i.MX6ULL嵌入式Linux開發(fā)2-uboot移植實踐

上篇文章，我們介紹了如何使用NXP原廠的uboot進行編譯和燒寫，將uboot運行在自己的開發(fā)板上。NXP原廠的uboot，直接燒錄到我的開發(fā)板中，LCD的驅動是不正常的，需要進行修改。本篇我們就來繼續(xù)研究uboot，使得uboot能匹配我們自己的開發(fā)板。

修改uboot以匹配開發(fā)板的方式有兩種，一種是在NXP原廠開發(fā)板i.MX 6ULL EVK的文件上進行修改，另一種仿造NXP的開發(fā)板文件，添加自己的開發(fā)板文件。

為了能更多的了解uboot，我們使用代碼改動較大的第二種方式進行uboot的移植。

在修改uboot之前，先來看一下uboot的源碼結構。

1 uboot源碼結構分析

uboot的源碼如下，這里是源碼編譯后的結果，包含編譯后的文件。

這里文件的含義如下：

2 uboot移植實踐

2.1 添加開發(fā)板配置文件

首先是創(chuàng)建自己開發(fā)板的配置文件，該文件可參考原廠開發(fā)板的配置文件，在configs文件夾下，將原來的默認配置文件mx6ull_14x14_evk_emmc_defconfig復制一份，并重命名為mx6ull_myboard_defconfig，該文件即用于作為自己開發(fā)板的配置文件。

然后進行內容修改，將原始內容：

CONFIG_SYS_EXTRA_OPTIONS="IMX_CONFIG=board/freescale/mx6ullevk/imximage.cfg,MX6ULL_EVK_EMMC_REWORK"

CONFIG_ARM=y

CONFIG_ARCH_MX6=y

CONFIG_TARGET_MX6ULL_14X14_EVK=y

CONFIG_CMD_GPIO=y

修改為：

2.2 添加開發(fā)板對應的頭文件

在目錄 include/configs 下添加自己開發(fā)板對應的頭文件，復制mx6ullevk.h，并重命名為mx6ull_myboard.h，將文件中的

#ifndef __MX6ULLEVK_CONFIG_H 

#define __MX6ULLEVK_CONFIG_H 

修改為：

該文件里面有很多宏定義，這些宏定義基本用于配置uboot，如果我們自己要想使能或者禁止uboot的某些功能，那就要在這里面修改。

在ubuntu中，可以安裝VS Code軟件來輔助查看代碼，在ubuntu中安裝vscode，需要先下載deb格式的安裝包，然后使用類似如下的指令即可進行安裝：

sudo dpkg -i code_1.58.0-1625728071_amd64.deb

安裝完之后，我們可以將圖標添加到ubuntu桌面上，ubuntu安裝的所有軟件圖標都在目錄/usr/share/applications中，找到 Visual Studio Code 的圖標，然后點擊鼠標右鍵，選擇復制到->桌面即可。

2.3 添加開發(fā)板對應的板級文件夾

uboot中每個板子都有一個對應的文件夾來存放板級文件(如開發(fā)板上外設驅動文件等)。NXP的I.MX系列芯片的所有板級文件夾都存放在 board/freescale/目錄下，在這個目錄下有個名為mx6ullevk的文件夾，原廠開發(fā)板的板級文件夾。

復制 mx6ullevk，將其重命名為mx6ull_myboard，進入mx6ull_myboard目錄中， 將其中的mx6ullevk.c文件重命名為mx6ull_myboard.c。

2.3.1 修改Makefile文件

首先是修改 board/freescale/mx6ull_myboard 目錄下的Makefile文件

將原始內容：

# (C) Copyright 2015 Freescale Semiconductor, Inc.
#
# SPDX-License-Identifier:      GPL-2.0+
#

obj-y  := mx6ullevk.o

extra-$(CONFIG_USE_PLUGIN) :=  plugin.bin
$(obj)/plugin.bin: $(obj)/plugin.o
        $(OBJCOPY) -O binary --gap-fill 0xff $< $@

