2.1【Linux系统移植之一】：移植U-Boot（制作u-boot.bin文件）

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备注：本文以正点原子imx6ull芯片Alpha开发板为例。参考《正点原子嵌入式linux驱动开发指南V1.4.pdf》整理的笔记。

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一、下载源码、编译源码

该步骤的作用是：测试源码是否可以正常编译，如果可以确定自己的源码能够正常编译通过无误，则可以跳过此步骤

1. ARM芯片官网下载对应的U-BOOT，并解压

   tar -vxjf uboot-imx-2016.03-2.1.0-g8b546e4.tar.bz2
   

   下表格为常用目录，以及后续修改配置需要打交道的文件夹及含义

   目录	含义
   configs	各种芯片型号的配置文件均在此文件夹下，根据自己使用的芯片有对应的配置文件 比如：   imx6ull对应的配置文件名称为：mx6ull_xxxx_defconfig 其中：   当板卡为emmc启动方式时使用配置文件mx6ull_14x14_evk_emmc_defconfig   当板卡为nand启动方式时使用配置文件mx6ull_14x14_evk_nand_defconfig
   include/configs	头文件
   board/freescale	板级文件

2. 安装依赖库

   sudo apt-get install libncurses5-dev
   

3. u-boot根目录下编写shell编译脚本

   vim mx6ull_14x14_emmc.sh
   

   文件中写入如下内容：

   因为我是用的开发板是emmc启动板卡，所以第二条命令使用配置文件mx6ull_14x14_evk_emmc_defconfig

   #!/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- -j16
   

4. 赋予脚本可执行权限

   chomd 777 mx6ull_14x14_emmc.sh
   

5. 执行脚本，编译u-boot

   ./mx6ull_14x14_emmc.sh
   

6. 编译完成后终端显示如下镜像信息

   ......
   fg.cfgtmp board/freescale/mx6ullevk/imximage.cfg
     ./tools/mkimage -n board/freescale/mx6ullevk/imximage.cfg.cfgtmp -T imximage -e 0x87800000 -d u-boot.bin u-boot.imx 
   Image Type:   Freescale IMX Boot Image
   Image Ver:    2 (i.MX53/6/7 compatible)
   Mode:         DCD
   Data Size:    425984 Bytes = 416.00 kB = 0.41 MB
   Load Address: 877ff420
   Entry Point:  87800000
   

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二、修改源码（适配自己的开发板）

  修改源码，作用其实是将源码中跟自己板卡最接近的平台的【配置文件】和【头文件】和【板级文件】拷贝一份重命名为自己板卡的对应文件，然后修改里面的源码，在进行编译生成zImage/rootfs等文件。

  这里阿尔法开发板芯片为imx6ull，emmc启动方式，所以在后续拷贝文件时，NXP官方evk开发板与阿尔法开发板最为类似，故，拷贝文件名形如【mx6ull_14x14_evk_emmc_xxx】，命名为自己板卡【mx6ull_alientek_emmc_xxx】

2.1 拷贝配置文件

1. 拷贝类似平台配置文件，重名民为自己的平台配置文件

   cd configs
   cp mx6ull_14x14_evk_emmc_defconfig mx6ull_alientek_emmc_defconfig
   

2. 修改配置文件

   将第1行和第4行的mx6ullevk修改为mx6ull_alientek_emmc

   vim mx6ull_alientek_emmc_defconfig
   修改为如下内容：
   
   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
   

2.2 拷贝头文件

1. 拷贝类似平台头文件，重命名为自己平台头文件

   cd {
          uboot顶层目录}
   cd include/configs/    #注意：二级子目录是：【configs】，不是【config】！！！
   cp mx6ullevk.h mx6ull_alientek_emmc.h
   

2. 打开头文件

   vim mx6ull_alientek_emmc.h
   

3. 修改ifndef头文件声明中的名字

   #ifndef __MX6ULLEVK_CONFIG_H
   #define __MX6ULLEVK_CONFIG_H
   

   修改为：

   #ifndef __MX6ULL_ALIENTEK_EMMC_CONFIG_H
   #define __MX6ULL_ALIENTEK_EMMC_CONFIG_H
   

