i.MX6ULL嵌入式Linux开发1-uboot移植初探

本系列教程以i.MX6ULL处理器的ARM开发板为实验基础，学习记录嵌入式Linux开发的各种知识与经验，主要内容包括嵌入式Linux移植，嵌入式Linux驱动开发，嵌入式Linux应用开发等。

本系列教程将以野火的i.MX6ULL eMMC开发板为硬件基础，以野火EBF6ULL Pro开发板教程和正点原子i.MX6ULL阿尔法开发板教程为参考，进行学习实践。

1 嵌入式Linux移植概述

Linux 的移植主要包括3部分：

移植bootloader 代码， Linux 系统要启动就必须需要一个 bootloader 程序，也就说芯片上电以后先运行一段bootloader程序。 这段bootloader程序会先初始化DDR等外设， 然后将Linux内核从flash(NAND，NOR FLASH，SD，MMC 等)拷贝到 DDR 中，最后启动 Linux 内核。 bootloader 有很多，常用的就是 U-Boot。

bootloader 和 Linux 内核的关系就跟 PC 上的 BIOS 和 Windows 的关系一样，bootloader 就相当于 BIOS。

移植Linux 内核，Linux内核由一系列程序组成，包括负责响应中断的中断服务程序、负责管理多个进程从而分享处理器时间的调度程序、负责管理地址空间的内存管理程序、网络、进程间通信的系统服务程序等。内核负责管理系统的硬件设备。

移植根文件系统(rootfs)，Linux 中的根文件系统更像是一个文件夹或者叫做目录，在这个目录里面会有很多的子目录。根目录下和子目录中会有很多的文件，这些文件是 Linux 运行所必须的，比如库、常用的软件和命令、设备文件、配置文件等等。根文件系统里面包含了一些最常用的命令和文件。

U-Boot、Linux kernel 和 rootfs这三者一起构成了一个完整的 Linux 系统，一个可以正常使用、功能完善的 Linux 系统。

2 实验开发板简介

本测试使用的开发板为野火的i.MX6ULL eMMC开发板。

3 U-Boot简介

uboot 的全称是Universal Boot Loader，遵循 GPL 协议的开源软件。

uboot 是一个裸机代码，可以看作是一个裸机综合例程。现在的 uboot 已经支持液晶屏、网络、USB 等高级功能。uboot 官网为 https://www.denx.de/wiki/U-Boot/

可以在uboot官网下载uboot源码，点击左侧 Topics 中的“Source Code”，然后点击的“FTP Server” ，进入其 FTP 服务器即可看到 uboot 源码。

但我们移植uboot时一般不会直接用 uboot 官方的源码的，官方的源码是给半导体厂商准备的，半导 体厂商会根据自家的芯片，维护自己芯片对应的uboot。

NXP（freescale）维护的的uboot地址： https://github.com/Freescale/u-boot-fslc

4 NXP uboot测试

uboot移植并不需要从零开始将 uboot 移植到我们现在所使用的开发板上。因为半导体厂商通常都会自己做一个开发板（原厂开发板）， 将uboot移植到他们自己的原厂开发板上，再将这个uboot（原厂BSP 包）发布出去。

市面上的开发板，通常会参考原厂的开发板做硬件，然后在原厂提供的 BSP 包上做修改，如正点原子和野火的 I.MX6ULL 开发板参考的就是NXP官方的 I.MX6ULL EVK 开发板做的硬件：

4.1 编译环境搭建

4.1.1 交叉编译器下载

嵌入式Linux开发，程序编译通常在电脑端的Linux（如虚拟机中的Ubuntu)下进行编译，Ubuntu 自带gcc 编译器，但该编译器是针对 X86 架构的！而嵌入式Linux是ARM架构的， 所以需要一个在 X86 架构上可以编译 ARM 架构代码的 gcc编译器，即交叉编译器。

交叉编译器有很多，本实验使用 Linaro 出品的交叉编译器，-：

https://releases.linaro.org/components/toolchain/binaries/4.9-2017.01/arm-linux-gnueabihf/

4.1.2 交叉编译器安装

在Ubuntu中创建目录：/usr/local/arm，并将下载的gcc-linaro-4.9.4-2017.01-x86_64_arm-linux-gnueabihf.tar.xz复制到此文件中，然后解压，解压命令如下：

sudo tar -vxf gcc-linaro-4.9.4-2017.01-x86_64_arm-linux-gnueabihf.tar.xz

解压完成以后会生成一个名为“gcc-linaro-4.9.4-2017.01-x86_64_arm-linux-gnueabihf”的文件夹，这个文件夹里面就是我们的交叉编译工具链。

