imx6ull移植Linux系统第一篇——U-Boot的移植

imx6ull移植Linux系统第一篇——U-Boot的移植

  花了大概两周的时间，把Linux的移植认真学了一遍，期间踩了不少坑，花费了不少时间去解决各种奇奇怪怪的问题，最终完成了uboot、系统镜像、设备树以及根文件系统的制作，并最终下载到开发板上运行。这里想对这两周的学习内容进行一个总结，因为后期会有其他的学习安排，系统移植是一些经验和方法的掌握，如果长时间不去用，时间久了肯定会忘，希望这里写的总结会对后期的移植工作给出一些方法上的参考。

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提示：本系列文档共分四篇：U-Boot的移植、Linux内核的移植、根文件系统的构建、系统烧写，本文为第一篇U-Boot的移植。

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前言

  Linux系统主要由四部分组成：uboot(.imx)、系统镜像(zImage)、设备树(.dtb)以及根文件系统(rootfs)，所以我们要制作这四个文件，但是系统镜像和设备树是通过编译内核源码时同时得到的，所以主要的配置工作就只有三个，加上最后的烧写方法，一共分为四部分来总结。

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提示：本文是根据正点原子imx6ull开发板教程，参考NXP官方EVK开发板源码做的移植工作，结合自己的一些理解所做的一些总结。

一、什么是U-Boot

  Linux系统上电以后需要一个bootloader程序引导来芯片运行，它分为 boot 和 loader 两个阶段，主要就是初始化DDR，将Linux内核从flash中拷贝到DDR，然后启动Linux内核，相当于Windows上的BIOS。这段代码是十分复杂的，但是现在有很多现成的bootloader，其中使用最广泛的就是U-Boot，它是遵循GPL开源协议的软件，也可以看成一段引导内核运行的裸机代码。
  半导体厂商会根据uboot官方的U-Boot源码来移植适配自家的芯片，所以我们可以从半导体厂商维护的uboot来移植到我们自己的系统上，NXP 就 维 护 的 2016.03 这 个 版 本 的 uboot 。

二、U-Boot的常用命令

  Linux系统开机时会先运行uboot代码，在bootdelay倒计时结束前，按下回车键，系统就会进入uboot命令行模式，在命令行里我们可以对uboot进行一些查询、配置的工作。

2.1 信息查询命令：print、bdinfo、version

  用的最多的就是 print 命令了，它可以打印出当前uboot的信息，我们可以用print来查看配置的环境变量是否正确。version用来查询uboot的版本号。

2.2 修改环境变量：setenv、saveenv

  setenv用于设置或修改环境变量的值，saveenv用于保存环境变量的值。要注意setenv修改的是DRAM中的环境变量值，修改完要用saveenv将修改的环境变量保存到flash中，否则下次重启还是之前的环境变量值。

2.3 内存操作命令

  用到的不多，不作介绍了。

2.4 网络操作命令

  uboot是支持网络的，如果需要设置NFS启动根文件系统，我们就需要在uboot中配置IP信息(uboot中配置的IP貌似只在uboot中启动有效，因为在Linux系统中还需要重新配置)，具体命令如下：

setenv ipaddr 192.168.1.50
setenv ethaddr 00:04:9f:04:d2:35
setenv gatewayip 192.168.1.1
setenv netmask 255.255.255.0
setenv serverip 192.168.1.180
saveenv

  上述分别是开发板IP地址、开发板MAC地址、网关地址、子网掩码和服务器IP地址，如果开发板和主机想要ping通，二者必须设置在同一网段下(同一网段指的是IP地址和子网掩码相与得到相同的网络地址)。
  设置好uboot的IP信息，并且将电脑和开发板连接到同一路由器或者交换机上以后（电脑设置成静态IP以后，可以用网线直连开发板和电脑），就可以在uboot中ping主机IP地址，注意uboot中的网络服务是单向的，只能在uboot中ping其他机器，所以电脑ping不通uboot是正常现象。如果uboot可以ping通电脑，就说明网络的连接是没有问题的。

