i.MX6ULL嵌入式Linux开发6-系统烧写到eMMC与遇到的坑!

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码农爱学习 发表于 2021/08/17 00:03:31 2021/08/17
【摘要】 本篇主要介绍了Linux移植的系统打包烧录的EMMC的方法,使用MfgTool工具,将uboot、linux kernel、.dtb和rootfs这4个文件烧写到板子的EMMC中。烧录过程中,发现了之前修改uboot配置时的一个问题,导致内核无法启动,修改后可以正常启动。另外,还修改开机启动文件,使得网络能够开机自动连接。

前进几篇文章,已经搞定了Linux移植三巨头:uboot、kernel(包含dtb)和rootfs,除了uboot是烧写在SD中的,其它的都是在ubuntu虚拟机的nfs服务器中,运行时必须通过网络将这些文件加载到开发板的内存中运行。

本篇就来研究,将这几个文件打包烧写到板子的eMMC中,实现嵌入式Linux系统的烧写,这样,在没有网络的情况下,板子也可以正常运行。系统烧写使用的是NXP官方的MfgTool工具,通过USB OTG口来烧写。

1 MfgTool介绍

MfgTool是NXP官方提供的用于烧写i.MX系列CPU的系统烧写工具,该软件需要在Windows环境下使用。

这是使用正点原子提供的已经下载好的NXP烧写工具:L4.1.15_2.0.0-ga_mfg-tools.tar.gz。

将软件包解压,里面还有2个.gz 压缩包,一个是带rootfs,一个是不带rootfs,我们是需要烧写文件系统的,所以选择 mfgtools-with-rootfs.tar.gz 这个压缩包,继续解压。

进入目录 mfgtools-with-rootfs\mfgtools 中, 在此目录下有几个文件夹和很多的.vbs 文件:

  • Profiles文件夹:要烧写的文件就放到这个文件夹中。

  • MfgTool2.exe:烧写软件,但不需要直接打开这个软件烧写。

  • 众多的.vbs 文件:烧写配置脚本,指定烧写的芯片和地址,烧写的时候通过双击这些.vbs文件来打开烧写工具。因为我的这块开发板是EMMC版本的,所以只需要关注mfgtool2-yocto-mx-evk-emmc.vbs这个vbs文件。

2 MfgTool烧写步骤

2.1 连接USB OTG

MfgTool是通过USB OTG接口将系统烧写进EMMC中的,我这块野火板子的OTG接口在板子右侧,使用USB线连接电脑(使用USB OTG连接时,需要先把SD卡拔出)。

2.2 切换拨码开关模式

将拨码开关拨到USB下载模式

拨码编号 NAND EMMC SD USB
1 0 0 0 1
2 1 1 1 0
3 1 0 0 x
4 0 1 0 x
5 0 1 1 x
6 1 0 0 x
7 0 1 0 x
8 0 0 1 x

连接电源,进入USB模式,连接成功后电脑右下角会有提示

2.3 系统烧写

双击“mfgtool2-yocto-mx-evk-emmc.vbs” ,出现如下窗口:

如果出现“符合HID标准的供应商定义设备”就说明连接正常,可以进行烧写。若硬件连接完毕,烧写文件也配置好了,点击Start按钮即可一键烧写。

3 MfgTool烧写原理

我们需要烧写uboot、kernel、.dtb 和 rootfs这四个文件,它们一起构成了linux系统。

进入如下的系统固件目录中:

L4.1.15_2.0.0-ga_mfg-tools/mfgtools-with-rootfs/mfgtools/Profiles/Linux/OS Firmware 

我们重点关注files、firmware这两个文件夹,以及ucl2.xml这个文件。

MfgTool烧写的工作过程主要分两个阶段

  • 第一阶段:MfgTool先通过USB OTG先将firmware目录uboot、kernel和.dtb这是三个文件下载到开发板的DDR内存中(注意不需要下载 rootfs),就相当于直接在开发板的内存上启动Linux系统。

  • 第二阶段:等Linux 系统启动以后(这时可以方便的完成对EMMC的格式化、分区等操作),再向EMMC中烧写完整的系统,包括files目录中的uboot、linux kernel、.dtb和rootfs这4个文件

3.1 firmeare文件夹

mfgtools/Profiles/Linux/OS Firmware/firmware文件夹里有很多NXP官方开发板使用的文件,包括.imx 结尾的uboot文件、一个zImage镜像文件、很多.dtb结尾的设备树文件,我们需要注意其中三个文件:

