Linux系统移植开发篇2：烧写linux镜像

刘洋其 2021-09-29 3149

嵌入式技术

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描述

本文章为《STM32MP157 Linux系统移植开发篇》系列中的一篇，笔者使用的开发平台为华清远见FS-MP1A开发板（STM32MP157开发板）。stm32mp157是ARM双核，2个A7核，1个M4核，A7核上可以跑Linux操作系统，M4核上可以跑FreeRTOS、RT-Thread等实时操作系统，STM32MP157开发板所以既可以学嵌入式linux，也可以学stm32单片机。

针对FS-MP1A开发板，除了Linux系统移植篇外，还包括其他多系列教程，包括Cortex-A7开发篇、Cortex-M4开发篇、扩展板驱动移植篇、Linux应用开发篇、FreeRTOS系统移植篇、Linux驱动开发篇、硬件设计篇、人工智能机器视觉篇、Qt应用编程篇、Qt综合项目实战篇等。

1.系统镜像烧写

FS-MP1A支持通过STM32CubeProgrammer工具镜像镜像的烧录，此外还支持通过bootloader下的ums工具配合ubuntu操作系统进行单个镜像更新，通过使用tftp下载方式进行镜像的验证，以及使用scp方式来更新linux内核与设备树。

2.STM32CubeProgrammer烧写方式

STM32CubeProgrammer工具已经在前面的章节进行了安装，现在我们可以通过使用这个工具来烧录系统。

2.1调整拨码开关

在开发板上电之前我们需要先将开发板的拨码开关拨到【000】位置。

2.2硬件接线

在使用USB方式烧写镜像时，需要借助USB mini线来进行数据传输，此外还可以通过串口终端来监视烧写过程。

2.3调试串口配置

在烧写过程中可以通过调试串口来监控烧写过程，串口调试可以借助XSHELL来进行相关调试，XSHELL已经在前面章节安装完成，这里只需要配置一下相关串口即可。

双击桌面上的“XSHELL 6”图标打开。

开启xshell后在自动弹出的对话框中单击“新建”按钮。

在“新建会话属性”中“协议(P)”中选择“SERIAL”，名称可以自定义。

下面需要对串口进行配置。首先需要确定串口在系统中的COM口是哪个端口。可以在设备管理器中查找。

可以看到这里的串口为“COM3”

下面点击xshell界面中左侧的“串口”按钮。

选择端口号为“COM3”（需要根据当前实际环境选择），波特率为：115200，数据位：8，停止位：1，奇偶校验：无，流控制：无。

配置好之后点击“确定”按钮。将看到如下界面。

先选中刚刚新建的COM选项后点击“连接”。

看到如上界面则说明打开成功。

2.4镜像烧写

首先打开桌面上的STM32CubeProgrammer软件

软件打开后将出现如下界面

如果在打开软件之前开发板已经处于上电状则可以看到右上角的USB设备。

如果没有看到“USB1”端口，可将开发板重新上电或者按开发板的复位按钮，之后点击Port后的“刷新”按钮。

出现USB1端口后点击左上角的“Connect”按钮进行连接。

连接成功后上方原来为“Not connected”字样变为“Connect”

下面开始导入烧写镜像。首先需要进入到镜像所在目录【华清远见-FS-MP1A开发资料\06-系统镜像\fs-mp1a-weston-openstlinux】。

再进入“flashlayout_fs-mp1a-weston”文件夹。此文件夹中存放的是镜像烧录配置。

可以看到共有4个文件夹，本小节只关注optee和trusted两个文件夹。每个文件夹中都有如下两个配置文件。

其中标有 “emmc”字样的为片上flash烧录配置，“sdcard”字样的为外部TF卡烧录配置；此外还可以看到文件名最后有 “trusted”和“optee”后缀。这对应这不同的启动模式 “trusted”和“optee”为带有安全机制的启动方式。

这里以emmc的“trusted”启动为例来进行烧录。

将“flashlayout_fs-mp1a-weston\trusted”文件夹中的“FlashLayout_emmc_stm32mp157a-fsmp1a-trusted.tsv”配置文件复制一份到上层目录下。