然后，需要将该目录添加到环境变量中。打开/etc/profile 以后，在最后面输入如下所示内容：

export PATH=$PATH:/usr/local/arm/gcc-linaro-4.9.4-2017.01-x86_64_arm-linux-gnueabihf/bin

使用交叉编译器之前还需要安装其它的库，命令如下：

sudo apt-get install lsb-core lib32stdc++6

安装完之后，可以查看交叉编译工具的版本号，输入如下命令：

arm-linux-gnueabihf-gcc -v

可以看到类似如下打印

以看出当前交叉编译器的版本号为 4.9.4，说明交叉编译工具链安装成功。

4.2 编译原厂uboot

编译前还要在Ubuntu 中安装ncurses 库，安装命令如下：

sudo apt-get install libncurses5-dev

在Ubuntu中创建存放uboot的目录，如我的目录是:/home/xxpcb/myTest/imx6ull/uboot/nxp_uboot

然后，将NXP(freescale)的uboot源码复制进来，这里使用的是正点原子提供的NXP官方原版Uboot源码包（ uboot-imx-rel_imx_4.1.15_2.1.0_ga.tar.bz2）

然后进行解压：

tar -vxjf uboot-imx-rel_imx_4.1.15_2.1.0_ga.tar.bz2

解压后的源码文件如下：

首先看下uboot的配置，configs 目录下有很多跟 I.MX6UL/6ULL 有关的配置，找到与mx6ull相同的，如下图。

因为我这个开发板是emmc版本的，所有就使用这个mx6ull_14x14_evk_emmc_defconfig。

编译uboot使用下面3条指令：

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- -j8

这3条命令中 :

ARCH=arm 设置目标为 arm 架构

CROSS_COMPILE 指定所使用的交叉编译器。

第1条命令相当于make distclean，目的是清除工程，一般在第一次编译的时候最好清理一下工程。

第2条指令相当于make mx6ull_14x14_evk_emmc_defconfig ，用于配置 uboot，配置文件为 mx6ull_14x14_evk_emmc_defconfig。

第3条指令相当于make -j8，也就是使用8核来编译uboot。

为了方便的执行着3条指令，可以将这些指令写成shell脚本，比如在uboot源码目录下新建一个build.sh文件，写入如下内容：

#!/bin/bash make ARCH=arm CROSS_COMPILE=arm-linux-gnueabihf- distclean make ARCH=arm CROSS_COMPILE=arm-linux-gnueabihf- mx6ull_14x14_evk_emmc_defconfig make V=1 ARCH=arm CROSS_COMPILE=arm-linux-gnueabihf- -j8

然后进行编译：

./build.sh

编译完成以后uboot 源码多了一些文件，其中u-boot.bin就是编译出来的 uboot二进制文件。 uboot是个裸机程序， 因此需要在其前面

加上头部(IVT、 DCD等数据)才能在I.MX6U上执行，u-boot.imx文件就是添加头部以后的 u-boot.bin。

u-boot.imx 就是我们最终要烧写到开发板中的 uboot 镜像文件。

4.3 烧录开发板

这是的烧录开发板，实际是要烧录到SD卡中，然后将SD卡插入开发板，让开发板从SD卡启动（需要在开发板上设置拨码开关来选择启动方式）。

4.3.1 烧录到SD卡

正点原子专门编写了一个小软件用来将编译出来的.bin 文件烧写到 SD 卡中，这个软件叫做“imxdownload”

将imxdownload 复制到 Ubuntu 中的uboot源码文件夹，再使用如下指令，给予 imxdownload 可执行权限：

chmod 777 imxdownload

然后电脑USB中插入SD卡（读卡器），并在虚拟机中设置usb加载（VMware或VirtualBox虚拟机需要先安装增强功能才能使用）

然后可以使用如下指令来查看SD卡的挂载标识符:

ls /dev/sd*

查看输出结果：

这里的/dev/sdb就是我的SD卡。

注：我第一次使用SD卡烧录时，只多出了/dev/sdb，但不知什么情况，用了几次后，再插入SD卡，就会同时多出来/dev/sdb和/dev/sdb1，但实际测试，仍然把程序烧录到/dev/sdb也能用）。

imxdownload向SD卡烧写led.bin文件，命令格式如下：

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

注意不能烧写到/dev/sda或sda1设备里面！那是系统磁盘。

烧写过程会输入如下信息：

烧写的最后一行会显示烧写大小、用时和速度，比如u-boot.bin烧写到SD卡中的大小是 423KB，用时 1.7s，烧写速度是 236KB/s。

注意这个烧写速度，如果这个烧写速度在几百KB/s 以下那么就是正常烧写。 如果这个烧写速度大于几十MB/s、甚至几百MB/s那么肯定是烧写失败了！ 重新插拔/格式化SD卡或重启ubuntu再试。