其中的依賴項修改為：

obj-y  := mx6ull_myboard.o

這樣才會編譯mx6ull_myboard.c這個文件。

2.3.2 修改imximage.cfg文件

然后修改 board/freescale/mx6ull_myboard 目錄下的imximage.cfg文件

將imximage.cfg中的下面一句：

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

改為：

PLUGIN board/freescale/mx6ull_myboard/plugin.bin 0x00907000 

2.3.3 修改Kconfig文件

接著修改 board/freescale/mx6ull_myboard 目錄下的Kconfig文件

將原始內容：

if TARGET_MX6ULL_14X14_EVK || TARGET_MX6ULL_9X9_EVK

config SYS_BOARD
        default "mx6ullevk"

config SYS_VENDOR
        default "freescale"

config SYS_CONFIG_NAME
        default "mx6ullevk"

endif

修改為：

2.3.4 修改MAINTAINERS文件

再接著修改 board/freescale/mx6ull_myboard 目錄下的MAINTAINERS文件

將原始內容：

MX6ULLEVK BOARD

M:    Peng Fan 

S:    Maintained

F:    board/freescale/mx6ullevk/

F:    include/configs/mx6ullevk.h

F:    configs/mx6ull_14x14_evk_defconfig

F:    configs/mx6ull_9x9_evk_defconfig@nxp.com>

修改為：

2.3.5 重命名板子的c文件

將 board/freescale/mx6ull_myboard 目錄下原來的mx6ullevk.c重命名為mx6ull_myboard.c

2.4 修改U-Boot圖形界面配置文件

最后修改arch/arm/cpu/armv7/mx6/目錄下的Kconfig文件

注意這里的Kconfig和board/freescale/mx6ull_myboard目錄下的Kconfig是不一樣的。

在207行插入一些內容：

config TARGET_MX6ULL_MYBOARD
        bool "Support mx6ull_myboard"
        select MX6ULL
        select DM
        select DM_THERMAL

然后，在最后一行的endif的前一行添加如下內容：

source "board/freescale/mx6ull_myboard/Kconfig" 

2.5 創(chuàng)建編譯腳本

在uboot-imx-rel_imx_4.1.15_2.1.0_ga目錄下新建一個名為build_myboard.sh的 shell 腳本，寫入如下內容：

make ARCH=arm CROSS_COMPILE=arm-linux-gnueabihf- distclean
make ARCH=arm CROSS_COMPILE=arm-linux-gnueabihf- mx6ull_myboard_defconfig
make V=1 ARCH=arm CROSS_COMPILE=arm-linux-gnueabihf- -j8

至此，以上完成的工作，相當于將NXP原廠開發(fā)板相關的配置文件，重新復制了一份，并對板子名稱修改為了自己板子的名字。

此時執(zhí)行./build_myboard.sh，等待編譯完成后輸入如下命令：

grep -nR "mx6ull_myboard.h"

如果有很多文件都引用了這個頭文件， 那就說明新板子添加成功:

將uboot進行編譯并運行，實際的效果應該和原廠uboot的效果一樣(LCD無法顯示)。

總結一下剛才都有哪些修改:

右端灰色的為原廠開發(fā)板的相關文件，黃色的為模仿原廠文件，新添加并修改的自己開發(fā)板的文件。

下面進行LCD驅動的修改。

3 LCD驅動的修改

一般uboot中修改驅動都是在對應板子c文件和h文件，即board/freescale/mx6ull_myboard/mx6ull_myboard.c和 include/configs/mx6ull_myboard.h這兩個文件。

一般修改 LCD 驅動重點注意以下幾點：

LCD 所使用的 GPIO，查看 uboot 中 LCD 的 IO 配置是否正確

LCD 背光引腳 GPIO 的配置

LCD 配置參數(shù)是否正確

正點原子以及野火的I.MX6ULL開發(fā)板的LCD原理圖和NXP官方的開發(fā)板一致，也就是LCD的IO和背光IO都是一樣的， 所以IO部分就不用修改了，只需修改之后的LCD參數(shù)。

3.1 修改c文件配置

打開文件 mx6ull_myboard.c，需要修改下面這段內容：

struct display_info_t const displays[] = {{
	.bus = MX6UL_LCDIF1_BASE_ADDR,
	.addr = 0,
	.pixfmt = 24,
	.detect = NULL,
	.enable	= do_enable_parallel_lcd,
	.mode	= {
		.name			= "TFT43AB",
		.xres           = 480,
		.yres           = 272,
		.pixclock       = 108695,
		.left_margin    = 8,
		.right_margin   = 4,
		.upper_margin   = 2,
		.lower_margin   = 4,
		.hsync_len      = 41,
		.vsync_len      = 10,
		.sync           = 0,
		.vmode          = FB_VMODE_NONINTERLACED
} } };

