全志F1C100s使用记录：u-boot & linux & rootfs 编译与烧录测试（基于SD卡）

目的

这篇文章中将测试在 F1C100s 中运行Linux系统（ 基于SD卡 / TF卡），一些背景资料请查看 《全志F1C100s使用记录：资料索引与基础说明》 这篇文章。

基础准备

硬件准备

测试用开发板可以参考上面文章中电路绘制，或者也可以直接购买荔枝派Nano进行测试。

开发环境

下载安装Ubuntu Desktop（使用版本为20.04）：
https://ubuntu.com/download/desktop

安装完成后进行基础环境安装与设置：

sudo apt update

sudo apt install -y build-essential
sudo apt install -y libusb-1.0-0-dev zlib1g-dev
sudo apt install -y pkg-config
sudo apt install -y python python3 python-dev python3-dev
sudo apt install -y swig
sudo apt install -y libncurses-dev libncurses5-dev
sudo apt install -y libssl-dev
sudo apt install -y kpartx
sudo apt install -y mtd-utils

因为需要从GitHub下载项目所以还要安装git：

sudo apt install -y git
# git使用时可能需要设置用户名和邮箱
# git config --global user.name "naisu"
# git config --global user.email [email protected]

建立工作目录并进入：

# 本文将工作目录设置在用户目录（$HOME）下的f1c100s-sdk文件夹中
# cd ~
mkdir f1c100s-sdk
cd f1c100s-sdk/ 

制作toolchain和rootfs

为了方便这里使用buildroot来制作rootfs，这里有个坑。这里如果使用linaro等组织提供的现成的交叉编译工具链来编译buildroot项目生成rootfs，在使用时系统启动过程中可能会出现 Kernel panic - not syncing: Attempted to kill init! exitcode=0x0000000b ，而使用buildroot自己生成的编译工具链就不会出现这个问题了。所以我们这里统一使用buildroot生成的编译工具链。

下载、解压与配置：

# cd ~/f1c100s-sdk/
wget https://buildroot.org/downloads/buildroot-2022.02.tar.xz
tar -xJf buildroot-2022.02.tar.xz

# 进入buildroot-2022.02目录
cd buildroot-2022.02/
 
# 进行配置
# 这里做测试使用，只要配置下目标和工具链即可，详见后面截图
make menuconfig

# 编译
make

编译完成后 output 目录下的 host 目录中就是交叉编译工具链（toolchain）； output 目录下的 images 目录中的 rootfs.tar 就是生成的根文件系统。

设置编译工具链

注意PATH使用自己的路径，每次打开终端都需要重新设置：

export ARCH=arm
export CROSS_COMPILE=arm-buildroot-linux-gnueabi-
export PATH=$PATH:/home/nx/f1c100s-sdk/buildroot-2022.02/output/host/bin

u-boot & linux编译

u-boot

下载、配置、编译：

# cd ~/f1c100s-sdk/
git clone -b nano-lcd800480 --depth=1 https://github.com/Lichee-Pi/u-boot.git

# 进入u-boot目录
cd u-boot/

# 加载配置文件
make licheepi_nano_defconfig

# 修改默认bootcmd
gedit include/configs/suniv.h

需要修改为：

#define CONFIG_BOOTCOMMAND "run distro_bootcmd"

然后就可以编译了：

# 根据电脑配置使用make -jx等加快编译速度
make

编译后当前目录下的 u-boot-sunxi-with-spl.bin 文件就是我们需要的。

boot.scr

根据上面对bootcmd的修改，u-boot启动时会从第一分区读取 boot.scr 文件，并执行其中的脚本。我们可以通过这个来设置要传递给linux内核的参数、来加载内核和设备树、来启动内核。