4. 在文件前面的include引用模块增加头文件引用

   该头文件中相对于mx6ull_alientek_emmc.h 中有更多的配置功能或命令

   #include "mx6_common.h"
   

5. 头文件其他内容解析

   备注：mx6ull_alientek_emmc.h 里面有很多宏定义，这些宏定义基本用于配置 uboot，也有一些I.MX6ULL 的配置项目。如果我们自己要想使能或者禁止 uboot 的某些功能，那就在mx6ull_alientek_emmc.h 里面做修改即可。

   以下为mx6ull_alientek_emmc.h文件内容大致功能解析。（参考：《正点原子嵌入式linux驱动开发指南V1.4.pdf》）

   第 29~39 行，设置 DRAM 的大小
   第 50 行，定义宏 CONFIG_DISPLAY_CPUINFO， uboot 启动的时候可以输出 CPU 信息。
   第 51 行，定义宏 CONFIG_DISPLAY_BOARDINFO， uboot 启动的时候可以输出板子信息。
   第 54 行， CONFIG_SYS_MALLOC_LEN 为 malloc 内存池大小，这里设置为 16MB。
   第 59、60 行，使能 I.MX6ULL 的串口功能，宏 CONFIG_MXC_UART_BASE 表示串口寄存器基地址，
           这里使用的串口1，基地址为UART1_BASE，
           UART1_BASE定义在文件arch/arm/include/asm/arch-mx6/imx-regs.h中，
           imx-regs.h是I.MX6ULL寄存器描述文件，
           根据imx-regs.h可得到UART1_BASE的值如下：（备注：该值可以在imx6ull手册中查询到）
           UART1_BASE= (ATZ1_BASE_ADDR + 0x20000)
                     =AIPS1_ARB_BASE_ADDR + 0x20000
                     =0x02000000 + 0x20000
                     =0X02020000
   第 63、64 行， EMMC接在I.MX6ULL的USDHC2上，
           宏 CONFIG_SYS_FSL_ESDHC_ADDR 为EMMC所使用接口的寄存器基地址，也就是 USDHC2 的基地址。
   第 224 行，宏 CONFIG_SYS_LOAD_ADDR 表示 linux kernel 在 DRAM 中的加载地址，
           也就是 linux kernel 在 DRAM 中的存储首地址， CONFIG_LOADADDR=0X80800000。
   第 225 行，宏 CONFIG_SYS_HZ 为系统时钟频率，这里为 1000Hz。
   第 227 行，宏 CONFIG_STACKSIZE 为栈大小，这里为 128KB
   第 230 行，宏 CONFIG_NR_DRAM_BANKS 为 DRAM BANK 的数量， 
           I.MX6ULL 只有一个 DRAM BANK，我们也只用到了一个 BANK，所以为 1。
   第 256 行，宏CONFIG_SYS_MMC_ENV_DEV为默认的MMC设备， 这里默认为USDHC2，也就是 EMMC。
   第 258 行，宏CONFIG_MMCROOT设置进入linux系统的根文件系统所在的分区，
           这里设置为 "/dev/mmcblk1p2"，也就是 EMMC 设备的第 2 个分区。
           第 0 个分区保存 uboot，
           第 1 个分区保存 linux 镜像和设备树，
           第 2 个分区为 Linux 系统的根文件系统。
   第 331 行的宏 CONFIG_FEC_ENET_DEV 指定 uboot 所使用的网口。
           I.MX6ULL 有两个网口，为 0 的时候使用 ENET1，为 1 的时候使用 ENET2。
           宏 IMX_FEC_BASE 为 ENET 接口的寄存器首地址，
           宏 CONFIG_FEC_MXC_PHYADDR 为网口 PHY 芯片的地址。
           宏 CONFIG_FEC_XCV_TYPE 为PHY芯片所使用的接口类型， 
           I.MX6U-ALPHA 开发板的两个PHY都使用的 RMII 接口。
   