切换到STM32CubeProgrammer软件中，点击“Open file”选项卡

找到烧写镜像所在目录，打开刚刚复制过去的烧录配置文件。

点击“打开”后界面如下

检查Binaries Path路径是否为烧录配置文件所在的路径，如果不是同一路径需要手动修改。

点击界面右上角的“Download”按钮进行烧录。在串口终端中首先将如下打印信息。

STM32CubeProgrammer软件中将会看到进度条，烧录过程会持续几分钟请耐心等待。

烧写成功后会出现以下提示

至此通过STM32CubeProgrammer方式烧录emmc trusted镜像就完成了。后面就可以通过改变拨码开关为【010】来进行系统的启动。

2.5烧录错误处理

如果在烧录rootfs出现如下错误

此问题是由于STM32CubeProgrammer需要使用64bit的java jre。如果系统中安装的版本为32bit则会出现此问题。

如果在控制面板中将查看方式修改为“大图标”后看到有Java(32位)则说明当前系统安装的java环境为32位。

此时我们需要卸载系统中的32位的java环境，然后安装资料光盘中的【华清远见-FS-MP1A开发资料\01-工具软件】下的jre-8u261-windows-x64.exe程序。安装完成后将原来安装的STM32CubeProgrammer程序卸载，重新安装一遍STM32CubeProgrammer即可。

3.制作TF卡系统卡

前面章节已经介绍了通过STM32CubeProgrammer工具来烧录镜像，这一章节将介绍如何通过USB Image Tool工具来制作TF系统卡。

将【华清远见-FS-MP1A开发资料\01-工具软件】下的usbit.zip压缩包复制到PC的任意位置点击右键选择“解压到usbit”。

得到如下文件夹

双击运行“USB Image Tool.exe”会显示如下界面

如果该界面没有正确显示出盘符，则需要参“将GPT分区转换为MBR分区”和“MBR创建分区及格式化”章节对TF进行重新分区。

资料中【华清远见-FS-MP1A开发资料\06-系统镜像】下默认提供optee、trusted两种已经编译好的weston镜像。

在USB Image Tool界面中选择“Favorites”选项卡

点击“Add”按钮添加一个镜像，找到镜像所在目录，文件类型选择All files(*.*)。

这里以trusted镜像为例选择flashlayout_fs-mp1a-weston_FlashLayout_sdcard_stm32mp157a-fsmp1a-trusted.raw镜像进行烧录。

点击“打开”按钮后。在“Favorites”选项卡中选中刚刚添加的镜像。

点击“Restore”按钮后会弹出对话框询问是否要继续操作，我们选择“是”

可以在界面的左下方看到当前的进度。

烧录完成后就可以将拨码开关拨至【101】来启动系统。

4.通过ums方式映射分区

当我们编译了自己的一些镜像后，需要将其下载到开发板中运行的时候，可以使用此方式将开发板上的分区通过USB使用ums工具映射到虚拟机中的ubuntu系统中。这里以更新bootloader和boot分区为例来介绍ums的使用方法。

首先需要使用xshell连接上调试串口，在系统的启动过程中会出现1秒的倒计时，在倒计时结束之前按下键盘任意键即可将程序停留在bootloader的控制终端。

进入bootloader控制台

4.1使用ums更新bootloader

在控制台使用ums 0 mmc 0命令可以将开发板上的sdcard分区映射到PC上，然后再由PC将设备连接到虚拟机当中的ubuntu系统。

更新sdcard：

Board $> ums 0 mmc 0

更新emmc：

Board $> ums 0 mmc 1

在输入命令之后虚拟机会提示检测到新的USB设备，在如上界面中选择连接到虚拟机后，在ubuntu系统中使用ls /dev/sd*命令可以看到多出了一些设备分区。

其中/dev/sdc设备就是开发板映射到系统中的，可以看到共有7个分区。使用ls -l /dev/disk/by-partlabel命令可以查看分区映射关系。需要注意的是烧录的镜像不同，分区数量也有所变化。

可以使用dd命令将编译好的uboot镜像或者是光盘资料的【华清远见-FS-MP1A开发资料\06-系统镜像\fs-mp1a-weston-openstlinux】下的uboot镜像下载到开发板。

