嵌入式stm32f429上成功跑通主流Linux 4.13

楼主是个闲的蛋疼的大学僧，在高中和大学的社团、工作室中长期搞单片机和嵌入式系统开发。刚接触树莓派时候是惊叹不已的，然后眼看香蕉派杨梅派橙子派荔枝派醋鳖派等等等等的“开源硬件”相继登场，也是一阵的兴奋，还有那些安卓电视棒路由器之类的乱七八糟的东西，也入手了不少板子来吃灰。
当然本业还是搞单片机，之前也跑过st官方给103评估板的uclinux BSP包，可惜uclinux太大了，只能跑外扩flash上，fsmc的带宽太低，一个ls就要等几秒。不过当时觉得能跑Linux是单片机的最大荣誉，也相当乐在其中。
两年前偶然看到某博客，说Linux内核支持stm32云云，Emcraft也猛然放出支持4.2内核的它自己的STM32 SOM的BSP。随后翻了一下当时的主流内核发现，stm32_defconfig赫然在列，设备树啥的都有模有样。想必里面大有文章可做。
但是社区的玩法就不像基于BSP的二次开发那么工具齐全了，东拼西凑起来的东西要不断地试探，有时候人品不好，bug死活调不出来。大二时候好不容易将uboot在103的板子上跑通，加了nand flash之类的驱动，然后将uclinux 2.6的内核往死里裁剪，网络、模块、sysfs、proc啥都不要了，裁到400k，并且将data段丢到外部flash中，内核总算塞进了内部flash。busybox也基本裁剪到只剩下hush，用romfs跑起来了。
在片内flash里面xip，性能远胜于fsmc挂的nor、sram，shell基本感觉不到延迟。。

 

后来就是考试、面试、比赛、实习，终于决定不浪费读研资格，前些日子就到实验室搬砖去了。不过我一直仍想弄出个像样子的Linux电脑来，毕竟离它只有一步之遥了，也算是大学期间最有成就感的作品了。

等我真正开始弄的时候，最新的Linux内核是4.13，在对stm32的支持中，stm32f429是最为完整的，基本上啥都有了，USB、网卡、dcmi、ltdc都有了。值得一提的是，ltdc和dma2d的驱动在源码driver/gpu/drm/stm目录下面是单独的目录，st真是志不在小。。。
stm32429-eval板子的配置是一个很好的例子，网卡、显示屏、摄像头、USB都写了。stm32f429-disc1的支持也不错。利用最新的arm-none-eabi工具链，默认配置下，编译出来内核大小1.2MB左右，可以塞进I系列的片子里。
按照defconfig的配置，内核起始地址0x08008000，前面还有32k的大小放bootloader。afboot是在github上开源的专门为stm32各种板子写的Linux的bootloader，编译出来的bin文件只有2k左右。加上十几kb的设备树，恰好放得下。
利用手上的discovery板，用elinux现成的rootfs，作为initramfs编译进内核，进入hush可以执行一些指令，不过并没有framebuffer，点点灯还是可以的。。。
 
emcraft只为discovery提供了uclinux的BSP，至于它的4.x系列的BSP，都只能用它那一套编译系统，内核抽出来编译是不行的。他们用的arm-uclinuxeabi工具链，gcc 4.4，也弄不了新版本的内核。
我开始构思自己的板子，stm32f429iit6芯片，带上尽可能多的外设。用cubemx来帮忙安排引脚，主芯片，加上64MB的SDRAM、128MB的nand flash、rmii接口的网卡、两个全速USB、ltdc显示器接口、摄像头、sdio，剩下的就当GPIO，接几个led灯吧。
内存和flash都放主芯片背面，没地方走等长线，不过线长也只有两三厘米，时钟也只有84MHz，不等长不做阻抗也罢orz
既然是“电脑”，就应该有个显示器接口，之前玩FPGA时候有用电阻网络搭成简易dac来做vga的例子，而ltdc就是并口rgb加上同步、使能信号。dac加上同步信号，这样就可以伪装成正经的vga了。
画板子用的kicad。记住快捷键，原理图封装布线都挺顺手。布线时候在OpenGL模式下面横行，比ad流畅多了。 

板子到手，焊接、测试。。值得一提的是电源引脚附近的104电容、vcap的2.2u电容一个也不能少，刚焊好主芯片、电源，就可以用jlink识别了，但是烧不了程序，电容焊齐了，就可以了。

 
 
 
 
 
 
然后就开始了漫长的裁剪和驱动搬砖了。。。
刚开始时，先移植一个能跑的uboot去测试内存、flash和网络。主频设为168MHz。之所以不将主频拉到180MHz，就是因为USB需要48M的时钟，不能整除180。在84MHz的时钟频率下，cas设为2，内存顺序读写速度大约能到70MB每秒。nand flash读写就有点慢了。至于网卡，焊好了，而且主机不用WiFi的话，tftp是又快又准的。
刚加上网络，内核就猛增到2MB。。。为了测通内核的驱动，内核只能先放在SDRAM上跑吧，到时候弄内核模块再说。奇怪的是，uboot的tftp好好的，内核的网卡初始化就死了。单步调、看寄存器，折腾了许久，发现源码里一个寄存器写错了，以至于mii接口的没问题，rmii的就不行，怪不得eval板子上能用网卡。。
网卡初始化时候没有使能phy芯片。。。
默认配置是tickless内核，这会导致网卡初始化时候卡死。。。
yaffs的补丁打进去之后编译不过，后来发现是新版内核为解决y2038千年虫问题而去掉了一些接口。。。
USB寄存器配置顺序不对，导致初始化失败。。。
因为在SDRAM上跑的内核性能太低了，USB外接的设备都跑的比stm32快，以至于u盘键盘什么的几乎总是枚举失败。。。
ltdc驱动忘了注册时钟，导致内核最后将ltdc关掉，以至于没有显示。。。
sdio驱动更新了，数据结构变了，然后用不了了。。。
摄像头初始化时候没有使能。。。
。。。
驱动搬好了，内核就爆到快5MB了，然后要想办法裁剪到2MB以下，而且内核的网络是不能模块化的。。。
内核加载模块失败，后来发现是gcc的参数没用长跳转，无法从0x08000000的片内flash跳到0x80000000的SDRAM那里。。。
还有日常hardfault：内存没调好，hardfault；设备树写错了，hardfault；还没进start_kernel()，hardfault。。。
我记得的最吊诡的hardfault是，自己编译的gcc6.4的arm-uclinuxeabi工具链，短跳转的地址算错了，翻了binutils的源码发现新版的as为了支持armv8-m的cpu改了一些东西，导致往前跳的地址多了1，导致PC值为偶数就进入arm模式，然后报用法错误，上访hardfault。。。
也碰到过几次imprecise的bus fault，有的是因为写访问了片内flash，有的是外设寄存器没设好，有的发生在初始化中断向量表时候。。。
这一堆乱七八糟的问题解决了，终于，Linux跑起来了。。。
之前在SDRAM里跑，BogoMIPS是9；在片内flash里跑，BogoMIPS暴涨到110。。。
 
更多视频：http://www.makeru.com.cn/course/details/2058?s=26056      linux学习群：832788349
不过回味起来，这只能说业余时间弄的玩具。可以说如今搞自动化的都搞slam，搞计算机的都搞ai，搞系统开发这玩意的早就不那么吃香了罢。