  • zImage:NXP官方I.MX6ULL EVK开发板的Linux镜像文件

  • u-boot-imx6ull14x14evk_emmc.imx:NXP官方I.MX6ULL EVK开发板的uboot文件

  • zImage-imx6ull-14x14-evk-emmc.dtb:NXP 官方I.MX6ULL EVK开发板的设备树

这3个文件即第一阶段需要烧写的文件,如果要烧写我们的系统,就要用自己编译的文件替换这3个文件。

3.2 files文件夹

mfgtools/Profiles/Linux/OS Firmware/files目录中的文件和firmware 目录中的基本差不多,这里就要注意下面4个文件

  • zImage:同上

  • u-boot-imx6ull14x14evk_emmc.imx:同上

  • zImage-imx6ull-14x14-evk-emmc.dtb:同上

  • rootfs_nogpu.tar.bz2根文件系统(nogpu表示不包含GPU的内容)

这4个文件即第二阶段需要烧写的文件,如果要烧写我们的系统,就要用自己编译的文件替换这4个文件。

3.3 ucl2.xml文件

mfgtools/Profiles/Linux/OS Firmware/ucl2.xml是一种XML格式的文件,用来指定files和firmware目录要烧写的uboot和设备树文件。

ucl2.xml 以 “<UCL>” 开始, 以 “</UCL>” 结束。 “<CFG>”和“</CFG>”之间是配置相关内容,“<LIST>”和“</LIST>”之间的是针对不同存储芯片的烧写命令。

ucl2.xml文件有600多行,这里抽取主干结构来看一个该文件的主要运行流程:

<UCL>
  <CFG>
    <!-- 判断向 I.MX 系列的哪个芯片烧写系统 --> 
    <STATE name="BootStrap" dev="MX6SL" vid="15A2" pid="0063"/>
    <!-- ...省略若干行参数配置 -->
  </CFG>
​
  <LIST name="SDCard" desc="Choose SD Card as media">
    <!-- 向 SD 卡烧写 Linux 系统 --> 
    <!-- ...省略若干行烧写配置 -->
  </LIST>
  <LIST name="eMMC" desc="Choose eMMC as media">
    <!-- [1]向 EMMC 烧写 uboot(.imx) -->
    <CMD state="BootStrap" type="boot" body="BootStrap" file ="firmware/u-boot-imx6ul%lite%%6uluboot%_emmc.imx" ifdev="MX6ULL">Loading U-boot</CMD>
    <!-- [2]向 EMMC 烧写 Kernel(zImage) -->
    <CMD state="BootStrap" type="load" file="firmware/zImage" address="0x80800000"
        loadSection="OTH" setSection="OTH" HasFlashHeader="FALSE" ifdev="MX6SL MX6SX MX7D MX6UL MX6ULL">Loading Kernel.</CMD>
    <!-- [3]向 EMMC 烧写 initramfs -->
    <CMD state="BootStrap" type="load" file="firmware/%initramfs%" address="0x83800000"
        loadSection="OTH" setSection="OTH" HasFlashHeader="FALSE" ifdev="MX6SL MX6SX MX7D MX6UL MX6ULL">Loading Initramfs.</CMD>
    <!-- [4]向 EMMC 烧写 device tree(.dtb) -->
    <CMD state="BootStrap" type="load" file="firmware/zImage-imx6ul%lite%-%6uldtb%-emmc.dtb" address="0x83000000"
        loadSection="OTH" setSection="OTH" HasFlashHeader="FALSE" ifdev="MX6ULL">Loading device tree.</CMD>
    <!-- ...省略若干行烧写配置 -->
      
    <!-- [5]跳转到系统镜像 -->
    <CMD state="BootStrap" type="jump" > Jumping to OS image. </CMD>
  </LIST>
​
  <!-- burn uboot only because spi-nor flash is small (4M). kernel is beyond 5M now -->
  <LIST name="Nor Flash" desc="Choose Nor flash as media">
    <!-- 向 Nor Flash 烧写 Linux 系统 -->
    <!-- ...省略若干行烧写配置 -->
  </LIST>
​
  <LIST name="Quad Nor Flash" desc="Choose Quad Nor flash as media">
    <!-- 向 Quad Nor Flash 烧写 Linux 系统 -->
    <!-- ...省略若干行烧写配置 -->
  </LIST>
  