烧录optee镜像

sudo dd if= tf-a-stm32mp157a-fsmp1a-optee.stm32 of=/dev/sdc1 conv=fdatasync

sudo dd if= tf-a-stm32mp157a-fsmp1a-optee.stm32 of=/dev/sdc2 conv=fdatasync

sudo dd if= u-boot-stm32mp157a-fsmp1a-optee.stm32 of=/dev/sdc3 conv=fdatasync

sudo dd if=tee-header_v2-stm32mp157a-fsmp1a-optee.stm32 of=/dev/sdc4 bs=1M conv=fdatasync

sudo dd if=tee-pageable_v2-stm32mp157a-fsmp1a-optee.stm32 of=/dev/sdc5 bs=1M conv=fdatasync

sudo dd if=tee-pager_v2-stm32mp157a-fsmp1a-optee.stm32 of=/dev/sdc6 bs=1M conv=fdatasync

烧录trusted镜像

sudo dd if=tf-a-stm32mp157a-fsmp1a-trusted.stm32 of=/dev/sdc1 conv=fdatasync

sudo dd if=tf-a-stm32mp157a-fsmp1a-trusted.stm32 of=/dev/sdc2 conv=fdatasync

sudo dd if=u-boot-stm32mp157a-fsmp1a-trusted.stm32 of=/dev/sdc3 conv=fdatasync

注意：tf-a-stm32mp157a-fsmp1a-trusted.stm32镜像是由tf-a源码生成

4.2使用ums更新bootfs

在更新bootloader分区的时候我们通过dd命令将镜像烧录的开发板中，而bootfs分区是一个ext4格式的分区，可以通过mount挂载的方式将文件系统挂载到ubuntu后直接对里面的内容进行修改。

与更新bootloader方式一样可以使用ls -l /dev/disk/by-partlabel命令可以查看分区映射关系。找到bootfs所指向的设备节点。

可以看到这里对应的设备节点是sdc4分区。

使用sudo mount /dev/sdc4 /mnt 将其挂载到/mnt目录下

挂载成功之后切换到/mnt目录下查看

可以看到该分区中存放了linux内核及设备树，extlinux的配置，开机logo等文件。我们可以通过替换相应的文件即可更新启动镜像。

例如我们可以将自行编译生成的uImage替换到当前目录下。

使用sudo umont /mnt 解除挂载后重启开发板即可。

5.通过tftp方式下载linux内核及设备树

除了使用ums挂载的方式进行内核及设备树的更新之外，还可以通过pxelinux功能，从tftp服务器下载镜像启动。

在u-boot中使用tftp前需要将网线接入开发板，并且要与ubuntu所在的网段相同。

将要使用tftp下载的linux内核与设备树拷贝到ubuntu系统中tftp服务器工作目录中（/tftpboot），linux内核与设备树可以从linux内核源码中编译得到。

linux@ubuntu:$ cp arch/arm/boot/uImage /tftpboot/

linux@ubuntu:$ cp arch/arm/boot/dts/stm32mp157a-fsmp1a*.dtb /tftpboot/

在tftp服务器工作目录中（/tftpboot）建立pxelinux.cfg文件夹。在该文件夹下建立01-00-80-e1-42-60-17文件。tftpboot目录结构如下

00-80-e1-42-60-17为开发板的默认mac地址，可以使用env set -f ethaddr xx:xx:xx:xx:xx:xx来修改mac地址。

如果通过sdcard启动01-00-80-e1-42-60-17文件内容与开发板上/boot/mmc0_stm32mp157a-fsmp1a_extlinux/extlinux.cfg文件相同，如下所示

extlinux.cfg

1
23456789101112

menu title Select the boot mode
MENU BACKGROUND /splash.bmpTIMEOUT 20DEFAULT stm32mp157a-fsmp1a-mipi-sdcardLABEL stm32mp157a-fsmp1a-mipi-sdcard KERNEL /uImage FDT /stm32mp157a-fsmp1a-mipi050.dtb APPEND root=/dev/mmcblk1p6 rootwait rw console=ttySTM0,115200LABEL stm32mp157a-fsmp1a-rgb-sdcard KERNEL /uImage FDT /stm32mp157a-fsmp1a-rgb070.dtb APPEND root=/dev/mmcblk1p6 rootwait rw console=ttySTM0,115200

如果通过emmc启动01-00-80-e1-42-60-17文件内容与与开发板上/boot/mmc1_stm32mp157a-fsmp1a_extlinux/extlinux.cfg文件相同，如下所示

extlinux.cfg

1
23456789101112

menu title Select the boot mode
MENU BACKGROUND /splash.bmpTIMEOUT 20DEFAULT stm32mp157a-fsmp1a-mipi-emmcLABEL stm32mp157a-fsmp1a-mipi-emmc KERNEL /uImage FDT /stm32mp157a-fsmp1a-mipi050.dtb APPEND root=/dev/mmcblk2p4 rootwait rw console=ttySTM0,115200LABEL stm32mp157a-fsmp1a-rgb-emmc KERNEL /uImage FDT /stm32mp157a-fsmp1a-rgb070.dtb APPEND root=/dev/mmcblk2p4 rootwait rw console=ttySTM0,115200