2.5 EMMC和SD卡操作命令

  一般认为EMMC和SD卡是同一种东西，这里统称MMC，用mmc info可以看到设备0是SD卡，设备1是EMMC。如果EMMC里面烧写了Linux系统的话，EMMC会有三个分区：第 0 个分区存放 uboot，第 1 个分区存放 Linux 镜像文件和设备树，第 2 个分区存放根文件系统，但是第0个分区没有格式化，所以用mmc part只能查询到1、2分区；一个新的SD卡只有一个分区0，所以uboot只能烧写到SD卡的分区0，后面移植内核时，SD卡会被烧写工具格式化出第二个分区用来存放Linux镜像文件和设备树。
  uboot中用mmc命令操作MMC设备。我在移植uboot时，主要用到 ls mmc 1:1，用来查询EMMC上的Linux镜像文件和设备树，其他命令见下图：

2.6 FAT格式文件系统操作命令

  这里主要用到fatload命令来设置bootcmd，其它的比如fatinfo、fatls、fstype、fatwrite的用法参考手册。
  fatload用于将指定文件读取到DRAM中，比如我们将EMMC分区1中的zImage文件读取到DRAM中的80800000地址处，命令如下：

fatload mmc 1:1 80800000 zImage

  这里的1:1就是设备1的分区1，即EMMC的分区1，前面说过分区1放的就是Linux镜像(zImage)和设备树文件(.dtb)。

2.7 BOOT操作命令

  uboot的本质工作室用来引导Linux，所以肯定需要有相关的boot引导命令来启动Linux，常用的有bootz、bootm和boot，因为在设置bootcmd最后需要用到bootz，所以这里主要介绍bootz。
  bootz命令用于启动zImage镜像文件，假设我们已经通过上述的fatload命令将镜像zImage下载的了DRAM中的0x80800000处，将设备树imx6ull-alientek-emmc.dtb下载到了DRAM的0x83000000处，这时我们就可以用bootz启动镜像文件：

bootz 80800000 - 83000000

三、 编译和下载uboot

  编译和下载的方法是固定的，这里我们拿原厂uboot来说明编译下载的方法。需要先将NXP的uboot文件ubootimx-rel_imx_4.1.15_2.1.0_ga.tar.bz2在Ubuntu下解压缩，解压命令为：tar -vxjf 文件名.tar.bz2。

3.1 uboot的编译

  我们可以写一个shell脚本来执行所需的指令，在解压后的uboot文件中创建mx6ull_14x14_evk_emmc.sh脚本，然后输入如下内容：

#!/bin/bash
make ARCH=arm CROSS_COMPILE=arm-linux-gnueabihf- distclean
make ARCH=arm CROSS_COMPILE=arm-linux-gnueabihfmx6ull_14x14_evk_emmc_defconfig
make V=1 ARCH=arm CROSS_COMPILE=arm-linux-gnueabihf- -j16

  然后用chmod赋予该脚本可执行权限，输入命令./mx6ull_14x14_evk_emmc.sh就可以自动编译，完成后生成u-boot.bin。这里有一个坑，特此说明：不要使用apt-get install自动安装最新的交叉编译器，否则会发生编译正常，但实际运行时网络异常的现象！！！如果你的交叉编译器是自动安装的，那需要先卸载，然后按照正点原子的教程安装低版本的交叉编译器，每次编译时先用 sudo -s 进入 root 模式之后再进行编译，这样才不会出问题。

3.2 uboot的烧写

编译好的u-boot.bin还需要添加头部文件才能成为最终烧写到芯片上的u-boot.imx文件，由于具体的添加过程比较繁琐，也不是我们学习的重点，所以正点原子直接做了一个imxdownload软件。我们需要将这个imxdownload文件复制到当前的目录中，然后将SD卡插入电脑，连接到虚拟机上，用lsblk命令查看这个SD卡的名字，我的查询结果是sdb，最后输入烧写命令：

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

  注意：这里是对u-boot.bin进行操作，经过imxdownload处理以后会在当前目录下生成u-boot.imx，并且会自动将u-boot.imx烧写进SD卡。此处也有一个坑：若下载速度过快，一般都是下载失败了，但在终端上却提示成功，而实际在开发板上运行却没有反应，这个问题尚不知道如何解决，只能将Ubuntu重启，正常的下载速度应该是十几秒。

