cmdtp, int flag, int argc, char *const argv[]) {
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    printf("health OK\n");
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    return 0;
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}
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U_BOOT_CMD(health, 1, 0, do_health, "show device health", "");

vendor의 BSP는 보통 board-specific 명령(board_id, health, mfg_test)을 추가합니다. 양산 라인의 burn-in test에도 활용합니다.

#측정 / 성능 비교

가장 큰 boot time 절감은 autoboot delay 0과 console silent입니다. 양산 펌웨어에서 둘을 함께 적용합니다.

환경 저장 위치 비교.

#자주 보는 함정

saveenv 누락

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=> setenv bootcmd run tftpboot
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=> boot           # tftpboot로 boot
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=> reboot         # 이전 bootcmd로 돌아감

saveenv를 안 하면 RAM env만 바뀝니다. 영구 적용은 반드시 saveenv를 같이 합니다.

bootargs의 따옴표 누락

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=> setenv bootargs console=ttyS0,115200 root=/dev/mmcblk0p2 rw quiet
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=> setenv bootargs "console=ttyS0,115200 root=/dev/mmcblk0p2 rw quiet"  # 권장

공백이 있는 값은 따옴표가 필수입니다. 그렇지 않으면 두 번째 단어부터는 다음 명령으로 해석됩니다.

Network boot 시 server unreachable

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TFTP retry count exceeded

SoC 쪽 PHY 초기화 지연이 원인일 때가 흔합니다. setenv autoload no; dhcp로 lease만 받고 잠시 wait한 후 tftp 명령을 따로 실행하는 식으로 우회합니다.

bootlimit 무한 reset loop

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bootcount=99 (>bootlimit)
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altbootcmd도 fail → 영구 reset

altbootcmd가 항상 성공할 수 있는 경로여야 합니다. recovery partition을 미리 준비해 둡니다.

Fastboot mode에서 partition 이름 mismatch

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fastboot flash boot boot.img → "boot" partition not found

partitions= 환경 변수가 fastboot partition 이름을 정의합니다. eMMC partition layout과 일치시킵니다.

#정리

• U-Boot의 핵심은 environment variable입니다. bootcmd와 bootargs가 거의 모든 결정을 합니다.
• TFTP는 개발 cycle을 빠르게, fastboot는 양산 flash를 단순하게 만듭니다.
• boot.scr을 쓰면 kernel update 시 U-Boot env를 건드리지 않습니다.
• bootcount/altbootcmd로 redundant boot를 구성하는 것이 OTA의 표준입니다.
• Autoboot delay 0과 silent console로 boot time을 쉽게 줄일 수 있습니다.
• 양산은 env partition을 redundant로 두거나 read-only로 만듭니다.

다음 편부터 7-03은 별도 다루고, 본 시리즈에서는 Device Tree Overlay로 넘어갑니다.

#관련 항목

• 7-01: 임베디드 Linux 부팅 흐름
• 7-04: Device Tree Overlay
• 7-05: 커널 빌드
• 7-14: 루트 파일시스템 (Buildroot 기초)