在uboot目录下新建boot.cmd文件，向其中写入u-boot要执行的脚本：

# cd ~/f1c100s-sdk/u-boot/
touch boot.cmd
gedit boot.cmd

写入以下内容：

# 设置传递给内核的bootargs参数
# 读取内核镜像和设备树到内存中指定位置
# 启动内核程序
setenv bootargs console=tty0 console=ttyS0,115200 panic=5 rootwait root=/dev/mmcblk0p2 rw
load mmc 0:1 0x80008000 zImage
load mmc 0:1 0x80C00000 suniv-f1c100s-licheepi-nano.dtb
bootz 0x80008000 - 0x80C00000

使用u-boot编译后tools目录下的 mkimage 工具可以将boot.cmd文件生成为 boot.scr 文件，通过下面命令：

# arm架构；不压缩；script文件；输入boot.cmd文件；输出boot.scr文件
tools/mkimage -A arm -C none -T script -d boot.cmd boot.scr

生成的 boot.scr 文件就在当前目录下。

linux

# cd ~/f1c100s-sdk/
git clone -b nano-4.14-exp --depth=1 https://github.com/Lichee-Pi/linux.git

# 进入linux目录
cd linux/

# 下载使用荔枝派Nano的linux配置文件
wget https://dl.sipeed.com/fileList/LICHEE/Nano/SDK/config
cp config .config

# 根据需要配置，没有需要的话直接按两下Esc保存退出
make menuconfig

# 编译
# 根据电脑配置使用make -jx等加快编译速度
# 过程中如果出现需要设置的选项全部选n
make

编译后在 arch/arm/boot/ 目录下的 zImage 文件就是压缩后的内核程序；在 arch/arm/boot/dts/ 目录下的 suniv-f1c100s-licheepi-nano.dtb 或 suniv-f1c100s-licheepi-nano-with-lcd.dtb 文件就是编译后的设备树文件。

测试程序

嵌入式linux开发最终是需要在系统上运行应用程序来实现特定的功能需求，这里编写个基础的应用程序用于测试：

# cd ~/f1c100s-sdk/
# 建立程序文件夹并进入
mkdir helloworld
cd helloworld/

# 建立程序文件并编写程序
touch helloworld.c
gedit helloworld.c

写入以下内容：

#include 

int main(void)
{
	printf("Hello, world!\n");
}

编译生成可执行文件：

arm-buildroot-linux-gnueabi-gcc helloworld.c -o helloworld

生成的 helloworld 就是我们需要的可执行文件了。

文件烧录

前面编译生成的内容可以分块分别烧录进SD卡进行测试，也可以将 u-boot & linux & rootfs 整块打包烧录进SD卡进行测试，其实本质上是一样的，这里先进行分块测试的介绍，打包烧录介绍将在后面的章节说明。

# 先将SD卡插入Ubuntu中
# 使用 lsblk 查看SD卡设备号sdX
# 我这里显示为sdb，下面均以此进行说明

分区设置

准备SD卡并按要求分区，空间划分参考本文开头的给出的文章，下面是在Ubuntu终端中进行分区划分示例：

# 如果已经分过区了那么Ubuntu可能会自动挂载
# 逐条使用 sudo umount /dev/sdbn 进行卸载

# 对SD（TF）卡进行分区
sudo fdisk /dev/sdb
# 如果有分区的话可以输入 d 回车依次删除
# 输入 n 新建分区，分区大小根据需要设置即可
# 下面是我新建的两个分区的输入情况
# n回车  回车(p)  回车(1)  回车(2048)  +32M回车  (如果有额外提示则Y回车)
# n回车  回车(p)  回车(2)  回车(67584) +200M回车  (如果有额外提示则Y回车)
# 输入 w 回车保存退出，输入使用 lsblk 查看分区情况