  <!-- ...省略若干行其它存储位置的烧写 -->
</UCL>

ucl2.xml 首先会判断当前要向I.MX系列的哪个型号的芯片烧写系统:

通过读取芯片的VID和PID,即可判断要烧什么处理器的系统, 如VID=0X15A2,PID=0080,就表示要给I.MX6ULL烧写系统。

3.4 xxx.vbs文件

ucl2.xml文件中确定了要烧写的处理器型号以后,还要确定向什么存储设备烧写系统,这是在mfgtools/mfgtool2-yocto-mx-evk-emmc.vbs中配置,右键,用文本编辑器打开这个文件(不要双击哦):

Set wshShell = CreateObject("WScript.shell")
wshShell.run "mfgtool2.exe -c ""linux"" -l ""eMMC"" -s ""board=sabresd"" -s ""mmc=1"" -s ""6uluboot=14x14evk"" -s ""6uldtb=14x14-evk"""
Set wshShell = Nothing

注意“wshShell.run”这一行,调用了 mfgtool2.exe 这个软件,还给出了一堆的参数,包含“eMMC”字样,表示是向 EMMC 烧写系统


下面继续分析ucl2.xml文件中的烧写过程

前面说了烧写分两个阶段, 第一步是通过 USB OTG 向 DDR中下载系统,第二步才是正常的烧写。

根据当前是EMMC的板子,第1步烧写uboot的命令如下:

<CMD state="BootStrap" type="boot" body="BootStrap" file ="firmware/u-boot-imx6ul%lite%%6uluboot%_emmc.imx" ifdev="MX6ULL">Loading U-boot </CMD>  

file” 表示要下载的文件位置:

firmware/u-boot-imx6ul%lite%%6uluboot%_emmc.imx 

“%lite%”“%6uluboot%”分别表示取lite6uluboot的值, 那lite和6uluboot的值是多少呢?在cfg.ini文件中有定义。

3.5 cfg.ini文件

mfgtools/cfg.ini文件是一个配置文件,内容如下:

[profiles]
chip = Linux
​
[platform]
board = SabreSD
​
[LIST]
name = SDCard
​
[variable]
board = sabresd
mmc = 0
sxuboot=sabresd
sxdtb=sdb
7duboot=sabresd
7ddtb=sdb
6uluboot=14x14ddr3arm2
6uldtb=14x14-ddr3-arm2
6ulldtb=14x14-ddr3-arm2
ldo=
plus=
lite=l
initramfs=fsl-image-mfgtool-initramfs-imx_mfgtools.cpio.gz.u-boot
seek = 1
sxnor=qspi2
7dnor=qspi1
6ulnor=qspi1
nor_part=0

可以看到,lite=l,6uluboot=14x14evk。


继续分析ucl2.xml文件中的烧写过程,将lite和6uluboot的值代入以后,要烧写的uboot文件名就是:

firmware/u-boot-imx6ull14x14evk _emmc.imx

同样的方法将.dtb(设备树)和zImage都下载到DDR中以后就会跳转去运行OS,这个时候会在MfgTool工具中会有“Jumping to OS image”提示语句,ucl2.xml中的跳转命令如下:

<CMD state="BootStrap" type="jump" > Jumping to OS image. </CMD> 

启动Linux系统以后就可以在EMMC上创建分区,然后烧写uboot、zImage、.dtb(设备树)和根文件系统。

4 系统烧写实践

4.1 烧写NXP官方系统

因为我的板子是512MB的DDR3+8G的EMMC,与NXP官方开发板类似,可以先试着烧写NX官方的系统,熟悉烧写流程:

  • 拨码开关拨到USB模式,拔出SD卡,连接USB

  • 板子上电,连接串口(用于查看具体的下载信息)

  • 按下开发板复位按键。

  • 双击打开“mfgtool2-yocto-mx-evk-emmc.vbs” ,确认出现“符合 HID 标准的供应商定义设备”等字样,点击Start按钮。

注:烧录开始时,会弹出大容量存储器之类的窗口,并会出现短暂的No Device Connet的提示,不用理会。

注:官方的系统文件较大,烧录时间较长。另外,若烧录失败,串口也没打印信息,我刚开始就遇到了这种情况,然后我用野火提供的软件包(系统文件比较小,烧录在1分钟左右)烧录成功后,再回过头来继续烧录NXP官方的就有串口输出信息了。