先來分析一下這段代碼，該代碼定義了一個變量displays，類型為display_info_t，這個結構體是LCD信息結構體，其中包括了LCD的分辨率，像素格式，LCD的各個參數(shù)等。

display_info_t 定義在文件 arch/arm/include/asm/imx-common/video.h 中，定義如下：

struct display_info_t {
	int	bus;
	int	addr;
	int	pixfmt;
	int	(*detect)(struct display_info_t const *dev);
	void (*enable)(struct display_info_t const *dev);
	struct	fb_videomode mode;
};

這里的pixfmt是像素格式，也就是一個像素點是多少位，如果是RGB565的話就是16位，如果是RGB888的話就是24位，一般使用 RGB888。

結構體display_info_t還有個mode成員變量，此成員變量也是個結構體，為fb_videomode，定義在文件 include/linux/fb.h 中，定義如下：

struct fb_videomode {
	const char *name;	/* optional */
	u32 refresh;		/* optional */
	u32 xres;
	u32 yres;
	u32 pixclock;
	u32 left_margin;
	u32 right_margin;
	u32 upper_margin;
	u32 lower_margin;
	u32 hsync_len;
	u32 vsync_len;
	u32 sync;
	u32 vmode;
	u32 flag;
};

結構體b_videomode里面的成員變量為LCD的參數(shù)，這些成員變量函數(shù)如下：

name ：LCD 名字，要和環(huán)境變量中的 panel 相等

xres 、yres ：LCD X 軸和 Y 軸像素數(shù)量

pixclock：像素時鐘，每個像素時鐘周期的長度，單位為皮秒

left_margin ：HBP(horizontal back porch)，水平同步后肩

right_margin ：HFP(horizontal front porch)，水平同步前肩

upper_margin：VBP(vertical back porch)，垂直同步后肩

lower_margin：VFP(vertical front porch)，垂直同步前肩

hsync_len ：HSPW(horizontal sync pulse width)，行同步脈寬

vsync_len：VSPW(vertical sync pulse width)，垂直同步脈寬

vmode ：大多數(shù)使用 FB_VMODE_NONINTERLACED，也就是不使用隔行掃描。

這些參數(shù)需要與實用的LCDd的參數(shù)一致。

野火的7寸RGB屏幕(GT911，800x480)的一些參數(shù)如下：

參數(shù)	值
width	800
height	480
HBP	46
HFP	22
VBP	23
VFP	22
HSW	1
VSW	1

注意像素時鐘pixclock的計算方法：以野火的 7 寸RGB屏為例，屏幕要求的像素時鐘為27.4MHz，因此：pixclock=(1/27400000)*10^12=36496

像素時鐘就是 RGB LCD 的時鐘信號，以 GT911這款屏幕為例，顯示一幀圖像所需要的時鐘數(shù)就是： (VSPW+VBP+LINE+VFP) * (HSPW + HBP + HOZVAL + HFP) = (1 + 23 + 480+ 22) * (1+ 46+ 800+ 22) = 526* 869 = 457094。 顯示一幀圖像需要457094個時鐘數(shù)， 那么顯示60幀就是： 457094* 60 = 27425640≈27.4M，所以像素時鐘就是27.4MHz

由以上的屏幕參數(shù)，可以得出GT911屏幕的配置參數(shù)如下：

struct display_info_t const displays[] = {{
	.bus = MX6UL_LCDIF1_BASE_ADDR,
	.addr = 0,
	.pixfmt = 24,
	.detect = NULL,
	.enable	= do_enable_parallel_lcd,
	.mode	= {
		.name			= "GT911",
		.xres           = 800,
		.yres           = 480,
		.pixclock       = 36496,
		.left_margin    = 46,  //HBPD
		.right_margin   = 22,  //HFPD
		.upper_margin   = 23,  //VBPD
		.lower_margin   = 22,  //VFPD
		.hsync_len      = 1,   //HSPW
		.vsync_len      = 1,   //VSPW
		.sync           = 0,
		.vmode          = FB_VMODE_NONINTERLACED
} } };

3.2 修改h文件配置

另外還要修改include/configs/路徑下的mx6ull_myboard.h，找到所有如下語句：

panel=TFT43AB 

修改為:

panel=GT911 //與mx6ull_myboard.c中修改的名稱保持一致

修改完成以后重新編譯一遍 uboot 并燒寫到 SD 中啟動。

3.3 編譯測試

將修改后的uboot編譯下載以后，LCD 驅動一般就會工作正常了，LCD 上會顯示 NXP 的 logo。

但某些情況有可能還會遇到LCD 并沒有工作，還是黑屏，這是什么原因呢？

在 uboot 命令模式輸入“print”來查看環(huán)境變量 panel 的值，會發(fā)現(xiàn)panel的值要是TFT43AB(或其他的，反正不是GT911):

panel=TFT43AB
script=boot.scr

Environment size: 2431/8188 bytes
=>

這是因為之前有將環(huán)境變量保存到EMMC中，uboot啟動以后會先從EMMC中讀取環(huán)境變量，如果EMMC中沒有環(huán)境變量的話才會使用 mx6ull_alientek_emmc.h 中的默認環(huán)境變量。

