Firefly-RK3399平台移植U-boot 2022.10

Firefly-RK3399平台移植U-boot 2022.10

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背景介绍

Firefly-RK3399出场自带的U-Boot是2017.09

U-Boot 2017.09 (Jul 05 2018 - 15:12:31)

Model: Firefly-RK3399 Board
PreSerial: 2
DRAM: 3.9 GiB
Sysmem: init
Relocation Offset is: 7dbe9000
Using default environment

在这个基础之上为这块开发板移植一个最新版本的U-Boot，也就是 U-Boot 2022.10

U-Boot加载方式

U-Boot实质是bootloader，它一肩挑两头，第一是初始化操作系统的运行环境，包括初始化CPU、内存、串口等，第二是加载操作系统镜像文件，通常来说是操作系统内核镜像，但对于U-Boot SPL而言，它还可以加载U-Boot镜像文件。

暂且先不关心如何加载操作系统镜像文件，这篇文章的目的是让新版本的U-Boot在这块板子上成功的运行起来。既然U-Boot是bootloader，那么就不得不了解芯片上电后程序的加载流程。

参考瑞芯微wiki

• use U-Boot TPL/SPL from upsream or rockchip U-Boot, fully source code;
• use Rockchp idbLoader which is combinded by Rockchip ddr init bin and miniloader bin from Rockchip rkbin project;

从eMMC/SD/U-Disk/net启动时，会有不同的启动内容：

• Stage 1 is always in boot rom, it loads stage 2 and may load stage 3(when SPL_BACK_TO_BROM option enabled).
• Boot from SPI flash means firmware for stage 2 and 3(SPL and U-Boot only) in SPI flash and stage 4/5 in other place;
• Boot from eMMC means all the firmware(including stage 2, 3, 4, 5) in eMMC;
• Boot from SD card means all the firmware(including stage 2, 3, 4, 5) in SD card;
• Boot from U-Disk means firmware for stage 4 and 5(not including SPL and U-Boot) in Disk, optionally only including stage 5;
• Boot from net/tftp means firmeware for stage 4 and 5(not including SPL and U-Boot) on the network;

RK3399提供了外部bootloader加载的路线图，如下图示：

启动流程

按照路线图，分两部分介绍，分别是官方固件和TPL/SPL加载U-Boot。

1.1 官方固件加载

流程1是基于RK官方部件ddr.bin和miniloader.bin来实现的，这两个文件可以从RK github上获取。

[email protected]:rockchip-linux/rkbin.git

这个仓库除了包含以上两个文件之外，还包括流程2中提到的bl31.elf文件。

RK官方固件

使用mkimage将官方的ddr.bin和rkxx.bin打包成Bootrom程序可识别的、带有ID Block header的文件idbloader.img。

tools/mkimage -n rkxxxx -T rksd -d rkxx_ddr_vx.xx.bin idbloader.img
cat rkxx_miniloader_vx.xx.bin >> idbloader.img

idbloader.img打包完成之后，由其中的rkxx_miniloader_xxx.bin加载u-boot.img文件。
另外，基于流程1的启动方式，还需要再生成trust.img，由rkxx_miniloader_xxx.bin负责加载。
流程1这种启动方式毕竟是基于官方固件的，不能对代码进行修改，看不见摸不到，所以不建议采用这种方式生成idbloader.img。

1.2 TPL/SPL加载

在启动流程2中，我们可以基于U-Boot编译出TPL/SPL，其中TPL负责实现DDR初始化，TPL初始化结束之后会回跳到bootrom程序，bootrom程序继续加载SPL，由SPL加载u-boot.itb文件。

通过以下命令将TPL/SPL打包成idbloader.img。

tools/mkimage -n rkxxxx -T rksd -d tpl/u-boot-tpl.bin idbloader.img
cat spl/u-boot-spl.bin >> idbloader.img

建议使用流程2的方式加载U-Boot.img，因为，可以基于U-Boot源码编译出TPL/SPL，然后自主修改各种配置。

2. U-Boot包

从RK3399启动流程图中我们能看到，U-Boot包里面除了u-boot.dtb和u-boot-nodtb.bin这两个U-Boot源码编译出来的文件之外，还包含了bl31.elf、bl32.bin、tee.bin等ARM trust固件。其中bl31.elf是必须要有的，bl32.bin、tee.bin是可选的，可以没有。