我的板子烧录官方系统时,不知什么原因一直烧录不成功,如下图,因为用不到官方的系统,就先不管它,有时间再查。

4.2 烧写自己的系统

准备要烧写的文件:

  • 自己移植编译出来的uboot文件:u-boot.imx(位于u-boot源码主目录中)

  • 自己移植编译出来的zImage镜像文件(位于Kernel源码的arch/arm/boot目录中)和开发板对应的.dtb(设备树)mx6ull-myboard.dtb(位于Kernel源码的arch/arm/boot/dts目录中)

  • 自己构建的根文件系统rootfs

    rootfs需要先打包成rootfs.tar.bz2,进入Ubuntu中的nfs目录下的rootfs目录,使用tar命令打包:

    cd rootfs/ 
    tar -vcjf rootfs.tar.bz2 * 

将这4个文件复制到Windows系统中准备烧录。

总结一下要准备的文件,如下图:

烧写时,这里有两种修改方式进行烧写,一种是将自己的4个文件按照NXP官方的文件进行重命名,并替换掉官网的文件,即可直接烧录。另一种是改造MfgTool烧写工具,使得该烧写工具能够兼容自己板子的文件名。因为第2种修改比较麻烦,先使用第1种简单的方式进行烧写,只需要修改文件名即可。

需要替换的名称为:

原名称 修改替换的名称
u-boot.imx u-boot-imx6ull14x14evk_emmc.imx
zImage zImage(不需要重命名)
imx6ull-myboard.dtb zImage-imx6ull-14x14-evk-emmc.dtb
rootfs.tar.bz2 rootfs_nogpu.tar.bz2

点击Start开始烧写,等待烧写完成:

烧录完,点击Stop退出即可。

然后切换板子为EMMC启动,复位重启开发板,正常情况下应该就可以看到烧录的系统正常启动了。

但是,我这里出现了一点小差错。

4.3 解决内核无法启动的错误

在烧录完系统,切换到EMMC启动时,我板子的内核没有运行起来,提示“MMC:no card present”的错误:


好像是EMMC没有找到,就无法启动内核。

网上查找相关问题,根据这篇:https://blog.csdn.net/qq_43605009/article/details/113646312的描述,应该是uboot的里一个配置项搞错了,就是这里:

我们的defconfig配置文件中,第一行最后那个不需要改,要改回默认的MX6ULL_EVK_EMMC_REWORK,改完,重新编译uboot生成u-boot.imx,再次进行烧录就能正常启动内核了。(这里的MX6ULL_EVK_EMMC_REWORK的具体作用我还没搞明白,有时间再研究)

正常启动后,就可以看到和之前使用nfs网络方式启动一样的效果了:

4.4 解决网络没有启动的问题

板子插上网线,使用ifconfig命令查看网络信息,发现没有连接网络,这是因为板子的网络功能没有打开。之前使用nfs挂载根文件系统的时候因为要使用nfs服务,Linux内核会打开eth0这个网卡,现在我们不使用nfs挂载根文件系统, Linux内核就没有自动打开eth 网卡。

我们可以手动打开,以打开eth1网卡为例,输入如下命令打开 eth1:

ifconfig eth1 up 

然后可以为板子分配IP:

ifconfig eth1 192.168.5.108 netmask 255.255.255.0   //设置 IP 地址和子网掩码 
route add default gw 192.168.5.1        //添加默认网关

目前这种手动修改的方式,每次开机以后就没有了,还需要重新设置。可以将设置网卡IP地址的命令添加到/etc/init.d/rcS开机启动文件中,添加如下内容:

#config eth1
ifconfig eth1 up 
ifconfig eth1 192.168.5.108 netmask 255.255.255.0 
route add default gw 192.168.5.1 

然后保存,reboot命令重启开发板,重启后就自动连上网了。


5 总结

本篇主要介绍了Linux移植的系统打包烧录的EMMC的方法,使用MfgTool工具,将uboot、linux kernel、.dtb和rootfs这4个文件烧写到板子的EMMC中。烧录过程中,发现了之前修改uboot配置时的一个问题,导致内核无法启动,修改后可以正常启动。另外,还修改开机启动文件,使得网络能够开机自动连接。

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