   该文件中，其中以 CONFIG_CMD 开头的宏都是用于使能相应命令的，其他的以 CONFIG 开头的宏都是完成一些配置功能的。以后会频繁的和mx6ull_alientek_emmc.h 这个文件打交道。

2.3 拷贝开发板对应板级文件夹

1. 拷贝板级文件夹，重命名为自己的开发板对应文件夹

   cd {
          u-boot顶层目录}
   cd board/freescale/
   cp mx6ullevk mx6ull_alientek_emmc -rf
   cd mx6ull_alientek_emmc
   

2. 修改文件名

   mv mx6ullevk.c mx6ull_alientek_emmc.c
   

3. 修改同目录下Makefile文件内容

   vim Makefile
   

   修改第六行文件名为自己板卡文件名

   obj-y  := mx6ull_alientek_emmc.o  
   

4. 修改同目录下imximage.cfg 文件

   vim imximage.cfg
   

   将imximage.cfg 文件中的

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

   修改为

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

5. 修改同目录下Kconfig 文件

   删除Kcofig原有内容，复制如下内容：

   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
   

6. 修改同目录下MAINTAINERS 文件

   删除MAINTAINERS原有内容，复制如下内容（其实就是修改了板卡名字）

   MX6ULLEVK BOARD
   M:      Peng Fan <peng.fan@nxp.com>
   S:      Maintained
   F:      board/freescale/mx6ull_alientek_emmc/
   F:      include/configs/mx6ull_alientek_emmc.h
   F:      configs/mx6ull_14x14_evk_defconfig
   F:      configs/mx6ull_9x9_evk_defconfig
   

7. 修改u-boot图形界面配置文件

   cd [U-BOOT根目录]
   cd arch/arm/cpu/armv7/mx6/
   vim Kconfig
   

   在207行加入：

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

   再在最后一样endif之前加上：

   source "board/freescale/mx6ull_alientek_emmc/Kconfig"
   

8. Uboot启动时开发板名称可以在这里修改，也可以在这里加入一些自己需要的LOG（可选）

   vim board/freescale/mx6ull_alientek_emmc/mx6ull_alientek_emmc.c
   

   第798行，int checkboard(void)函数中有开发板的名字。

   puts("Board: MX6ULL 14x14 EVK\n"); 
   

2.4 网络驱动修改

  U-Boot移植一般必须要解决的驱动有串口、网口、EMMC/NAND、SD卡等，网络驱动修改后续再进行补充，可查阅正点原子《嵌入式驱动开发指南》—>《U-Boot》章节 —>《在U-Boot中添加自己的开发板》小节 —> 《网络驱动修改》小节查阅具体步骤。

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三、编译新的U-Boot（自己开发板的U-Boot）

1. 新建编译脚本文件

   cd [U-BOOT根目录]
   vim mx6ull_alientek_emmc.sh
   

   加入如下内容：

   #!/bin/bash
   
   make ARCH=arm CROSS_COMPILE=arm-linux-gnueabihf- distclean
   make ARCH=arm CROSS_COMPILE=arm-linux-gnueabihf- mx6ull_alientek_emmc_defconfig
   make V=1 ARCH=arm CROSS_COMPILE=arm-linux-gnueabihf- -j16
   

2. 执行脚本，进行U-BOOT编译

   chmod 777 mx6ull_alientek_emmc.sh
   ./mx6ull_alientek_emmc.sh
   

3. 成功编译完成后，终端显示如下

   注意：编译完成后会在U-Boot根目录下生成u-boot.bin文件，该bin文件就是我们需要烧写到SD卡中的引导文件

   ...
     ./tools/mkimage -n board/freescale/mx6ull_alientek_emmc/imximage.cfg.cfgtmp -T imximage -e 0x87800000 -d u-boot.bin u-boot.imx 
   Image Type:   Freescale IMX Boot Image
   Image Ver:    2 (i.MX53/6/7 compatible)
   Mode:         DCD
   Data Size:    425984 Bytes = 416.00 kB = 0.41 MB
   Load Address: 877ff420
   Entry Point:  87800000
   

