i.MX6ULL嵌入式Linux开发2-uboot移植实践

码农爱学习 2022-03-07 4297

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描述

上篇文章，我们介绍了如何使用NXP原厂的uboot进行编译和烧写，将uboot运行在自己的开发板上。NXP原厂的uboot，直接烧录到我的开发板中，LCD的驱动是不正常的，需要进行修改。本篇我们就来继续研究uboot，使得uboot能匹配我们自己的开发板。

修改uboot以匹配开发板的方式有两种，一种是在NXP原厂开发板i.MX 6ULL EVK的文件上进行修改，另一种仿造NXP的开发板文件，添加自己的开发板文件。

为了能更多的了解uboot，我们使用代码改动较大的第二种方式进行uboot的移植。

在修改uboot之前，先来看一下uboot的源码结构。

1 uboot源码结构分析

uboot的源码如下，这里是源码编译后的结果，包含编译后的文件。

Uboot

这里文件的含义如下：

Uboot

 

2 uboot移植实践

2.1 添加开发板配置文件

首先是创建自己开发板的配置文件，该文件可参考原厂开发板的配置文件，在configs文件夹下，将原来的默认配置文件mx6ull_14x14_evk_emmc_defconfig复制一份，并重命名为mx6ull_myboard_defconfig，该文件即用于作为自己开发板的配置文件。

然后进行内容修改，将原始内容：

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

修改为：

Uboot

 

2.2 添加开发板对应的头文件

在目录 include/configs 下添加自己开发板对应的头文件，复制mx6ullevk.h，并重命名为mx6ull_myboard.h，将文件中的

#ifndef __MX6ULLEVK_CONFIG_H 

#define __MX6ULLEVK_CONFIG_H

修改为：

Uboot

该文件里面有很多宏定义，这些宏定义基本用于配置uboot，如果我们自己要想使能或者禁止uboot的某些功能，那就要在这里面修改。

在ubuntu中，可以安装VS Code软件来辅助查看代码，在ubuntu中安装vscode，需要先下载deb格式的安装包，然后使用类似如下的指令即可进行安装：

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

安装完之后，我们可以将图标添加到ubuntu桌面上，ubuntu安装的所有软件图标都在目录/usr/share/applications中，找到 Visual Studio Code 的图标，然后点击鼠标右键，选择复制到->桌面即可。

2.3 添加开发板对应的板级文件夹

uboot中每个板子都有一个对应的文件夹来存放板级文件(如开发板上外设驱动文件等)。NXP的I.MX系列芯片的所有板级文件夹都存放在 board/freescale/目录下，在这个目录下有个名为mx6ullevk的文件夹，原厂开发板的板级文件夹。

复制 mx6ullevk，将其重命名为mx6ull_myboard，进入mx6ull_myboard目录中， 将其中的mx6ullevk.c文件重命名为mx6ull_myboard.c。

2.3.1 修改Makefile文件

首先是修改 board/freescale/mx6ull_myboard 目录下的Makefile文件

将原始内容：

# (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 $< $@

其中的依赖项修改为：

obj-y  := mx6ull_myboard.o
Uboot

这样才会编译mx6ull_myboard.c这个文件。

2.3.2 修改imximage.cfg文件

然后修改 board/freescale/mx6ull_myboard 目录下的imximage.cfg文件

将imximage.cfg中的下面一句：

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

改为：

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

2.3.3 修改Kconfig文件

接着修改 board/freescale/mx6ull_myboard 目录下的Kconfig文件

将原始内容：

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

修改为：

Uboot

2.3.4 修改MAINTAINERS文件

再接着修改 board/freescale/mx6ull_myboard 目录下的MAINTAINERS文件

将原始内容：

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>

修改为：

Uboot

2.3.5 重命名板子的c文件

将 board/freescale/mx6ull_myboard 目录下原来的mx6ullevk.c重命名为mx6ull_myboard.c

Uboot

2.4 修改U-Boot图形界面配置文件

最后修改arch/arm/cpu/armv7/mx6/目录下的Kconfig文件

注意这里的Kconfig和board/freescale/mx6ull_myboard目录下的Kconfig是不一样的。

在207行插入一些内容：

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

然后，在最后一行的endif的前一行添加如下内容：

source "board/freescale/mx6ull_myboard/Kconfig"