# 格式化分区建立文件系统
sudo mkfs.vfat /dev/sdb1
sudo mkfs.ext4 /dev/sdb2

分块烧录

u-boot
u-boot-sunxi-with-spl.bin 文件需要放置在SD卡8k开始的位置上：

# cd ~/f1c100s-sdk/u-boot/
sudo dd if=u-boot-sunxi-with-spl.bin  of=/dev/sdb bs=1024 seek=8

linux & dtb & boot.scr
这三个放在刚才新建的第一个分区里（sdb1）：

# 如果分区已挂载到别的地方先进行卸载
# sudo umount /dev/sdb1
# 将分区挂载到 /mnt
sudo mount /dev/sdb1 /mnt

# 拷贝linux和dtb
# cd ~/f1c100s-sdk/linux/
sudo cp arch/arm/boot/zImage /mnt/
sudo cp arch/arm/boot/dts/suniv-f1c100s-licheepi-nano.dtb /mnt/

# 拷贝boot.scr
# cd ~/f1c100s-sdk/u-boot/
sudo cp boot.scr /mnt/

# 保存退出
# sync
# sudo umount /dev/sdb1

rootfs
这个放在刚才新建的第二个分区里（sdb2）：

# 如果分区已挂载到别的地方先进行卸载
# sudo umount /dev/sdb2
# 将分区挂载到 /mnt
sudo mount /dev/sdb2 /mnt

# 解压并拷贝rootfs
# cd ~/f1c100s-sdk/buildroot-2022.02/
sudo tar -xf output/images/rootfs.tar -C /mnt/

# 保存退出
# sync
# sudo umount /dev/sdb2

测试程序

# 如果分区已挂载到别的地方先进行卸载
# sudo umount /dev/sdb2
# 将分区挂载到 /mnt
sudo mount /dev/sdb2 /mnt

# 拷贝helloworld
# cd ~/f1c100s-sdk/helloworld/
sudo cp helloworld /mnt/root/

# 保存退出
# sync
# sudo umount /dev/sdb2

上电测试

上电打印信息与应用程序测试结果与关键日志如下：
默认通过UART0 PE0-RX PE1-TX 波特率115200
我这里使用的是F1C200s，所以内存显示为 64 MiB
前面生成的rootfs登陆用户名为root，无密码

U-Boot SPL 2018.01-gd83b2fe-dirty (Mar 15 2022 - 15:52:58)
DRAM: 64 MiB
Trying to boot from MMC1


U-Boot 2018.01-gd83b2fe-dirty (Mar 15 2022 - 15:52:58 +0800) Allwinner Technology

CPU:   Allwinner F Series (SUNIV)
Model: Lichee Pi Nano
DRAM:  64 MiB
MMC:   SUNXI SD/MMC: 0

省略若干内容……

mmc0 is current device
Scanning mmc 0:1...
Found U-Boot script /boot.scr
reading /boot.scr
279 bytes read in 14 ms (18.6 KiB/s)
## Executing script at 80c50000
reading zImage
3841152 bytes read in 200 ms (18.3 MiB/s)
reading suniv-f1c100s-licheepi-nano.dtb
7464 bytes read in 25 ms (291 KiB/s)
## Flattened Device Tree blob at 80c00000
   Booting using the fdt blob at 0x80c00000
   Loading Device Tree to 816fb000, end 816ffd27 ... OK

Starting kernel ...

[    0.000000] Booting Linux on physical CPU 0x0
[    0.000000] Linux version 4.14.0-licheepi-nano+ (nx@nx-ubuntu) (gcc version 10.3.0 (Buildroot 2022.02)) #1 Tue Mar 15 16:07:52 CST 2022
[    0.000000] CPU: ARM926EJ-S [41069265] revision 5 (ARMv5TEJ), cr=0005317f

省略若干内容……

[    1.331930] Waiting for root device /dev/mmcblk0p2...
[    1.375977] mmc0: host does not support reading read-only switch, assuming write-enable
[    1.390277] mmc0: new high speed SDHC card at address aaaa
[    1.396880] mmcblk0: mmc0:aaaa SC16G 14.8 GiB 
[    1.407742]  mmcblk0: p1 p2