在使用TrustZone技术的嵌入式设备当中，无法避免的需要解决从非安全侧切换到安全侧的问题，而为了完成这个切换，需要一个专用的进行非安全上下文和安全上下文切换的固件，这个固件一般我们称为arm trust firmware，在ARM官方维护的github中我们能够下载到其完整的代码。

https://github.com/ARM-software/arm-trusted-firmware

当然RK官方也提供了bl31.elf文件，这样省去了我们编译bl31.elf的时间和精力。可以在Rockchip官方github下载

https://github.com/rockchip-linux/rkbin/tree/master/bin/rk33

基于以上的分析，整理出所需要的文件：

idbloader.img <--------U-Boot TPL/SPL
u-boot.itb <-----------U-Boot 和 bl31.elf

3.移植U-Boot

• step1
  获取U-Boot源码，如下：

git clone https://gitlab.denx.de/u-boot/u-boot.git

获取到的U-Boot源码版本是2022.10。

# SPDX-License-Identifier: GPL-2.0+

VERSION = 2022
PATCHLEVEL = 10
SUBLEVEL =
EXTRAVERSION =
NAME =

• step2
  准备bl31.elf文件，如下：

git clone [email protected]:rockchip-linux/rkbin.git

进入到u-boot文件夹设置bl31.elf文件的路径。

original@ubuntu22:/work/rock_uboot$ ls ..
rk3399_bl31_v1.35.elf  u-boot
original@ubuntu22:/work/rock_uboot$export BL31=../rk3399_bl31_v1.35.elf

• step3
  编译

手头没有这块板子的xxx_defconfig文件，但是从U-Boot源码中查看到很多其他家板子的xxx_defconfig文件

original@ubuntu22:/work/rock_uboot$ ls configs/ | grep rk3399
eaidk-610-rk3399_defconfig
evb-rk3399_defconfig
ficus-rk3399_defconfig
firefly-rk3399_defconfig
khadas-edge-captain-rk3399_defconfig
khadas-edge-rk3399_defconfig
khadas-edge-v-rk3399_defconfig
leez-rk3399_defconfig
nanopc-t4-rk3399_defconfig
nanopi-m4-2gb-rk3399_defconfig
nanopi-m4b-rk3399_defconfig
nanopi-m4-rk3399_defconfig
nanopi-neo4-rk3399_defconfig
nanopi-r4s-rk3399_defconfig
orangepi-rk3399_defconfig
pinebook-pro-rk3399_defconfig
puma-rk3399_defconfig
rock960-rk3399_defconfig
rock-pi-4c-rk3399_defconfig
rock-pi-4-rk3399_defconfig
rock-pi-n10-rk3399pro_defconfig
rockpro64-rk3399_defconfig
roc-pc-mezzanine-rk3399_defconfig
roc-pc-rk3399_defconfig
original@ubuntu22:/work/rock_uboot$ 

从log记录来看，firefly-rk3399_defconfig应该是Firefly官方提交的，因此，选择这个xxx_defconfig文件作为默认config。

original@ubuntu22:/work/u-boot-rockchip$ git log configs/firefly-rk3399_defconfig
commit 1247c35c80cb0f6f17c88d54c6575d6d1f50c608
Author: Tom Rini 
Date:   Tue Aug 23 15:24:14 2022 -0400

    configs: Resync with savedefconfig
    
    Rsync all defconfig files using moveconfig.py
    
    Signed-off-by: Tom Rini 

commit 6600b355c71e80c99d8edb8603dd5e3df8ed4db8
Author: Tom Rini 
Date:   Fri May 27 10:19:45 2022 -0400

    Convert CONFIG_SPL_BSS_START_ADDR to Kconfig
    
    This converts the following to Kconfig:
       CONFIG_SPL_BSS_START_ADDR
    
    Signed-off-by: Tom Rini 

commit f113d7d3034672de7d074506a05a7055f1f0dcae
Author: Tom Rini 
Date:   Thu May 26 13:13:21 2022 -0400

    Convert CONFIG_SPL_STACK to Kconfig
    
    This converts the following to Kconfig:
       CONFIG_SPL_STACK
    
    Signed-off-by: Tom Rini 

commit eaf6ea6a1dc10d49cdcbcad0f8b0abb6c1eb1db1
Author: Tom Rini 
Date:   Wed May 25 12:16:03 2022 -0400

    Migrate CUSTOM_SYS_INIT_SP_ADDR to Kconfig using system-constants.h
    
    - Make all users of CUSTOM_SYS_INIT_SP_ADDR reference SYS_INIT_SP_ADDR
    - Introduce HAS_CUSTOM_SYS_INIT_SP_ADDR to allow for setting the stack
      pointer directly, otherwise we use the common calculation.
    - On some platforms that were using the standard calculation but did not
      set CONFIG_SYS_INIT_RAM_SIZE / CONFIG_SYS_INIT_RAM_ADDR, set them.
    - On a small number of platforms that were not subtracting
      GENERATED_GBL_DATA_SIZE do so now via the standard calculation.
    - CONFIG_SYS_INIT_SP_OFFSET is now widely unused, so remove it from most
      board config header files.
    
    Signed-off-by: Tom Rini 

commit 9b5f9aeb3b48dbc059272168635a397ea5096a31
Author: Tom Rini 
Date:   Thu May 19 15:09:22 2022 -0400

    Convert CONFIG_SPL_BSS_MAX_SIZE et al to Kconfig
    
    This converts the following to Kconfig:
       CONFIG_SPL_BSS_MAX_SIZE
       CONFIG_SPL_MAX_FOOTPRINT
    
    Note that the da850evm platforms were violating the "only use one" rule
    here, and so now hard-code their BSS limit.
    