 

Uboot

2.5 创建编译脚本

在uboot-imx-rel_imx_4.1.15_2.1.0_ga目录下新建一个名为build_myboard.sh的 shell 脚本，写入如下内容：

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，相当于将NXP原厂开发板相关的配置文件，重新复制了一份，并对板子名称修改为了自己板子的名字。

此时执行./build_myboard.sh，等待编译完成后输入如下命令：

grep -nR "mx6ull_myboard.h"

如果有很多文件都引用了这个头文件， 那就说明新板子添加成功:

Uboot

将uboot进行编译并运行，实际的效果应该和原厂uboot的效果一样(LCD无法显示)。

Uboot

总结一下刚才都有哪些修改:

右端灰色的为原厂开发板的相关文件，黄色的为模仿原厂文件，新添加并修改的自己开发板的文件。

Uboot

下面进行LCD驱动的修改。

3 LCD驱动的修改

一般uboot中修改驱动都是在对应板子c文件和h文件，即board/freescale/mx6ull_myboard/mx6ull_myboard.c和 include/configs/mx6ull_myboard.h这两个文件。

一般修改 LCD 驱动重点注意以下几点：

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

LCD 背光引脚 GPIO 的配置

LCD 配置参数是否正确

正点原子以及野火的I.MX6ULL开发板的LCD原理图和NXP官方的开发板一致，也就是LCD的IO和背光IO都是一样的， 所以IO部分就不用修改了，只需修改之后的LCD参数。

3.1 修改c文件配置

打开文件 mx6ull_myboard.c，需要修改下面这段内容：

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
} } };

先来分析一下这段代码，该代码定义了一个变量displays，类型为display_info_t，这个结构体是LCD信息结构体，其中包括了LCD的分辨率，像素格式，LCD的各个参数等。

display_info_t 定义在文件 arch/arm/include/asm/imx-common/video.h 中，定义如下：

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;
};

这里的pixfmt是像素格式，也就是一个像素点是多少位，如果是RGB565的话就是16位，如果是RGB888的话就是24位，一般使用 RGB888。

结构体display_info_t还有个mode成员变量，此成员变量也是个结构体，为fb_videomode，定义在文件 include/linux/fb.h 中，定义如下：

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;
};

结构体b_videomode里面的成员变量为LCD的参数，这些成员变量函数如下：

name ：LCD 名字，要和环境变量中的 panel 相等

xres 、yres ：LCD X 轴和 Y 轴像素数量

pixclock：像素时钟，每个像素时钟周期的长度，单位为皮秒

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)，行同步脉宽

vsync_len：VSPW(vertical sync pulse width)，垂直同步脉宽

vmode ：大多数使用 FB_VMODE_NONINTERLACED，也就是不使用隔行扫描。

这些参数需要与实用的LCDd的参数一致。

野火的7寸RGB屏幕(GT911，800x480)的一些参数如下：

参数 值
width 800
height 480
HBP 46
HFP 22
VBP 23
VFP 22
HSW 1
VSW 1

注意像素时钟pixclock的计算方法：以野火的 7 寸RGB屏为例，屏幕要求的像素时钟为27.4MHz，因此：pixclock=(1/27400000)*10^12=36496