4. 检查添加的mx6ull_alientek_emmc.h头文件是否被引用

   编译完成之后，在终端输入：

   grep -nR "mx6ull_alientek_emmc.h"
   

   若出现很多文件都引用了mx6ull_alientek_emmc.h 这个头文件，则表示新板卡添加成功。

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四、烧写U-Boot到SD卡，启动U-Boot

1. 终端执行命令

   ls /dev/sd*
   

2. 插上SD卡后，再执行上述命令看多出来的SD卡序号是多少，我这里是/dev/sdb 和 /dev/sdb1，1表示分区一，后面使用/dev/sdb即可。

3. 使用工具imxdownload 将 u-boot.bin 烧写到SD卡

   cd [u-boot根目录]
   cp [工具imxdownload路径]/imxdownload [u-boot根目录]
   imxdownload u-boot.bin /dev/sdb
   

4. 将SD卡插入开发板，开发上电直接敲击任意按键进入U-Boot

5. U-boot启动后，命令行左侧会出现一个“=>”标志。

6. U-boot启动过程中，屏幕上（串口）会打印一些U-boot信息，包含时间、版本、网络等。

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五、U-Boot命令

1. 常用命令

   printenv
   setenv        setenv ipaddr xxx
                 setenv serveraddr xxx
                 setenv bootdelay 5
                 ...
   saveenv
   ping
   tftp
   nfs
   

2. 其他命令

   help
   echo
   run
   

3. mmc相关命令

   mmc list    #sd卡和emmc驱动检查
   
   mmc dev 0    #选择mmc设备0
   mmc info       #打印mmc0设备的设备信息
   
   mmc dev 1    #选择mmc设备1
   mmc info       #打印mmc1设备的设备信息
   

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六、问题答疑

6.1 编译脚本的命令解析

1. 怎么确定u-boot编译命令该用什么命令？命令所带参数都从哪来？

   #!/bin/bash
   
   make ARCH=arm CROSS_COMPILE=arm-linux-gnueabihf- distclean
   make ARCH=arm CROSS_COMPILE=arm-linux-gnueabihf- mx6ull_alientek_emmc_defconfig
   make V=1 ARCH=arm CROSS_COMPILE=arm-linux-gnueabihf- -j16
   

   解答：

   参数	含义
   mx6ull_14x14_ddr512_emmc_defconfig	来自u-boot源码中configs目录中的配置文件名。 半导体厂商出场的时候为了简化开发人员的开发难度，会配置很多开发板的一套默认配置，在configs目录下，对应的芯片使用对应的配置文件即可。
   -j12	表示12个线程都进行编译，一般系统支持几核几线程线程可以根据需要设置，满线程时，编译速度最快。
   V=1	在终端中输出短命令虽然看起来很清爽，但是不利于分析uboot的编译过程。可以通过设置变量“V=1“来实现完整的命令输出

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七、补充：配置环境变量【bootcmd】和【bootargs】

当U-Boot移植完成以后，下一步就要进行内核移植了。内核移植过程中，如果采用tftp服务器和nfs服务器挂载文件系统的话，则需要在U-Boot中配置环境变量【bootcmd】和【bootargs】的值，这样U-Boot才能识别去哪里下载zImage文件、dtb文件、以及在哪里查找文件系统等。具体两个参数的值设置方法分别在前面的博客【搭建TFTP服务器】和【搭建NFS服务器】文章末尾有介绍。此处仍旧做个记录。

配置环境变量【bootcmd】和【bootargs】步骤如下：

• 板卡上电，倒计时结束前按任意键进入U-Boot
• 执行如下命令配置【bootcmd】

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

• 执行如下命令配置【bootargs】

  setenv bootargs 'console=ttymxc0,115200 root=/dev/nfs rw nfsroot=192.168.0.250:/home/lsy/tools/nfs/rootfs ip=192.168.0.100:192.168.0.250:192.168.0.1:255.255.255.0::eth0:off'
  

• 保存环境变量

  save
  

然后重启板卡，U-Boot就会根据配置好的参数，到指定服务器IP地址中寻找zImage文件、dtb文件以及文件系统了。

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