如果EMMC中的環(huán)境變量panel不等于GT911，那么LCD顯示肯定不正常，我們只需要在uboot中修改panel的值為GT911即可，在uboot的命令模式下輸入如下命令：

setenv panel GT911 
saveenv 

上述命令修改環(huán)境變量panel為GT911并保存后，按下復位鍵重啟uboot，此時 LCD 驅動就工作正常了。

4 網絡測試

I.MX6ULL內部有個以太網MAC外設，也就是ENET，需要外接一個PHY芯片來實現(xiàn)網絡通信功能，也就是內部MAC+外部PHY芯片的方案。 I.MX6ULL有兩個網絡接口ENET1和ENET2，野火的開發(fā)板提供了這兩個網絡接口，其中ENET1和ENET2都使用是和原廠開發(fā)板一樣的KSZ8081作為PHY芯片。

因此，網絡驅動部分的uboot不需要修改，下面就只是來測試一下網路功能。

4.1 連接網線并查看啟動情況

首先將開發(fā)板通過網線連接到局域網的路由器中（自己的電腦也要在同一個局域網，這樣ubuntu虛擬機則也在同一個局域網）。

然后啟動uboot，串口查看相關的打印信息，如下圖，可以看到網絡端口的FEC1（注意是uboot程序中默認設置的，不是因為網線插在了左邊就自動識別FEC1），但是提示網絡地址未設置。

4.2 設置網絡參數(shù)

下面就來設置一下，首先是設置開發(fā)板的IP，在設置之前，先借助Windows電腦的cmd的ping+ip指令來測試某個IP是否被使用，如我的192.168.5.102未被使用，就可以設為開發(fā)板的IP。

除了設置開發(fā)板的IP，還要設置一些其它的網絡參數(shù)，具體如下：

setenv ipaddr 192.168.5.102 //開發(fā)板 IP 地址
setenv ethaddr 00:04:9f:04:d2:35 //開發(fā)板網卡 MAC 地址
setenv gatewayip 192.168.5.1 //開發(fā)板默認網關
setenv netmask 255.255.255.0 //開發(fā)板子網掩碼
setenv serverip 192.168.5.101 //服務器地址，也就是 Ubuntu 地址
saveenv //保存環(huán)境變量

開發(fā)板的MAC地址是一個長度為48位(6個字節(jié))的地址，每個字節(jié)間通過冒號間隔，理論上只要局域網內各網絡設備不沖突，該地址可任意設置。

局域網的默認網關和子網掩碼需要根據自己的實際情況設置（不知道是多少的，可以借助Windows電腦的cmd中的ipconfig指令來查看）

服務器的地址就是ubuntu虛擬機的地址（可以通過linux的ifconfig指令來查看）

4.3 測試另一個網口

打開 include/configs/mx6ull_alientek_emmc.h ，將CONFIG_FEC_ENET_DEV修改為 0， 重新編譯uboot并燒寫到SD卡中。

將網線連接到開發(fā)板右邊的網口上，按照之前的測試方法再次測試：

5 uboot啟動Linux內核測試

uboot的最終目的就是啟動Linux內核，所以需要通過啟動Linux內核來判斷uboot移植是否成功。

啟動Linux內核。我們測試兩種啟動Linux內核的方法：

從EMMC啟動

從網絡啟動

從EMMC啟動也就是將編譯出來的Linux鏡像文件zImage和設備樹文件保存在EMMC中，uboot從EMMC中讀這兩個文件并啟動。 由于我們板子的EMMC中可能還沒有l(wèi)inux鏡像文件和設備樹文件，所以先不測試這種方法。

從網絡啟動，是指將linux鏡像文件和根文件系統(tǒng)都放到Ubuntu下某個指定的文件夾中，然后通過nfs或者tftp等傳輸方式將系統(tǒng)文件（zImage和設備樹文件）從Ubuntu中直接下載到開發(fā)板的內存中，EMMC中則不需要有系統(tǒng)文件。這種方式的作用就是方便調試，免去將代碼固化到開發(fā)板的過程。當然，當開發(fā)板掉電，內存的系統(tǒng)文件就沒了。