烧写完成以后会在当前工程目录下生成一个load.imx的文件，这个文件就是软件 imxdownload 根据 NXP 官方启动方式介绍的内容， 在 bin 文件前面添加了一些数据头以后生成的。最终烧写到 SD卡里面的就是这个imx文件。

4.3.2 启动开发板

烧录完之后，将SD卡插入开发板启动，使用串口连接电脑，查看uboot启动信息。

设置好串口参数（波特率115200）并打开，按键复位开发板。

当串口打印上出现“Hit any key to stop autoboot”倒计时的时候按下键盘上的回车键，默认是 3 秒倒计时，在 3 秒倒计时结束以后如果没有按下回车键的话 uboot 就会使用默认参数来启动 Linux 内核了。

如果在 3 秒倒计时结束之前按下回车键，那么就会进入 uboot 的命令行模式:

解读一下这些信息的含义：

第1行是 uboot 版本号和编译时间：当前的 uboot 版本号是 2016.03，编译时间是 2021/7 /11/15:22:25

第3、4 行是 CPU 信息：当前使用的 CPU 是飞思卡尔（属于NXP）的 I.MX6ULL (频率为 792MHz)，此时运行在 396MHz。这颗芯片是工业级的，结温为-40°C~105°C

第 5 行是复位原因：I.MX6ULL 芯片上有个 POR_B 引脚，将这个引脚拉低即可复位 I.MX6ULL。

第 6 行是板子名字，“MX6ULL 14x14 EVK”即NXP原厂开发板的名字 。

第 7 行提示 I2C 准备就绪。

第 8 行提示当前板子的DRAM(内存) 为 512MB

第 9 行提示当前有两个MMC/SD 卡控制器：FSL_SDHC(0)和 FSL_SDHC(1)。I.MX6ULL支持两个 MMC/SD，正点原子的 I.MX6ULL EMMC 核心板上 FSL_SDHC(0)接的 SD(TF)卡，FSL_SDHC(1)接的 EMMC。

第10行是一条警告信息，先忽略。

第 12、13 行是 LCD 型号，原厂默认的是TFT43AB (480x272)。

第 14~16 是标准输入、标准输出和标准错误所使用的终端，这里都使用串口(serial)作为终端。

第 17 、18行是切换到emmc的第0个分区上，因为当前的 uboot 是 emmc 版本的，也就是从 emmc 启动的。我们只是为了方便将其烧写到了 SD 卡上，但是它的“内心”还是 EMMC的。所以 uboot 启动以后会将 emmc 作为默认存储器 。

第 19行是网口信息，提示我们当前使用的 FEC1 这个网口，I.MX6ULL 支持两个网口。

第 20行提示 FEC1 网卡地址没有设置（后面我们会讲解如何在uboot 里面设置网卡地址）。

第 22行提示正常启动， 也就是说 uboot要从emmc里面读取环境变量和参数信息启动 Linux内核了。

第23行是倒计时提示，默认倒计时 3 秒，倒计时结束之前按下回车键就会进入 Linux 命令行模式。如果在倒计时结束以后没有按下回车键，那么 Linux 内核就会启动，Linux 内核一旦启动，uboot 就运行结束了。

第23行是在倒计时 3 秒内按了回车键，符号=>表示可以继续与uboot进行命令交互。

看过了串口的uboot信息，再来看一下板子是实际运行情况：

由于原厂的uboot驱动的屏幕是TFT43AB (480x272)，与我这里屏幕不一样，所以屏幕没有正常显示（现在的屏幕看起来有许多彩色的小点点），接下来，就是对uboot进行屏幕驱动的修改。

