i.MX6ULL嵌入式Linux開發1-uboot移植初探

本系列教程以i.MX6ULL處理器的ARM開發板為實驗基礎，學習記錄嵌入式Linux開發的各種知識與經驗，主要內容包括嵌入式Linux移植，嵌入式Linux驅動開發，嵌入式Linux應用開發等。

本系列教程將以野火的i.MX6ULL eMMC開發板為硬件基礎，以野火EBF6ULL Pro開發板教程和正點原子i.MX6ULL阿爾法開發板教程為參考，進行學習實踐。

1 嵌入式Linux移植概述

Linux 的移植主要包括3部分：

移植bootloader 代碼， Linux 系統要啟動就必須需要一個 bootloader 程序，也就說芯片上電以后先運行一段bootloader程序。 這段bootloader程序會先初始化DDR等外設， 然后將Linux內核從flash(NAND，NOR FLASH，SD，MMC 等)拷貝到 DDR 中，最后啟動 Linux 內核。 bootloader 有很多，常用的就是 U-Boot。

bootloader 和 Linux 內核的關系就跟 PC 上的 BIOS 和 Windows 的關系一樣，bootloader 就相當于 BIOS。

移植Linux 內核，Linux內核由一系列程序組成，包括負責響應中斷的中斷服務程序、負責管理多個進程從而分享處理器時間的調度程序、負責管理地址空間的內存管理程序、網絡、進程間通信的系統服務程序等。內核負責管理系統的硬件設備。

移植根文件系統(rootfs)，Linux 中的根文件系統更像是一個文件夾或者叫做目錄，在這個目錄里面會有很多的子目錄。根目錄下和子目錄中會有很多的文件，這些文件是 Linux 運行所必須的，比如庫、常用的軟件和命令、設備文件、配置文件等等。根文件系統里面包含了一些最常用的命令和文件。

U-Boot、Linux kernel 和 rootfs這三者一起構成了一個完整的 Linux 系統，一個可以正常使用、功能完善的 Linux 系統。

2 實驗開發板簡介

本測試使用的開發板為野火的i.MX6ULL eMMC開發板。

3 U-Boot簡介

uboot 的全稱是Universal Boot Loader，遵循 GPL 協議的開源軟件。

uboot 是一個裸機代碼，可以看作是一個裸機綜合例程?，F在的 uboot 已經支持液晶屏、網絡、USB 等高級功能。uboot 官網為 https://www.denx.de/wiki/U-Boot/

可以在uboot官網下載uboot源碼，點擊左側 Topics 中的“Source Code”，然后點擊的“FTP Server” ，進入其 FTP 服務器即可看到 uboot 源碼。

但我們移植uboot時一般不會直接用 uboot 官方的源碼的，官方的源碼是給半導體廠商準備的，半導 體廠商會根據自家的芯片，維護自己芯片對應的uboot。

NXP（freescale）維護的的uboot地址： https://github.com/Freescale/u-boot-fslc

4 NXP uboot測試

uboot移植并不需要從零開始將 uboot 移植到我們現在所使用的開發板上。因為半導體廠商通常都會自己做一個開發板（原廠開發板）， 將uboot移植到他們自己的原廠開發板上，再將這個uboot（原廠BSP 包）發布出去。

市面上的開發板，通常會參考原廠的開發板做硬件，然后在原廠提供的 BSP 包上做修改，如正點原子和野火的 I.MX6ULL 開發板參考的就是NXP官方的 I.MX6ULL EVK 開發板做的硬件：

4.1 編譯環境搭建

4.1.1 交叉編譯器下載

嵌入式Linux開發，程序編譯通常在電腦端的Linux（如虛擬機中的Ubuntu)下進行編譯，Ubuntu 自帶gcc 編譯器，但該編譯器是針對 X86 架構的！而嵌入式Linux是ARM架構的， 所以需要一個在 X86 架構上可以編譯 ARM 架構代碼的 gcc編譯器，即交叉編譯器。