这里以sdcard为例，将01-00-80-e1-42-60-17内容修改为与开发板上/boot/mmc0_stm32mp157a-fsmp1a_extlinux/extlinux.cfg文件相同

在ubuntu中使用ifconfig命令查看当前ip地址，从而确定网段。

可以看到当前ubuntu的ip地址为192.168.11.78。由此得到当前网段为11网段。

开发板需要使用xshell连接上调试串口，在系统的启动过程中会出现1秒的倒计时，在倒计时结束之前按下键盘任意键即可将程序停留在bootloader的控制终端。

进入bootloader控制台

在u-boot控制台中使用dhcp命令为开发板获取一个ip地址。

可以看到获取到了一个192.168.11.68的IP地址，也是11网段。与ubuntu网段相同。为了进一步验证开发板与ubuntu的通信状况可以使用ping命令来ping ubbuntu的IP地址验证。

可以看到ping命令已经执行成功了。

接下来设置tftp的服务器ip，可以看到也就是ubuntu的ip地址。

root@fsmp1a:# env set serverip 192.168.11.78

这里使用到了env set命令来设置环境变量，该命令默认只修改内存中的变量，存储在sdcard或者emmc中的变量不会受到影响，也就是说调电回丢失修改，如果想要永久修改可以使用env save命令将当前内存中的环境变量更新到外部存储设备中。

使用run bootcmd_pxe开始下载linux内核与设备树文件。看到如下提示后选择您对应的启动选项即可。

例如这里选择1，进行5寸屏幕启动。稍等片刻之后便可看到内核启动。

6.通过scp方式更新linux内核及设备树驱动程序

除了通过tftp方式和ums方式更新linux内核与设备树文件以外，还可以通过scp方式来更新开发板中的文件。Scp是基于ssh协议进行数据传输，在传输过程中要传输数据一端我们称之为服务器端，开发板通常作为数据接收端我们称之为客户端。当然开发板在往ubuntu发送数据的时候则会成为服务端。此方法需要开发板完整启动，并进入文件系统终端。

在使用scp前需确认与服务器端所在网络环境相同。本例中ubuntu的ip地址为192.168.11.78。开发板的ip地址需要通过串口终端下使用ifconfig命令确定。

可以看到当前开发板IP地址为192.168.11.68。可以通过ping命令来测试通信情况。

在之前章节提到过bootfs分区中存放了启动时需要的linux内核及设备树文件，extlinux的配置，开机logo等文件。bootfs分区在开发板中则对应了/boot目录，也就是说对/boot目录中的文件做出修改后，就相当于是对bootfs分区做出了修改。

在ubuntu端将需要更新的linux内核镜像和设备树文件通过scp命令的方式下发到开发板。此方式不仅支持对内核与设备树的修改，同时也支持更新驱动文件上层应用程序等文件。

Linux内核更新

linux@ubuntu:$ scp uImage root@192.168.11.68:/boot

linux@ubuntu:$ ssh root@192.168.11.68 /sbin/depmod -a

linux@ubuntu:$ ssh root@192.168.11.68 sync

linux@ubuntu:$ ssh root@192.168.11.68 reboot

首次使用时需要记录链接密钥。

在如上界面中输入yes

设备树更新

linux@ubuntu:$ scp stm32mp157a-fsmp1a*.dtb root@192.168.11.68:/boot

linux@ubuntu:$ ssh root@192.168.11.68 /sbin/depmod -a

linux@ubuntu:$ ssh root@192.168.11.68 sync

linux@ubuntu:$ ssh root@192.168.11.68 reboot

驱动更新

本例中我们假设需要将开发板中的触摸屏驱动进行更新，触摸屏驱动对应的驱动文件名为goodix.ko。通常驱动文件存放在开发板的/lib/modules/文件夹下，将工作目录切换到/lib/ modules/使用find -name goodix.ko来搜索文件所在位置。通过搜索结果可知文件存放在./4.19.94/kernel/drivers/input/touchscreen/目录下。