在本篇结束之前，再来研究一下uboot的串口指令。

4.4 uboot命令初探

上面说道，在uboot启动的3 秒倒计时内，串口界面如果按下了回车键，uboot就会输出符号=>，则可以继续与uboot进行命令交互。那可以输入哪些命令呢？

4.4.1 help命令查看所有指令

输入help或者？ ，然后按下回车即可查看当前 uboot 所支持的命令：

=> help ? - alias for 'help' base - print or set address offset bdinfo - print Board Info structure bmode - sd1|sd2|qspi1|normal|usb|sata|ecspi1:0|ecspi1:1|ecspi1:2|ecspi1:3|esdhc1|esdhc2|esdhc3|esdhc4 [noreset] bmp - manipulate BMP image data boot - boot default, i.e., run 'bootcmd' bootd - boot default, i.e., run 'bootcmd' bootelf - Boot from an ELF image in memory bootm - boot application image from memory bootp - boot image via network using BOOTP/TFTP protocol bootvx - Boot vxWorks from an ELF image bootz - boot Linux zImage image from memory clocks - display clocks clrlogo - fill the boot logo area with black cmp - memory compare coninfo - print console devices and information cp - memory copy crc32 - checksum calculation dcache - enable or disable data cache dhcp - boot image via network using DHCP/TFTP protocol dm - Driver model low level access echo - echo args to console editenv - edit environment variable env - environment handling commands erase - erase FLASH memory exit - exit script ext2load- load binary file from a Ext2 filesystem ext2ls - list files in a directory (default /) ext4load- load binary file from a Ext4 filesystem ext4ls - list files in a directory (default /) ext4size- determine a file's size ext4write- create a file in the root directory false - do nothing, unsuccessfully fatinfo - print information about filesystem fatload - load binary file from a dos filesystem fatls - list files in a directory (default /) fatsize - determine a file's size fdt - flattened device tree utility commands flinfo - print FLASH memory information fstype - Look up a filesystem type fuse - Fuse sub-system go - start application at address 'addr' gpio - query and control gpio pins help - print command description/usage i2c - I2C sub-system icache - enable or disable instruction cache iminfo - print header information for application image imxtract- extract a part of a multi-image itest - return true/false on integer compare load - load binary file from a filesystem loadb - load binary file over serial line (kermit mode) loads - load S-Record file over serial line loadx - load binary file over serial line (xmodem mode) loady - load binary file over serial line (ymodem mode) loop - infinite loop on address range ls - list files in a directory (default /) md - memory display mdio - MDIO utility commands mii - MII utility commands mm - memory modify (auto-incrementing address) mmc - MMC sub system mmcinfo - display MMC info mtest - simple RAM read/write test mw - memory write (fill) nfs - boot image via network using NFS protocol nm - memory modify (constant address) ping - send ICMP ECHO_REQUEST to network host pmic - PMIC printenv- print environment variables protect - enable or disable FLASH write protection reset - Perform RESET of the CPU run - run commands in an environment variable save - save file to a filesystem saveenv - save environment variables to persistent storage setenv - set environment variables setexpr - set environment variable as the result of eval expression sf - SPI flash sub-system showvar - print local hushshell variables size - determine a file's size sleep - delay execution for some time source - run script from memory test - minimal test like /bin/sh tftpboot- boot image via network using TFTP protocol true - do nothing, successfully usb - USB sub-system usbboot - boot from USB device version - print monitor, compiler and linker version =>

4.4.2 查看指令的使用说明

命令的具体使用方法，可以输入help 命令名或? 命令名查看，以“bootz”这个命令为例：

=> help bootz bootz - boot Linux zImage image from memory Usage: bootz [addr [initrd[:size]] [fdt]] - boot Linux zImage stored in memory The argument 'initrd' is optional and specifies the address of the initrd in memory. The optional argument ':size' allows specifying the size of RAW initrd. When booting a Linux kernel which requires a flat device-tree a third argument is required which is the address of the device-tree blob. To boot that kernel without an initrd image, use a '-' for the second argument. If you do not pass a third a bd_info struct will be passed instead =>

4.4.3 信息查询命令

常用的和信息查询有关的命令有 3 个：bdinfo、printenv和 version。

bdinfo 板子信息

=> bdinfo arch_number = 0x00000000 boot_params = 0x80000100 DRAM bank = 0x00000000 -> start = 0x80000000 -> size = 0x20000000 eth0name = FEC1 ethaddr = (not set) current eth = FEC1 ip_addr = baudrate = 115200 bps TLB addr = 0x9FFF0000 relocaddr = 0x9FF47000 reloc off = 0x18747000 irq_sp = 0x9EF44EA0 sp start = 0x9EF44E90 FB base = 0x00000000 =>