交叉編譯器有很多，本實驗使用 Linaro 出品的交叉編譯器，下載地址：

https://releases.linaro.org/components/toolchain/binaries/4.9-2017.01/arm-linux-gnueabihf/

4.1.2 交叉編譯器安裝

在Ubuntu中創建目錄：/usr/local/arm，并將下載的gcc-linaro-4.9.4-2017.01-x86_64_arm-linux-gnueabihf.tar.xz復制到此文件中，然后解壓，解壓命令如下：

sudo tar -vxf gcc-linaro-4.9.4-2017.01-x86_64_arm-linux-gnueabihf.tar.xz

解壓完成以后會生成一個名為“gcc-linaro-4.9.4-2017.01-x86_64_arm-linux-gnueabihf”的文件夾，這個文件夾里面就是我們的交叉編譯工具鏈。

然后，需要將該目錄添加到環境變量中。打開/etc/profile 以后，在最后面輸入如下所示內容：

export PATH=$PATH:/usr/local/arm/gcc-linaro-4.9.4-2017.01-x86_64_arm-linux-gnueabihf/bin 

使用交叉編譯器之前還需要安裝其它的庫，命令如下：

sudo apt-get install lsb-core lib32stdc++

安裝完之后，可以查看交叉編譯工具的版本號，輸入如下命令：

arm-linux-gnueabihf-gcc -v 

可以看到類似如下打印

以看出當前交叉編譯器的版本號為 4.9.4，說明交叉編譯工具鏈安裝成功。

4.2 編譯原廠uboot

編譯前還要在Ubuntu 中安裝ncurses 庫，安裝命令如下：

sudo apt-get install libncurses5-dev 

在Ubuntu中創建存放uboot的目錄，如我的目錄是:/home/xxpcb/myTest/imx6ull/uboot/nxp_uboot

然后，將NXP(freescale)的uboot源碼復制進來，這里使用的是正點原子提供的NXP官方原版Uboot源碼包（ uboot-imx-rel_imx_4.1.15_2.1.0_ga.tar.bz2）

然后進行解壓：

tar -vxjf uboot-imx-rel_imx_4.1.15_2.1.0_ga.tar.bz2

解壓后的源碼文件如下：

首先看下uboot的配置，configs 目錄下有很多跟 I.MX6UL/6ULL 有關的配置，找到與mx6ull相同的，如下圖。

因為我這個開發板是emmc版本的，所有就使用這個mx6ull_14x14_evk_emmc_defconfig。

編譯uboot使用下面3條指令：

make ARCH=arm CROSS_COMPILE=arm-linux-gnueabihf- distclean
make ARCH=arm CROSS_COMPILE=arm-linux-gnueabihf- mx6ull_14x14_evk_emmc_defconfig
make V=1 ARCH=arm CROSS_COMPILE=arm-linux-gnueabihf- -j8

這3條命令中 :

ARCH=arm 設置目標為 arm 架構

CROSS_COMPILE 指定所使用的交叉編譯器。

第1條命令相當于make distclean，目的是清除工程，一般在第一次編譯的時候最好清理一下工程。

第2條指令相當于make mx6ull_14x14_evk_emmc_defconfig ，用于配置 uboot，配置文件為 mx6ull_14x14_evk_emmc_defconfig。