下面就來通過網絡調試的方法來測試uboot是否能正常啟動Linux內核。

在測試之前，先來介紹一下在ubuntu虛擬機上如何搭建tftp來傳輸文件。

5.1 tftp服務搭建

Ubuntu上搭建TFTP服務器，需要安裝tftp-hpa和tftpd-hpa，命令如下：

sudo apt-get install tftp-hpa tftpd-hpa 
sudo apt-get install xinetd 

TFTP也需要一個文件夾來存放文件，在用戶目錄下新建一個目錄，示例命令如下：

mkdir /home/xxpcb/myTest/tftpdir
chmod 777 /home/xxpcb/myTest/tftpdir

最后配置 tftp， 安裝完成以后，新建文件/etc/xinetd.d/tftp， 如果沒有/etc/xinetd.d 目錄的話自行創(chuàng)建，然后在里面輸入如下內容：

server tftp 
{ 
    socket_type    = dgram 
    protocol       = udp 
    wait           = yes 
    user           = root 
    server         = /usr/sbin/in.tftpd 
    server_args    = -s /home/xxpcb/myTest/tftpdir/ 
    disable        = no 
    per_source     = 11 
    cps            = 100 2 
    flags          = IPv4 
}

完了以后啟動tftp服務，命令如下：

sudo service tftpd-hpa start 

打開/etc/default/tftpd-hpa文件，將其修改為如下所示內容：

# /etc/default/tftpd-hpa 

TFTP_USERNAME="tftp" 
TFTP_DIRECTORY="/home/xxpcb/myTest/tftpdir"  
TFTP_ADDRESS=":69"                                 
TFTP_OPTIONS="-l -c -s"  

TFTP_DIRECTORY就是我們上面創(chuàng)建的tftp文件夾目錄，以后我們就將所有需要通過TFTP傳輸?shù)奈募挤诺竭@個文件夾里面，并且要給予這些文件相應的權限。

最后輸入如下命令， 重啟 tftp 服務器：

sudo service tftpd-hpa restart

至此，tftp服務器已經搭建好了，可以先來測試一下功能是否正常。

5.2 tftp文件傳輸測試

測試tftp功能是否正常，主要分為兩步：

首先是將某個zImage鏡像文件拷貝到ubuntu虛擬機的tftpboot文件夾中，并且給予 zImage 相應777的權限。

然后是通過開發(fā)板uboot的串口交互指令將文件從ubuntu傳輸?shù)介_發(fā)板的內存。

uboot串口交互指令中的tftp命令格式如下：

tftpboot [loadAddress] [[hostIPaddr:]bootfilename]

loadAddress是文件在DRAM中的存放地址，[[hostIPaddr:]bootfilename]是要從Ubuntu中下載的文件。

tftp傳輸文件，不需要輸入文件在Ubuntu中的完整路徑，只需要輸入文件名即可。

比如我們現(xiàn)在將tftpboot文件夾里面的zImage文件下載到開發(fā)板DRAM的0X80800000地址處，命令如下：

tftp 80800000 zImage 

注：此次測試時，我的ubuntu虛擬機（作為tftp服務器）的IP變了，所以我又重新設置了ubuntu的IP

5.3 測試從網絡啟動Linux

設置環(huán)境變量

這兩個環(huán)境變量的具體含義先不展開討論。

setenv bootargs 'console=ttymxc0,115200 root=/dev/mmcblk1p2 rootwait rw' 
setenv bootcmd 'tftp 80800000 zImage; tftp 83000000 imx6ull-14x14-evk-emmc.dtb; bootz 80800000 - 83000000' 
saveenv 

通過tftp將zImage和設備樹下載到板子的RAM中

就是通過網路的方式（tftp）將系統(tǒng)文件下載到板子的內存中，這里使用的野火提供的yocto的zImage和dtb文件，將兩個文件輔助到ubuntu的tftp服務器目錄，依次輸入如下指令：

tftp 80800000 zImage
tftp 83000000 imx6ull-14x14-evk-emmc.dtb

啟動內核

bootz 80800000 - 83000000

可以看到Starting kernel ...的字樣，表示內核已經啟動。

再看看下板子，已經有啟動畫面了：

在過一會兒，會出現(xiàn)系統(tǒng)的圖形界面，只是現(xiàn)在還不能操作，觸摸沒反應。

至此，uboot的移植基本完成，可以啟動Linux內核。啟動內核之后，uboot的使命就完成了。