省略若干内容……

Starting syslogd: OK
Starting klogd: OK
Running sysctl: OK

省略若干内容……

Welcome to Buildroot
buildroot login: root
# ls
helloworld
# ./helloworld 
Hello, world!
# 

系统镜像

前面分块烧录在测试的时候用用还行，但是如果是要批量生产或是交给他人使用就不方便了，这个时候可以制作系统成单个系统镜像文件来处理。

前面讲了对SD卡分区等操作，其实不管是分区还是数据拷贝等，最终在SD卡上无非就是一片按照一定顺序存储的数据。把这段数据原模原样的拷贝成一个文件，这就是系统镜像文件，使用的时候只要把这个文件内容拷贝到SD卡上就可以了。

制作镜像文件

从已有SD卡制作镜像文件
如果有已经烧录完成所有内容的SD卡的话直接使用 dd 命令将SD卡内容复制到一个文件即可得到系统镜像文件。比如针对前面流程下的SD卡可以使用下面方式：

# cd ~/f1c100s-sdk/

# 如果分区已挂载到别的地方先进行卸载
# sudo umount /dev/sdb1
# sudo umount /dev/sdb2

# 创建系统镜像文件
touch f1c100s-system-image.bin
# 将SD卡中有用的数据保存镜像文件中
# 大小为 1M(uboot) + 32M(bootfs) + 200M(rootfs) + 2M(多拷贝点，防止不明意外)
# 数据比较大会花点时间
dd if=/dev/sdb of=f1c100s-system-image.bin bs=1M count=235

从编译生成的文件制作
如果还没有烧录好的SD卡也可以直接从编译生成的文件制作

# cd ~/f1c100s-sdk/
# rm f1c100s-system-image.bin

# 创建系统镜像文件
touch f1c100s-system-image.bin
# 向镜像文件写入空数据固定大小
dd if=/dev/zero of=f1c100s-system-image.bin bs=1M count=235

# 查看可用的设备挂载点
sudo losetup -f
# 我这里显示 /dev/loop13，接下来都以此进行说明
# 将镜像文件挂载到 /dev/loop13
sudo losetup /dev/loop13 f1c100s-system-image.bin

# 对挂载的设备进行分区
sudo fdisk /dev/loop13
# 下面是我新建的两个分区的输入情况
# n回车  回车(p)  回车(1)  回车(2048)  +32M回车  (如果有额外提示则Y回车)
# n回车  回车(p)  回车(2)  回车(67584) +200M回车  (如果有额外提示则Y回车)
# 接着 a回车 1回车 (将分区1设置为可启动)
# 输入 w 回车保存退出，会有点问题提示不用管

# 更新分区表
sudo kpartx -av /dev/loop13

# 格式化分区建立文件系统
sudo mkfs.vfat /dev/mapper/loop13p1
sudo mkfs.ext4 /dev/mapper/loop13p2

# 挂载第一个分区向里拷贝linux、dtb、boot.scr
sudo mount /dev/mapper/loop13p1 /mnt
sudo cp linux/arch/arm/boot/zImage /mnt/
sudo cp linux/arch/arm/boot/dts/suniv-f1c100s-licheepi-nano.dtb /mnt/
sudo cp u-boot/boot.scr /mnt/
sync
sudo umount /dev/mapper/loop13p1

# 挂载第二个分区向里解压并拷贝rootfs
sudo mount /dev/mapper/loop13p2 /mnt
sudo tar -xf buildroot-2022.02/output/images/rootfs.tar -C /mnt/
# 根据需求也可以拷贝应用程序进去
# sudo cp helloworld/helloworld /mnt/root/
sync
sudo umount /dev/mapper/loop13p2

# 卸载设备
sudo kpartx -d /dev/loop13
sudo losetup -d /dev/loop13

# 向头部写入uboot，注意conv=notrunc选项参数一定不能漏
sudo dd if=u-boot/u-boot-sunxi-with-spl.bin  of=f1c100s-system-image.bin bs=1024 seek=8 conv=notrunc