从打印信息可以得出 DRAM 的起始地址和大小、启动参数保存起始地址、波特率、sp(堆栈指针)起始地址等信息.

printenv 打印环境变量

=> printenv baudrate=115200 board_name=EVK board_rev=14X14 boot_fdt=try bootcmd=run findfdt;mmc dev ${mmcdev};mmc dev ${mmcdev}; if mmc rescan; then if run loadbootscript; then run bootscript; else if run loadimage; thn run mmcboot; else run netboot; fi; fi; else run netboot; fi bootcmd_mfg=run mfgtool_args;bootz ${loadaddr} ${initrd_addr} ${fdt_addr}; bootdelay=3 bootscript=echo Running bootscript from mmc ...; source console=ttymxc0 ethact=FEC1 ethprime=FEC fdt_addr=0x83000000 fdt_file=undefined fdt_high=0xffffffff findfdt=if test $fdt_file = undefined; then if test $board_name = EVK && test $board_rev = 9X9; then setenv fdt_file imx6ull-9x9-evk.dtb; fi; if tst $board_name = EVK && test $board_rev = 14X14; then setenv fdt_file imx6ull-14x14-evk.dtb; fi; if test $fdt_file = undefined; then echo WARNING:Could not determine dtb to use; fi; fi; image=zImage initrd_addr=0x83800000 initrd_high=0xffffffff ip_dyn=yes loadaddr=0x80800000 loadbootscript=fatload mmc ${mmcdev}:${mmcpart} ${loadaddr} ${script}; loadfdt=fatload mmc ${mmcdev}:${mmcpart} ${fdt_addr} ${fdt_file} loadimage=fatload mmc ${mmcdev}:${mmcpart} ${loadaddr} ${image} mfgtool_args=setenv bootargs console=${console},${baudrate} rdinit=/linuxrc g_mass_storage.stall=0 g_mass_storage.removable=1 g_mass_storage.file=fat g_mass_storage.ro=1 g_mass_storage.idVendor=0x066F g_mass_storage.idProduct=0x37FF g_mass_storage.iSerialNumber="" clk_ignore_unused mmcargs=setenv bootargs console=${console},${baudrate} root=${mmcroot} mmcautodetect=yes mmcboot=echo Booting from mmc ...; run mmcargs; if test ${boot_fdt} = yes || test ${boot_fdt} = try; then if run loadfdt; then bootz ${loadaddr} -${fdt_addr}; else if test ${boot_fdt} = try; then bootz; else echo WARN: Cannot load the DT; fi; fi; else bootz; fi; mmcdev=0 mmcpart=1 mmcroot=/dev/mmcblk0p2 rootwait rw netargs=setenv bootargs console=${console},${baudrate} root=/dev/nfs ip=dhcp nfsroot=${serverip}:${nfsroot},v3,tcp netboot=echo Booting from net ...; run netargs; if test ${ip_dyn} = yes; then setenv get_cmd dhcp; else setenv get_cmd tftp; fi; ${get_cmd} ${imag}; if test ${boot_fdt} = yes || test ${boot_fdt} = try; then if ${get_cmd} ${fdt_addr} ${fdt_file}; then bootz ${loadaddr} - ${fdt_addr}; else if est ${boot_fdt} = try; then bootz; else echo WARN: Cannot load the DT; fi; fi; else bootz; fi; panel=TFT43AB script=boot.scr Environment size: 2431/8188 bytes =>

这里有很多的环境变量， 比如baudrate、 board_name、 board_rec、 boot_fdt、 bootcmd等。比如 bootdelay 这个环境变量就表示 uboot 启动延时时间，默认 bootdelay=3，也就默认延时 3秒。前面说的 3 秒倒计时就是由 bootdelay 定义的。另外uboot 中的环境变量都是字符串。

version 版本信息

=> version U-Boot 2016.03 (Jul 11 2021 - 15:22:25 +0800) arm-linux-gnueabihf-gcc (Linaro GCC 4.9-2017.01) 4.9.4 GNU ld (Linaro_Binutils-2017.01) 2.24.0.20141017 Linaro 2014_11-3-git =>

当前uboot 版本号为 2016.03，编译日期2021/7/11，编译器为arm-linux-gnueabihf-gcc。

本篇uboot移植初探（原厂uboot烧录测试）就到这里，下一篇进行实际的uboot移植，使得uboot与所用的开发板匹配。

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