ARM嵌入式設備Linux系統(tǒng)啟動步驟和方式
1). 簡介
本文簡單介紹ARM嵌入式設備基于嵌入式Linux操作系統(tǒng)時候的啟動步驟和啟動方式, 區(qū)別與X86平臺，ARM平臺下并沒有一個標準的啟動步驟，不同ARM SoC都會使用各自定義的boot ROM來實現(xiàn)啟動過程，不過大體上面都包含有一些基本步驟。本文就基于Toradex ARM計算機模塊和配套載板來介紹基于Freescale i.MX6 ARM嵌入式設備的啟動步驟和方式。
2). 啟動步驟
a). 電源上電,系統(tǒng)Reset。
b). CPU內部boot ROM讀取, strappingGPIO數(shù)值鎖定。
c). 根據(jù)strapping GPIO值和SoC 內部fuse設置確定用于啟動的設備。
d). 從啟動設備起始位置讀取用于配置DDRRAM和定位boot loader的配置信息。對于i.MX6平臺，則使用'image vector table (IVT)' 和 'deviceconfiguration data (DCD)' ，如果從NAND設備啟動，則還包括 'boot control blocks (BCB)'。
e). DDR RAM被boot ROM初始化。
f). boot loader從啟動設備復制到RAM執(zhí)行，至此系統(tǒng)控制交由bootloader.也是從這里，一些定制代碼才可以在boot loader里面開始執(zhí)行。當然也有一些SoC是先將boot loader復制到SDRAM執(zhí)行后再由boot loader來初始化DDR RAM。
Toradex ARM核心板使用定制化的U-boot作為boot loader，下面就基于此來繼續(xù)bootloader加載后的啟動過程。
g). U-Boot從啟動設備上面讀取環(huán)境變量，如果變量數(shù)據(jù)損壞或者不存在，則會提示'*** Warning - bad CRC, using default environment' ，然后加載默認初始設置.
h). U-Boot通過分析環(huán)境變量獲得kernel和rootfs存儲位置，以及所需的kernelcommand line
i). U-Boot 自動檢測系統(tǒng)RAM和eMMC/NandFlash容量和參數(shù)
j). U-Boot 設置以太網(wǎng)口MAC地址，并配置好硬件準備加載Linuxkernel
k). U-Boot 加載Linux kernel到RAM，至此系統(tǒng)控制權則轉移到kernel來處理
l). 系統(tǒng)Kernel初始化Linux，加載rootfs，最后啟動'init'來初始化Linuxuser space
3). 啟動方式
a). 默認方式, U-Boot, kernel和rootfs都位與模塊自帶的eMMC上，全部從eMMC啟動。通常情況下的基本模式
b). U-Boot位于eMMC，從eMMC啟動；而kernel和rootfs位于SD卡，從SD卡啟動。常用于切換不同的kernel和rootfs版本
c). U-Boot位于eMMC，從eMMC啟動；而kernel從TFTP加載，rootfs從NFS加載。常用于kernel和application開發(fā)調試階段
4). 不同啟動方式演示
這里使用ToradexApalis i.MX6Q計算機模塊配合ApalisEva 開發(fā)載板來進行測試，平臺基本的操作上手指南請見這里。
軟件使用Toradex官方發(fā)布的LinuxV2.5beta3版本，請從這里下載。
a). 全部從eMMC啟動
模塊默認的U-Boot設置即為全部從eMMC啟動，開機上電即可
b). Kernel和rootfs從SD卡啟動
./ 準備SD卡：將SD卡(幾百MB容量以上,這里使用8GB)分為2個分區(qū)，第一個分區(qū)為FAT32格式，一般幾十MB即可，這里演示操作為1GB；另外一個分區(qū)為ext3格式，分配為剩下SD卡容量。
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$ sudo fdisk /dev/sdc
...