第3條指令相當于make -j8，也就是使用8核來編譯uboot。

為了方便的執行著3條指令，可以將這些指令寫成shell腳本，比如在uboot源碼目錄下新建一個build.sh文件，寫入如下內容：

#!/bin/bash
?
make ARCH=arm CROSS_COMPILE=arm-linux-gnueabihf- distclean

make ARCH=arm CROSS_COMPILE=arm-linux-gnueabihf- mx6ull_14x14_evk_emmc_defconfig

make V=1 ARCH=arm CROSS_COMPILE=arm-linux-gnueabihf- -j8

然后進行編譯：

./build.sh

編譯完成以后uboot 源碼多了一些文件，其中u-boot.bin就是編譯出來的 uboot二進制文件。 uboot是個裸機程序， 因此需要在其前面

加上頭部(IVT、 DCD等數據)才能在I.MX6U上執行，u-boot.imx文件就是添加頭部以后的 u-boot.bin。

u-boot.imx 就是我們最終要燒寫到開發板中的 uboot 鏡像文件。

4.3 燒錄開發板

這是的燒錄開發板，實際是要燒錄到SD卡中，然后將SD卡插入開發板，讓開發板從SD卡啟動（需要在開發板上設置撥碼開關來選擇啟動方式）。

4.3.1 燒錄到SD卡

正點原子專門編寫了一個小軟件用來將編譯出來的.bin 文件燒寫到 SD 卡中，這個軟件叫做“imxdownload”

將imxdownload 復制到 Ubuntu 中的uboot源碼文件夾，再使用如下指令，給予 imxdownload 可執行權限：

chmod 777 imxdownload

然后電腦USB中插入SD卡（讀卡器），并在虛擬機中設置usb加載（VMware或VirtualBox虛擬機需要先安裝增強功能才能使用）

然后可以使用如下指令來查看SD卡的掛載標識符:

ls /dev/sd* 

查看輸出結果：

這里的/dev/sdb就是我的SD卡。

注：我第一次使用SD卡燒錄時，只多出了/dev/sdb，但不知什么情況，用了幾次后，再插入SD卡，就會同時多出來/dev/sdb和/dev/sdb1，但實際測試，仍然把程序燒錄到/dev/sdb也能用）。

imxdownload向SD卡燒寫led.bin文件，命令格式如下：

./imxdownload u-boot.bin /dev/sdb 

注意不能燒寫到/dev/sda或sda1設備里面！那是系統磁盤。

燒寫過程會輸入如下信息：

燒寫的最后一行會顯示燒寫大小、用時和速度，比如u-boot.bin燒寫到SD卡中的大小是 423KB，用時 1.7s，燒寫速度是 236KB/s。

注意這個燒寫速度，如果這個燒寫速度在幾百KB/s 以下那么就是正常燒寫。 如果這個燒寫速度大于幾十MB/s、甚至幾百MB/s那么肯定是燒寫失敗了！ 重新插拔/格式化SD卡或重啟ubuntu再試。

燒寫完成以后會在當前工程目錄下生成一個load.imx的文件，這個文件就是軟件 imxdownload 根據 NXP 官方啟動方式介紹的內容， 在 bin 文件前面添加了一些數據頭以后生成的。最終燒寫到 SD卡里面的就是這個imx文件。

4.3.2 啟動開發板

燒錄完之后，將SD卡插入開發板啟動，使用串口連接電腦，查看uboot啟動信息。

設置好串口參數（波特率115200）并打開，按鍵復位開發板。

當串口打印上出現“Hit any key to stop autoboot”倒計時的時候按下鍵盤上的回車鍵，默認是 3 秒倒計時，在 3 秒倒計時結束以后如果沒有按下回車鍵的話 uboot 就會使用默認參數來啟動 Linux 內核了。

如果在 3 秒倒計時結束之前按下回車鍵，那么就會進入 uboot 的命令行模式:

解讀一下這些信息的含義：

第1行是 uboot 版本號和編譯時間：當前的 uboot 版本號是 2016.03，編譯時間是 2021/7 /11/15:22:25

第3、4 行是 CPU 信息：當前使用的 CPU 是飛思卡爾（屬于NXP）的 I.MX6ULL (頻率為 792MHz)，此時運行在 396MHz。這顆芯片是工業級的，結溫為-40°C~105°C