四、移植自己的uboot

  移植uboot其实就是改写NXP原厂的uboot，主要需要修改自己的文件名、个别不同于原厂的器件等，这里依次说明要修改的地方。

4.1 添加开发板默认配置文件

  在目录 configs 下，复制mx6ull_14x14_evk_emmc_defconfig，然后重命名为mx6ull_alientek_emmc_defconfig，内容修改为：

CONFIG_SYS_EXTRA_OPTIONS="IMX_CONFIG=board/freescale/mx6ull_alientek_emmc/imximage.cfg,MX6ULL_EVK_EMMC_REWORK"
CONFIG_ARM=y 
CONFIG_ARCH_MX6=y 
CONFIG_TARGET_MX6ULL_ALIENTEK_EMMC=y 
CONFIG_CMD_GPIO=y

  注意第一行的最后MX6ULL_EVK_EMMC_REWORK不要修改，因为会关联到其他的文件，修改后会导致芯片uboot读不到mmc而报错。

4.2 添加开发板对应的头文件

  在目录 include/configs 下，添加我们定制开办板的头文件，复 制include/configs/mx6ullevk.h，并重命名为 mx6ull_alientek_emmc.h，然后将文件里面的

#ifndef __MX6ULLEVK_CONFIG_H
#define __MX6ULLEVK_CONFIG_H

  修改为：

#ifndef __MX6ULL_ALIENTEK_EMMC_CONFIG_H
#define __MX6ULL_ALIENTEK_EMMC_CONFIG_H

  头文件mx6ull_alientek_emmc.h里面有很多用于配置uboot的宏定义，后面还会继续用到。

4.3. 添加开发板对应的板级文件夹

  目录board/freescale是存放I.MX系列芯片的板级文件的，比如外设驱动等，这里我们需要复制该目录下的mx6ullevk，重命名为mx6ull_alientek_emmc，然后修改内部的一些文件：

• 修改mx6ull_alientek_emmc目录下的Makefile文件
  修改为：

# (C) Copyright 2015 Freescale Semiconductor, Inc. 
# 
# SPDX-License-Identifier: GPL-2.0+ 
# 
obj-y := mx6ull_alientek_emmc.o
extra-$(CONFIG_USE_PLUGIN) := plugin.bin
$(obj)/plugin.bin: $(obj)/plugin.o
$(OBJCOPY) -O binary --gap-fill 0xff $< $@

  主要就是第6行。

• 修改imx6ull_alientek_emmc目录下的imximage.cfg文件
  将

PLUGIN board/freescale/mx6ullevk/plugin.bin 0x00907000

  修改为：

PLUGIN board/freescale/mx6ull_alientek_emmc /plugin.bin 0x00907000

• 修改 mx6ull_alientek_emmc 目录下的 Kconfig 文件
  修改后的内容如下：

if TARGET_MX6ULL_ALIENTEK_EMMC

config SYS_BOARD
default "mx6ull_alientek_emmc"

config SYS_VENDOR
default "freescale"

config SYS_SOC
default "mx6"

config SYS_CONFIG_NAME
default "mx6ull_alientek_emmc"

endif

• 修改mx6ull_alientek_emmc目录下的MAINTAINERS文件
  修改后的内容如下：

MX6ULL_ALIENTEK_EMMC BOARD
M: Peng Fan <peng.fan@nxp.com> 
S: Maintained
F: board/freescale/mx6ull_alientek_emmc/ 
F: include/configs/mx6ull_alientek_emmc.h

4.4 修改U-Boot图形配置界面

  修改文件arch/arm/cpu/armv7/mx6/Kconfig，在207行加入如下这句话：

config TARGET_MX6ULL_ALIENTEK_EMMC
bool "Support mx6ull_alientek_emmc"
select MX6ULL
select DM
select DM_THERMAL

  在最后一行的endif的前一行加入：

source "board/freescale/mx6ull_alientek_emmc/Kconfig"