命令(輸入 m 獲取幫助)： p
Disk /dev/sdc: 7744 MB, 7744782336 bytes
255 heads, 63 sectors/track, 941 cylinders,total 15126528 sectors
Units = 扇區(qū) of 1 * 512 = 512bytes
Sector size (logical/physical): 512 bytes /512 bytes
I/O size (minimum/optimal): 512 bytes / 512bytes
Disk identifier: 0x00000000
設備啟動 起點 終點 塊數(shù) Id 系統(tǒng)
/dev/sdc1 2048 2099199 1048576 c W95 FAT32 (LBA)
/dev/sdc2 2099200 15126527 6513664 83 Linux
$ sudo mkfs.vfat -F 32 -n boot /dev/sdc1
$ sudo mkfs.ext3 -L fs /dev/sdc2
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./ 制作啟動SD卡
// 復制Linux image 壓縮包里面的kernel和device tree文件到FAT32分區(qū)
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$ cd.../Apalis_iMX6_LinuxImageV2.5/apalis-imx6_bin
$ cpuImage--3.14.28+gitr0632def1c9981e3974f724025f39b2c1588d8ee6-V2.5b3-apalis-imx6-20151215145612.bin/media/username/boot/uImage
$ cpuImage--3.14.28+gitr0632def1c9981e3974f724025f39b2c1588d8ee6-V2.5b3-imx6q-apalis-eval-20151215145612.dtb/media/simon/boot/imx6q-apalis-eval.dtb
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// 復制Linux image 壓縮包里面的rootfs文件夾內容到ext3分區(qū)
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$ cd .../Apalis_iMX6_LinuxImageV2.5
$ sudo cp -Ppr rootfs/* /media/simon/fs/
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./ 將SD卡插入Apalis Eva載板8-bit SD卡插槽, 開機上電進入uboot
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Apalis iMX6 # printenv
...
fdt_file=imx6q-apalis-eval.dtb //確保device tree文件和上面FAT32分區(qū)里面的命名一致
...
Apalis iMX6 # run sdboot
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./ 啟動后就可以進行正常的應用開發(fā)測試了.
c).TFTP/NFS加載kernel/filesystem啟動
./ 默認目標版系統(tǒng)和開發(fā)主機已經(jīng)在同一局域網(wǎng)內并通過網(wǎng)內DHCP服務器自動取得IP地址，如果需要手動搭建DHCP服務器,請參考這里。
./ 配置TFTP Server
// 在Ubuntu 開發(fā)主機通過下面命令建立TFTPServer
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$ sudo apt-get install tftpd-hpa
$ sudo vi /etc/default/tftpd-hpa
//默認tftp server配置,也可以更換目錄,不過需要修改目錄group為”nogroup”
$ sudo vi /etc/default/tftpd-hpa
TFTP_USERNAME="tftp"
TFTP_DIRECTORY="/var/lib/tftpboot"
TFTP_ADDRESS="[::]:69"
TFTP_OPTIONS="--secure"
$ sudo service tftpd-hpa start
//如已經(jīng)啟動,重新加載配置,則可運行
$ sudo service tftpd-hpa force-reload
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// 復制kernel和device tree文件到TFTPServer文件夾
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$ cd .../Apalis_iMX6_LinuxImageV2.5/apalis-imx6_bin
$ sudo cpuImage--3.14.28+gitr0632def1c9981e3974f724025f39b2c1588d8ee6-V2.5b3-apalis-imx6-20151215145612.bin/var/lib/tftpboot/uImage
$ sudo cpuImage--3.14.28+gitr0632def1c9981e3974f724025f39b2c1588d8ee6-V2.5b3-imx6q-apalis-eval-20151215145612.dtb/var/lib/tftpboot/imx6q-apalis-eval.dtb
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./ 配置NFS Server
// 在Ubuntu 開發(fā)主機通過下面命令建立NFSServer
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$ sudo apt-get install nfs-kernel-server
$ sudo vi /etc/exports
//增加下面NFS配置, ‘10.20.1.111/24’為開發(fā)主機IP/Mask配置
/srv/nfs10.20.1.111/24(no_root_squash,no_subtree_check,rw,fsid=root)
$ sudo service nfs-kernel-server restart
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// 復制rootfs文件到NFS Server文件夾
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$ cd .../Apalis_iMX6_LinuxImageV2.5
$ sudo cp -Ppr rootfs/* /srv/nfs/
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./ 配置Apalis i.MX6目標系統(tǒng)
//開機上電進入Uboot,修改如下參數(shù)
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# setenv serverip ‘10.20.1.111’ //TFTP Server IP
# setenv nfsargs ‘ip=10.20.1.115:10.20.1.111:10.20.1.1:255.255.255.0::eth0:onroot=/dev/nfs nfsroot=10.20.1.111:/srv/nfs rw netdevwait’
// ip = 目標板IP:NFS Server IP:網(wǎng)關:Mask
// 啟動NFS boot
# run nfsboot
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5). 總結
由上可見，在ARM平臺使用和開發(fā)的時候可以靈活利用各種啟動方式，提供更為方便和高效的開發(fā)或使用過程。
參考文檔
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