第 5 行是復位原因：I.MX6ULL 芯片上有個 POR_B 引腳，將這個引腳拉低即可復位 I.MX6ULL。

第 6 行是板子名字，“MX6ULL 14x14 EVK”即NXP原廠開發板的名字 。

第 7 行提示 I2C 準備就緒。

第 8 行提示當前板子的DRAM(內存) 為 512MB

第 9 行提示當前有兩個MMC/SD 卡控制器：FSL_SDHC(0)和 FSL_SDHC(1)。I.MX6ULL支持兩個 MMC/SD，正點原子的 I.MX6ULL EMMC 核心板上 FSL_SDHC(0)接的 SD(TF)卡，FSL_SDHC(1)接的 EMMC。

第10行是一條警告信息，先忽略。

第 12、13 行是 LCD 型號，原廠默認的是TFT43AB (480x272)。

第 14~16 是標準輸入、標準輸出和標準錯誤所使用的終端，這里都使用串口(serial)作為終端。

第 17 、18行是切換到emmc的第0個分區上，因為當前的 uboot 是 emmc 版本的，也就是從 emmc 啟動的。我們只是為了方便將其燒寫到了 SD 卡上，但是它的“內心”還是 EMMC的。所以 uboot 啟動以后會將 emmc 作為默認存儲器 。

第 19行是網口信息，提示我們當前使用的 FEC1 這個網口，I.MX6ULL 支持兩個網口。

第 20行提示 FEC1 網卡地址沒有設置（后面我們會講解如何在uboot 里面設置網卡地址）。

第 22行提示正常啟動， 也就是說 uboot要從emmc里面讀取環境變量和參數信息啟動 Linux內核了。

第23行是倒計時提示，默認倒計時 3 秒，倒計時結束之前按下回車鍵就會進入 Linux 命令行模式。如果在倒計時結束以后沒有按下回車鍵，那么 Linux 內核就會啟動，Linux 內核一旦啟動，uboot 就運行結束了。

第23行是在倒計時 3 秒內按了回車鍵，符號=>表示可以繼續與uboot進行命令交互。

看過了串口的uboot信息，再來看一下板子是實際運行情況：

由于原廠的uboot驅動的屏幕是TFT43AB (480x272)，與我這里屏幕不一樣，所以屏幕沒有正常顯示（現在的屏幕看起來有許多彩色的小點點），接下來，就是對uboot進行屏幕驅動的修改。