4.5 LCD驱动、网络驱动的修改

  由于使用了不同的分辨率的LCD屏幕，所以需要结合LCD屏幕的参数对驱动的像素、刷新率等进行修改，详细的修改方法见正点原子教程。
  对于网络驱动部分，NXP原厂开发板用的是KSZ8081 PHY芯片，而实际上LAN8720更为常用，也更便宜，而且IEEE联盟规定了所有使用TCP的网络PHY芯片的前15引脚必须相同，也就是说我们只需要修改一些辅助功能的引脚，就可以将KSZ8081修改为PHY8720芯片。这里主要需要修改芯片的复位引脚和芯片厂商，具体见正点原子教程。

4.6 其他修改

  uboot启动时会打印“Board: MX6ULL 14x14 EVK”这一句，我们可以把打印的开发板名字修改成我们自己的，打开文件 mx6ull_alientek_emmc.c，找到函数checkboard，将其改为如下所示内容：

int checkboard(void) {
     
if (is_mx6ull_9x9_evk())
puts("Board: MX6ULL 9x9 EVK\n");
else
puts("Board: MX6ULL ALIENTEK EMMC\n");
return 0;
}

五、配置uboot环境变量

  uboot里面有两个很重要的很重要的环境变量 bootargs 和 bootcmd，我们在运行uboot时往往需要先规定这两个环境变量的值，让uboot以某种规则启动内核。可以在uboot命令行中配置，也可以直接在uboot的配置文件中修改。

5.1 关于bootargs的配置

  bootargs中保存着uboot传递给Linux内核的参数，主要包含以下几个：

• console：用来设置Linux终端，即设置与Linux交互的方式，如我们一般选择串口作为终端，那么console设置为/dev/ttymxc0；
• root：用来设置根文件的位置，若设置为/dev/mmcblk1p2，则表示设置根文件位置为EMMC的分区2。root后面有“rootwait rw”，表示等待mmc设备初始化完成以后再挂载，并且根文件系统是可读可写的；
• rootfstype：用来指定根文件系统的类型，如果根文件系统为ext 格式的话此选项无所谓。
  我们可以通过下面这句话配置板子以串口为终端、设置根文件：

setenv bootargs 'console=ttymxc0,115200 root=/dev/mmcblk1p2 rootwait rw'

  也可以通过下面这几句话，通过NFS从Ubuntu主机加载根文件系统，前提是Ubuntu主机已经配置好NFS，并且将rootfs文件放到NFS文件夹中：

setenv bootargs 'console=ttymxc0,115200 root=/dev/nfs nfsroot=192.168.1.180:/home/x-ice/workdir/nfs/rootfs,proto=tcp rw ip=192.168.1.50:192.168.1.180:192.168.1.1:255.255.255.0::eth0:off'

  注意：此处波特率前面不要有空格，否则串口终端会乱码。

5.2 关于bootcmd的配置

  bootcmd 保存着 uboot 默认命令，uboot 倒计时结束以后就会执行 bootcmd 中的命令。这些命令一般都是用来启动 Linux 内核的，比如读取 EMMC 或 者 NAND Flash 中的 Linux 内核镜像文件和设备树文件到 DRAM 中，然后启动 Linux 内核。如果 EMMC 或者 NAND 中没有保存 bootcmd 的值，那么 uboot 就会使用默认的值，板子第一次运行 uboot 的时候都会使用默认值来设置 bootcmd 环境变量。

• 我们可以通过下面这几句命令让开发板从EMMC启动：

setenv bootcmd 'mmc dev 1; fatload mmc 1:1 80800000 zImage; fatload mmc 1:1 83000000 imx6ull-alientek-emmc.dtb; bootz 80800000 - 83000000'

• 也可以通过如下命令让开发板从网络启动，前提配置好Ubuntu下的tftp功能：

setenv bootcmd 'tftp 80800000 zImage; tftp 83000000 imx6ull-alientek-emmc.dtb; bootz 80800000 - 83000000'

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总结

关于 imx6ull 的 U-Boot 配置工作基本就是上述步骤，由于细节很多不能一一阐述，本文仅提供大体参考。如果大家在开发过程中遇到什么问题，欢迎在评论区留言讨论。