    Signed-off-by: Tom Rini 

commit ca8a329a1b7f3195ee56fee4c0906ee883383dfa
Author: Tom Rini 
Date:   Mon May 16 17:20:26 2022 -0400

    Convert CONFIG_SPL_PAD_TO et al to Kconfig
    
    This converts the following to Kconfig:
       CONFIG_SPL_PAD_TO
       CONFIG_SPL_MAX_SIZE
       CONFIG_TPL_PAD_TO
       CONFIG_TPL_MAX_SIZE
    
    Note that we need to make TPL_MAX_SIZE be hex, and so move and convert the
    existing places.
    
    Signed-off-by: Tom Rini 

生成默认配置文件，如下：

make firefly-rk3399_defconfig

编译U-Boot，交叉编译工具链:aarch64-linux-gnu-gcc在Makefile中

编译结果：

...
  AR      tpl/fs/built-in.o
  LD      tpl/u-boot-tpl
  OBJCOPY tpl/u-boot-tpl-nodtb.bin
  CAT     tpl/u-boot-tpl-dtb.bin
  COPY    tpl/u-boot-tpl.bin
  SYM     tpl/u-boot-tpl.sym
  MKIMAGE u-boot-dtb.img
./"arch/arm/mach-rockchip/make_fit_atf.py" \
arch/arm/dts/rk3399-evb.dtb > u-boot.its
  MKIMAGE u-boot.itb
  MKIMAGE tpl/u-boot-tpl-rockchip.bin
  CAT     idbloader.img
  CAT     u-boot-rockchip.bin
  original@ubuntu22:/work/rock_uboot$ 

至此，我们已经获取到了所需的idbloader.img和u-boot.itb两个文件。

• step4
  烧录

firefly-rk3399开发板基于emmc启动，按照RK官方要求将idbloader.img烧录到emmc的0x40扇区，u-boot.itb烧录到0x4000扇区。

烧录方法有两种，一种是基于RK的官方烧录工具AndroidTool.exe，另外一种是在开发板上直接烧写emmc。
官方AndroidTool.exe是基于recovery模式实现的，如果你的板子带有recovery按键，可以使用这种方式。

开发板上直接烧写emmc，可以通过网络或者串口直接将待烧录文件加载到板子中。

[root@rk3399:/]# lrz 
lrz waiting to receive.
Starting zmodem transfer.  Press Ctrl+C to cancel.
Transferring idbloader.img...
  100%     138 KB     138 KB/sec    00:00:01       0 Errors  Transferring u-boot.itb...
  100%     751 KB     150 KB/sec    00:00:05       0 Errors  
[root@rk3399:/]#

烧写，需要注意的是烧写完执行sync操作，否则，可能会烧写失败。

[root@rk3399:/]# dd if=idbloader.img of=/dev/mmcblk2 seek=64277+1 records in277+1 records out
142034 bytes (142 kB, 139 KiB) copied, 0.00497 s, 28.6 MB/s
[root@rk3399:/]# 
[root@rk3399:/]# dd if=u-boot.itb of=/dev/mmcblk2 seek=163841503+1 records in1503+1 records out
769952 bytes (770 kB, 752 KiB) copied, 0.0608755 s, 12.6 MB/s
[root@rk3399:/]# sync

• step5
  重启开发板，从U-Boot版本和编译的时间戳可以确认，成功加载并执行了新的U-Boot 2022.10：

U-Boot 2022.10-g85a8ef12-dirty (Nov 26 2022 - 00:43:23 +0800)

SoC: Rockchip rk3399
Reset cause: POR
Model: Firefly-RK3399 Board
DRAM:  3.9 GiB
PMIC:  RK808 
Core:  281 devices, 28 uclasses, devicetree: separate
MMC:   mmc@fe310000: 3, mmc@fe320000: 1, mmc@fe330000: 0
Loading Environment from MMC... *** Warning - bad CRC, using default environment

In:    serial@ff1a0000
Out:   serial@ff1a0000
Err:   serial@ff1a0000
Model: Firefly-RK3399 Board
Net:   eth0: ethernet@fe300000
Hit any key to stop autoboot:  0 
......

最后要说的是，敢这么胡乱搞开发板的固件，并不担心它会成为一块砖头，因为，有Maskrom模式可以将它恢复出厂设置。

下载后启动串口输出：
U-boot启动后输可以看到版本信息和编译时间，但是发现 g85a8ef12-dirty，这个字符串是为了提示当前工程中没有git commmit，解生成原理是在Makefile中产生的，了解详细过程的可以分享一下。

使用的U-boot 2022.10代码git路径

Maskrom模式另外，移植的U-Boot是基于firefly-rk3399_defconfig生成的配置文件，后面基于此进行其他修改,也可以创建属于自己的单板。

后记

对于新接触的开发板来说，官方的文档都是第一手资料，比如怎么重新烧写整个系统，怎么更新等注意事项，阅读官方手册是最好的捷径。

参考资料

Firefly-RK3399
firefly 3399 开发板笔记