在本篇結束之前，再來研究一下uboot的串口指令。

4.4 uboot命令初探

上面說道，在uboot啟動的3 秒倒計時內，串口界面如果按下了回車鍵，uboot就會輸出符號=>，則可以繼續與uboot進行命令交互。那可以輸入哪些命令呢？

4.4.1 help命令查看所有指令

輸入help或者？ ，然后按下回車即可查看當前 uboot 所支持的命令：

=> help
?       - alias for 'help'
base    - print or set address offset
bdinfo  - print Board Info structure
bmode   - sd1|sd2|qspi1|normal|usb|sata|ecspi1:0|ecspi1:1|ecspi1:2|ecspi1:3|esdhc1|esdhc2|esdhc3|esdhc4 [noreset]
bmp     - manipulate BMP image data
boot    - boot default, i.e., run 'bootcmd'
bootd   - boot default, i.e., run 'bootcmd'
bootelf - Boot from an ELF image in memory
bootm   - boot application image from memory
bootp   - boot image via network using BOOTP/TFTP protocol
bootvx  - Boot vxWorks from an ELF image
bootz   - boot Linux zImage image from memory
clocks  - display clocks
clrlogo - fill the boot logo area with black
cmp     - memory compare
coninfo - print console devices and information
cp      - memory copy
crc32   - checksum calculation
dcache  - enable or disable data cache
dhcp    - boot image via network using DHCP/TFTP protocol
dm      - Driver model low level access
echo    - echo args to console
editenv - edit environment variable
env     - environment handling commands
erase   - erase FLASH memory
exit    - exit script
ext2load- load binary file from a Ext2 filesystem
ext2ls  - list files in a directory (default /)
ext4load- load binary file from a Ext4 filesystem
ext4ls  - list files in a directory (default /)
ext4size- determine a file's size
ext4write- create a file in the root directory
false   - do nothing, unsuccessfully
fatinfo - print information about filesystem
fatload - load binary file from a dos filesystem
fatls   - list files in a directory (default /)
fatsize - determine a file's size
fdt     - flattened device tree utility commands
flinfo  - print FLASH memory information
fstype  - Look up a filesystem type
fuse    - Fuse sub-system
go      - start application at address 'addr'
gpio    - query and control gpio pins
help    - print command description/usage
i2c     - I2C sub-system
icache  - enable or disable instruction cache
iminfo  - print header information for application image
imxtract- extract a part of a multi-image
itest   - return true/false on integer compare
load    - load binary file from a filesystem
loadb   - load binary file over serial line (kermit mode)
loads   - load S-Record file over serial line
loadx   - load binary file over serial line (xmodem mode)
loady   - load binary file over serial line (ymodem mode)
loop    - infinite loop on address range
ls      - list files in a directory (default /)
md      - memory display
mdio    - MDIO utility commands
mii     - MII utility commands
mm      - memory modify (auto-incrementing address)
mmc     - MMC sub system
mmcinfo - display MMC info
mtest   - simple RAM read/write test
mw      - memory write (fill)
nfs     - boot image via network using NFS protocol
nm      - memory modify (constant address)
ping    - send ICMP ECHO_REQUEST to network host
pmic    - PMIC
printenv- print environment variables
protect - enable or disable FLASH write protection
reset   - Perform RESET of the CPU
run     - run commands in an environment variable
save    - save file to a filesystem
saveenv - save environment variables to persistent storage
setenv  - set environment variables
setexpr - set environment variable as the result of eval expression
sf      - SPI flash sub-system
showvar - print local hushshell variables
size    - determine a file's size
sleep   - delay execution for some time
source  - run script from memory
test    - minimal test like /bin/sh
tftpboot- boot image via network using TFTP protocol
true    - do nothing, successfully
usb     - USB sub-system
usbboot - boot from USB device
version - print monitor, compiler and linker version
=>

4.4.2 查看指令的使用說明

命令的具體使用方法，可以輸入help 命令名或? 命令名查看，以“bootz”這個命令為例：

=> help bootz
bootz - boot Linux zImage image from memory

Usage:
bootz [addr [initrd[:size]] [fdt]]
    - boot Linux zImage stored in memory
        The argument 'initrd' is optional and specifies the address
        of the initrd in memory. The optional argument ':size' allows
        specifying the size of RAW initrd.
        When booting a Linux kernel which requires a flat device-tree
        a third argument is required which is the address of the
        device-tree blob. To boot that kernel without an initrd image,
        use a '-' for the second argument. If you do not pass a third
        a bd_info struct will be passed instead

=>

4.4.3 信息查詢命令

常用的和信息查詢有關的命令有 3 個：bdinfo、printenv和 version。

bdinfo 板子信息

=> bdinfo
arch_number = 0x00000000
boot_params = 0x80000100
DRAM bank   = 0x00000000
-> start    = 0x80000000
-> size     = 0x20000000
eth0name    = FEC1
ethaddr     = (not set)
current eth = FEC1
ip_addr     = 
baudrate    = 115200 bps
TLB addr    = 0x9FFF0000
relocaddr   = 0x9FF47000
reloc off   = 0x18747000
irq_sp      = 0x9EF44EA0
sp start    = 0x9EF44E90
FB base     = 0x00000000
=>

從打印信息可以得出 DRAM 的起始地址和大小、啟動參數保存起始地址、波特率、sp(堆棧指針)起始地址等信息.

