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，下载地址：
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- distcleanmake ARCH=arm CROSS_COMPILE=arm-linux-gnueabihf- mx6ull_14x14_evk_emmc_defconfigmake V=1 ARCH=arm CROSS_COMPILE=arm-linux-gnueabihf- -j8 这3条命令中 :
-
ARCH=arm
-
CROSS_COMPILE
- 第1条命令相当于
make distclean
- 第2条指令相当于
make mx6ull_14x14_evk_emmc_defconfig
- 第3条指令相当于
make -j8
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- distcleanmake ARCH=arm CROSS_COMPILE=arm-linux-gnueabihf- mx6ull_14x14_evk_emmc_defconfigmake 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 注意不能烧写到或/dev/sda
设备里面！那是系统磁盘。sda1
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
？
，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 offsetbdinfo - print Board Info structurebmode - sd1|sd2|qspi1|normal|usb|sata|ecspi1:0|ecspi1:1|ecspi1:2|ecspi1:3|esdhc1|esdhc2|esdhc3|esdhc4 [noreset]bmp - manipulate BMP image databoot - boot default, i.e., run 'bootcmd'bootd - boot default, i.e., run 'bootcmd'bootelf - Boot from an ELF image in memorybootm - boot application image from memorybootp - boot image via network using BOOTP/TFTP protocolbootvx - Boot vxWorks from an ELF imagebootz - boot Linux zImage image from memoryclocks - display clocksclrlogo - fill the boot logo area with blackcmp - memory compareconinfo - print console devices and informationcp - memory copycrc32 - checksum calculationdcache - enable or disable data cachedhcp - boot image via network using DHCP/TFTP protocoldm - Driver model low level accessecho - echo args to consoleeditenv - edit environment variableenv - environment handling commandserase - erase FLASH memoryexit - exit scriptext2load- load binary file from a Ext2 filesystemext2ls - list files in a directory (default /)ext4load- load binary file from a Ext4 filesystemext4ls - 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 sizefdt - flattened device tree utility commandsflinfo - print FLASH memory informationfstype - Look up a filesystem typefuse - Fuse sub-systemgo - start application at address 'addr'gpio - query and control gpio pinshelp - print command description/usagei2c - I2C sub-systemicache - enable or disable instruction cacheiminfo - print header information for application imageimxtract- extract a part of a multi-imageitest - return true/false on integer compareload - load binary file from a filesystemloadb - load binary file over serial line (kermit mode)loads - load S-Record file over serial lineloadx - load binary file over serial line (xmodem mode)loady - load binary file over serial line (ymodem mode)loop - infinite loop on address rangels - list files in a directory (default /)md - memory displaymdio - MDIO utility commandsmii - MII utility commandsmm - memory modify (auto-incrementing address)mmc - MMC sub systemmmcinfo - display MMC infomtest - simple RAM read/write testmw - memory write (fill)nfs - boot image via network using NFS protocolnm - memory modify (constant address)ping - send ICMP ECHO_REQUEST to network hostpmic - PMICprintenv- print environment variablesprotect - enable or disable FLASH write protectionreset - Perform RESET of the CPUrun - run commands in an environment variablesave - save file to a filesystemsaveenv - save environment variables to persistent storagesetenv - set environment variablessetexpr - set environment variable as the result of eval expressionsf - SPI flash sub-systemshowvar - print local hushshell variablessize - 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
? 命令名
查看，以“bootz”这个命令为例：
=> help bootzbootz - 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
=> bdinfoarch_number = 0x00000000boot_params = 0x80000100DRAM bank = 0x00000000-> start = 0x80000000-> size = 0x20000000eth0name = FEC1ethaddr = (not set)current eth = FEC1ip_addr = <NULL>baudrate = 115200 bpsTLB addr = 0x9FFF0000relocaddr = 0x9FF47000reloc off = 0x18747000irq_sp = 0x9EF44EA0sp start = 0x9EF44E90FB 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
=> printenvbaudrate=115200board_name=EVKboard_rev=14X14boot_fdt=trybootcmd=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; fibootcmd_mfg=run mfgtool_args;bootz ${loadaddr} ${initrd_addr} ${fdt_addr};bootdelay=3bootscript=echo Running bootscript from mmc ...; sourceconsole=ttymxc0ethact=FEC1ethprime=FECfdt_addr=0x83000000fdt_file=undefinedfdt_high=0xfffffffffindfdt=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=zImageinitrd_addr=0x83800000initrd_high=0xffffffffip_dyn=yesloadaddr=0x80800000loadbootscript=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},${baudrate} rdinit=/linuxrc g_mass_storage.stall=0 g_mass_storage.removable=1 g_mass_storage.file=fat g_mass_storage.ro=1 g_mass_storage.idVendor=0x066F g_mass_storage.idProduct=0x37FF g_mass_storage.iSerialNumber="" clk_ignore_unusedmmcargs=setenv bootargs console=${console},${baudrate} root=${mmcroot}mmcautodetect=yesmmcboot=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 ${boot_fdt} = try; then bootz; else echo WARN: Cannot load the DT; fi; fi; else bootz; fi;mmcdev=0mmcpart=1mmcroot=/dev/mmcblk0p2 rootwait rwnetargs=setenv bootargs console=${console},${baudrate} root=/dev/nfs ip=dhcp nfsroot=${serverip}:${nfsroot},v3,tcpnetboot=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=TFT43ABscript=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) 4.9.4GNU ld (Linaro_Binutils-2017.01) 2.24.0.20141017 Linaro 2014_11-3-git=>