压缩系统镜像
前面生成的系统镜像比较大，不适合存储，可以对镜像镜像压缩：

# cd ~/f1c100s-sdk/
# 将系统镜像以zip方式镜像压缩
zip f1c100s-system-image.zip f1c100s-system-image.bin

使用镜像文件

在Linux上可以直接使用 dd 命令将镜像文件写入SD卡中

# cd ~/f1c100s-sdk/
# rm f1c100s-system-image.bin
# 如果分区已挂载到别的地方先进行卸载
# sudo umount /dev/sdb1
# sudo umount /dev/sdb2

# 解压镜像文件压缩包
unzip f1c100s-system-image.zip
# 将镜像文件写入SD卡，写入可能较慢
sudo dd if=f1c100s-system-image.bin of=/dev/sdb bs=1M

当然我更加推荐使用工具来烧录，这里推荐使用 BalenaEtcher 工具 ，这个工具支持windos、macos、linux，其官方页面和项目地址分别如下：
https://www.balena.io/etcher/
https://github.com/balena-io/etcher
下面是用这个工具进行烧录的演示：

上面演示了使用BalenaEtcher工具进行烧录和启动测试，其中有两点值得注意的：

• 原始的.bin后缀名的系统进行经过压缩后变得非常小（235MB > 5.98MB），可见压缩非常有用；
• BalenaEtcher可以直接使用压缩包进行烧录（比如我上面演示中）；

可能会遇到的问题

• buildroot编译过程中下载文件慢
  buildroot编译过程中会下载很多文件，有可能会下着下着就不动了，或是下载缓慢。首先可以尝试使用 ctrl + c 终止当前工作后再 make ，会从终止的步骤重新开始；
  如果上面的方式不行，那自行查看编译输出信息，其中有文件下载地址的，手动用下载工具进行下载，把下载的内容压缩包或解压后内容放到buildroot的 dl 目录下，然后重复前面步骤；
• 编译过程中因为缺少文件报错
  百度、必应等查找Ubuntu下安装这些文件的方法；
• 编译或使用中其它不明的问题
  使用 make clean 或者 make distclean 后重复配置编译过程；

SDK数据包

鉴于整个过程中有很多东西需要下载，部分内容可能下载缓慢，所以将本文中出现的主要的几个项目内容进行了打包，方便将来使用。下载链接如下：
链接：https://pan.baidu.com/s/1BJPKuZJQmczxh82JJOGG_g
提取码：ezrw

下载下来是个zip格式压缩包，解压后得到下面内容（Ubuntu上可以使用 unzip 进行解压）：

各个文件说明如下：

文件	说明
helloworld	内部含有helloworld.c文件
buildroot-2022.02.tar.xz	使用 wget https://buildroot.org/downloads/buildroot-2022.02.tar.xz 下载得到的压缩包
buildroot-2022.02-with-dl.tar.xz	根据上面项目 make menuconfig > make > make clean 后的文件夹进行重新打包压缩 其dl文件夹中包含了所有make时需要下载的东西
linux.tar.xz	使用 git clone -b nano-4.14-exp --depth=1 https://github.com/Lichee-Pi/linux.git 下载 得到的linux文件夹中放入使用 wget https://dl.sipeed.com/fileList/LICHEE/Nano/SDK/config 下载的config文件 然后对linux文件夹重新打包
sunxi-tools.tar.xz	使用 git clone -b f1c100s-spiflash --depth=1 https://github.com/Icenowy/sunxi-tools.git 下载 得到的sunxi-tools文件夹重新打包
u-boot.tar.xz	使用 git clone -b nano-lcd800480 --depth=1 https://github.com/Lichee-Pi/u-boot.git 下载 到的u-boot文件夹重新打包

总结

本文基于现有的一些项目，详细记录 u-boot & linux & rootfs 编译与烧录测试（ 基于SD卡） 整个流程内容，可以作为进一步的移植、开发与使用的基础。