printenv 打印環境變量

=> printenv
baudrate=115200
board_name=EVK
board_rev=14X14
boot_fdt=try
bootcmd=run findfdt;mmc dev ${mmcdev};mmc dev ${mmcdev}; if mmc rescan; then if run loadbootscript; then run bootscript; else if run loadimage; thn run mmcboot; else run netboot; fi; fi; else run netboot; fi
bootcmd_mfg=run mfgtool_args;bootz ${loadaddr} ${initrd_addr} ${fdt_addr};
bootdelay=3
bootscript=echo Running bootscript from mmc ...; source
console=ttymxc0
ethact=FEC1
ethprime=FEC
fdt_addr=0x83000000
fdt_file=undefined
fdt_high=0xffffffff
findfdt=if test $fdt_file = undefined; then if test $board_name = EVK && test $board_rev = 9X9; then setenv fdt_file imx6ull-9x9-evk.dtb; fi; if tst $board_name = EVK && test $board_rev = 14X14; then setenv fdt_file imx6ull-14x14-evk.dtb; fi; if test $fdt_file = undefined; then echo WARNING:Could not determine dtb to use; fi; fi;
image=zImage
initrd_addr=0x83800000
initrd_high=0xffffffff
ip_dyn=yes
loadaddr=0x80800000
loadbootscript=fatload mmc ${mmcdev}:${mmcpart} ${loadaddr} ${script};
loadfdt=fatload mmc ${mmcdev}:${mmcpart} ${fdt_addr} ${fdt_file}
loadimage=fatload mmc ${mmcdev}:${mmcpart} ${loadaddr} ${image}
mfgtool_args=setenv bootargs console=${console},${baudrate} rdinit=/linuxrc g_mass_storage.stall=0 g_mass_storage.removable=1 g_mass_storage.file=fat g_mass_storage.ro=1 g_mass_storage.idVendor=0x066F g_mass_storage.idProduct=0x37FF g_mass_storage.iSerialNumber="" clk_ignore_unused
mmcargs=setenv bootargs console=${console},${baudrate} root=${mmcroot}
mmcautodetect=yes
mmcboot=echo Booting from mmc ...; run mmcargs; if test ${boot_fdt} = yes || test ${boot_fdt} = try; then if run loadfdt; then bootz ${loadaddr} -${fdt_addr}; else if test ${boot_fdt} = try; then bootz; else echo WARN: Cannot load the DT; fi; fi; else bootz; fi;
mmcdev=0
mmcpart=1
mmcroot=/dev/mmcblk0p2 rootwait rw
netargs=setenv bootargs console=${console},${baudrate} root=/dev/nfs ip=dhcp nfsroot=${serverip}:${nfsroot},v3,tcp
netboot=echo Booting from net ...; run netargs; if test ${ip_dyn} = yes; then setenv get_cmd dhcp; else setenv get_cmd tftp; fi; ${get_cmd} ${imag}; if test ${boot_fdt} = yes || test ${boot_fdt} = try; then if ${get_cmd} ${fdt_addr} ${fdt_file}; then bootz ${loadaddr} - ${fdt_addr}; else if est ${boot_fdt} = try; then bootz; else echo WARN: Cannot load the DT; fi; fi; else bootz; fi;
panel=TFT43AB
script=boot.scr

Environment size: 2431/8188 bytes
=>

這里有很多的環境變量， 比如baudrate、 board_name、 board_rec、 boot_fdt、 bootcmd等。比如 bootdelay 這個環境變量就表示 uboot 啟動延時時間，默認 bootdelay=3，也就默認延時 3秒。前面說的 3 秒倒計時就是由 bootdelay 定義的。另外uboot 中的環境變量都是字符串。

version 版本信息

=> version

U-Boot 2016.03 (Jul 11 2021 - 15:22:25 +0800)
arm-linux-gnueabihf-gcc (Linaro GCC 4.9-2017.01) 4.9.4
GNU ld (Linaro_Binutils-2017.01) 2.24.0.20141017 Linaro 2014_11-3-git
=>

當前uboot 版本號為 2016.03，編譯日期2021/7/11，編譯器為arm-linux-gnueabihf-gcc。

本篇uboot移植初探（原廠uboot燒錄測試）就到這里，下一篇進行實際的uboot移植，使得uboot與所用的開發板匹配。