像素时钟就是 RGB LCD 的时钟信号，以 GT911这款屏幕为例，显示一帧图像所需要的时钟数就是： (VSPW+VBP+LINE+VFP) * (HSPW + HBP + HOZVAL + HFP) = (1 + 23 + 480+ 22) * (1+ 46+ 800+ 22) = 526* 869 = 457094。 显示一帧图像需要457094个时钟数， 那么显示60帧就是： 457094* 60 = 27425640≈27.4M，所以像素时钟就是27.4MHz

由以上的屏幕参数，可以得出GT911屏幕的配置参数如下：

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

另外还要修改include/configs/路径下的mx6ull_myboard.h，找到所有如下语句：

panel=TFT43AB

修改为:

panel=GT911 //与mx6ull_myboard.c中修改的名称保持一致

修改完成以后重新编译一遍 uboot 并烧写到 SD 中启动。

3.3 编译测试

将修改后的uboot编译下载以后，LCD 驱动一般就会工作正常了，LCD 上会显示 NXP 的 logo。

Uboot

但某些情况有可能还会遇到LCD 并没有工作，还是黑屏，这是什么原因呢？

在 uboot 命令模式输入“print”来查看环境变量 panel 的值，会发现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
=>

这是因为之前有将环境变量保存到EMMC中，uboot启动以后会先从EMMC中读取环境变量，如果EMMC中没有环境变量的话才会使用 mx6ull_alientek_emmc.h 中的默认环境变量。

如果EMMC中的环境变量panel不等于GT911，那么LCD显示肯定不正常，我们只需要在uboot中修改panel的值为GT911即可，在uboot的命令模式下输入如下命令：

setenv panel GT911 
saveenv

上述命令修改环境变量panel为GT911并保存后，按下复位键重启uboot，此时 LCD 驱动就工作正常了。

4 网络测试

I.MX6ULL内部有个以太网MAC外设，也就是ENET，需要外接一个PHY芯片来实现网络通信功能，也就是内部MAC+外部PHY芯片的方案。 I.MX6ULL有两个网络接口ENET1和ENET2，野火的开发板提供了这两个网络接口，其中ENET1和ENET2都使用是和原厂开发板一样的KSZ8081作为PHY芯片。

因此，网络驱动部分的uboot不需要修改，下面就只是来测试一下网路功能。

4.1 连接网线并查看启动情况

首先将开发板通过网线连接到局域网的路由器中（自己的电脑也要在同一个局域网，这样ubuntu虚拟机则也在同一个局域网）。

Uboot

然后启动uboot，串口查看相关的打印信息，如下图，可以看到网络端口的FEC1（注意是uboot程序中默认设置的，不是因为网线插在了左边就自动识别FEC1），但是提示网络地址未设置。

Uboot

4.2 设置网络参数

下面就来设置一下，首先是设置开发板的IP，在设置之前，先借助Windows电脑的cmd的ping+ip指令来测试某个IP是否被使用，如我的192.168.5.102未被使用，就可以设为开发板的IP。

Uboot

除了设置开发板的IP，还要设置一些其它的网络参数，具体如下：

setenv ipaddr 192.168.5.102 //开发板 IP 地址
setenv ethaddr 00:04:9f:04:d2:35 //开发板网卡 MAC 地址
setenv gatewayip 192.168.5.1 //开发板默认网关
setenv netmask 255.255.255.0 //开发板子网掩码
setenv serverip 192.168.5.101 //服务器地址，也就是 Ubuntu 地址
saveenv //保存环境变量

开发板的MAC地址是一个长度为48位(6个字节)的地址，每个字节间通过冒号间隔，理论上只要局域网内各网络设备不冲突，该地址可任意设置。

局域网的默认网关和子网掩码需要根据自己的实际情况设置（不知道是多少的，可以借助Windows电脑的cmd中的ipconfig指令来查看）

服务器的地址就是ubuntu虚拟机的地址（可以通过linux的ifconfig指令来查看）

4.3 测试另一个网口

打开 include/configs/mx6ull_alientek_emmc.h ，将CONFIG_FEC_ENET_DEV修改为 0， 重新编译uboot并烧写到SD卡中。

Uboot

将网线连接到开发板右边的网口上，按照之前的测试方法再次测试：

Uboot

5 uboot启动Linux内核测试

uboot的最终目的就是启动Linux内核，所以需要通过启动Linux内核来判断uboot移植是否成功。

启动Linux内核。我们测试两种启动Linux内核的方法：

从EMMC启动

从网络启动

从EMMC启动也就是将编译出来的Linux镜像文件zImage和设备树文件保存在EMMC中，uboot从EMMC中读这两个文件并启动。 由于我们板子的EMMC中可能还没有linux镜像文件和设备树文件，所以先不测试这种方法。

从网络启动，是指将linux镜像文件和根文件系统都放到Ubuntu下某个指定的文件夹中，然后通过nfs或者tftp等传输方式将系统文件（zImage和设备树文件）从Ubuntu中直接下载到开发板的内存中，EMMC中则不需要有系统文件。这种方式的作用就是方便调试，免去将代码固化到开发板的过程。当然，当开发板掉电，内存的系统文件就没了。

下面就来通过网络调试的方法来测试uboot是否能正常启动Linux内核。

在测试之前，先来介绍一下在ubuntu虚拟机上如何搭建tftp来传输文件。

5.1 tftp服务搭建

Ubuntu上搭建TFTP服务器，需要安装tftp-hpa和tftpd-hpa，命令如下：

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

TFTP也需要一个文件夹来存放文件，在用户目录下新建一个目录，示例命令如下：

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

最后配置 tftp， 安装完成以后，新建文件/etc/xinetd.d/tftp， 如果没有/etc/xinetd.d 目录的话自行创建，然后在里面输入如下内容：

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 
}

完了以后启动tftp服务，命令如下：

sudo service tftpd-hpa start

打开/etc/default/tftpd-hpa文件，将其修改为如下所示内容：

# /etc/default/tftpd-hpa 

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

TFTP_DIRECTORY就是我们上面创建的tftp文件夹目录，以后我们就将所有需要通过TFTP传输的文件都放到这个文件夹里面，并且要给予这些文件相应的权限。

最后输入如下命令， 重启 tftp 服务器：

sudo service tftpd-hpa restart

至此，tftp服务器已经搭建好了，可以先来测试一下功能是否正常。

5.2 tftp文件传输测试

测试tftp功能是否正常，主要分为两步：

首先是将某个zImage镜像文件拷贝到ubuntu虚拟机的tftpboot文件夹中，并且给予 zImage 相应777的权限。

然后是通过开发板uboot的串口交互指令将文件从ubuntu传输到开发板的内存。

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]是要从Ubuntu中下载的文件。

tftp传输文件，不需要输入文件在Ubuntu中的完整路径，只需要输入文件名即可。

比如我们现在将tftpboot文件夹里面的zImage文件下载到开发板DRAM的0X80800000地址处，命令如下：

tftp 80800000 zImage
Uboot

注：此次测试时，我的ubuntu虚拟机（作为tftp服务器）的IP变了，所以我又重新设置了ubuntu的IP

5.3 测试从网络启动Linux

设置环境变量

这两个环境变量的具体含义先不展开讨论。

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

通过tftp将zImage和设备树下载到板子的RAM中

就是通过网路的方式（tftp）将系统文件下载到板子的内存中，这里使用的野火提供的yocto的zImage和dtb文件，将两个文件辅助到ubuntu的tftp服务器目录，依次输入如下指令：

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

启动内核

bootz 80800000 - 83000000
Uboot

可以看到Starting kernel ...的字样，表示内核已经启动。

再看看下板子，已经有启动画面了：

Uboot

在过一会儿，会出现系统的图形界面，只是现在还不能操作，触摸没反应。

Uboot

至此，uboot的移植基本完成，可以启动Linux内核。启动内核之后，uboot的使命就完成了。

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