ARM嵌入式設備Linux系統啟動(dòng)步驟和方式

　　1). 簡(jiǎn)介

　　本文簡(jiǎn)單介紹ARM嵌入式設備基于嵌入式Linux操作系統時(shí)候的啟動(dòng)步驟和啟動(dòng)方式, 區別與X86平臺，ARM平臺下并沒(méi)有一個(gè)標準的啟動(dòng)步驟，不同ARM SoC都會(huì )使用各自定義的boot ROM來(lái)實(shí)現啟動(dòng)過(guò)程，不過(guò)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(lái)介紹基于Freescale i.MX6 ARM嵌入式設備的啟動(dòng)步驟和方式。

　　2). 啟動(dòng)步驟

　　a). 電源上電,系統Reset。

　　b). CPU內部boot ROM讀取, strapping GPIO數值鎖定。

　　c). 根據strapping GPIO值和SoC 內部fuse設置確定用于啟動(dòng)的設備。

　　d). 從啟動(dòng)設備起始位置讀取用于配置DDR RAM和定位boot loader的配置信息。對于i.MX6平臺，則使用'image vector table (IVT)' 和 'device configuration data (DCD)' ，如果從NAND設備啟動(dòng)，則還包括 'boot control blocks (BCB)'。

　　e). DDR RAM被boot ROM初始化。

　　f). boot loader從啟動(dòng)設備復制到RAM執行，至此系統控制交由boot loader.也是從這里，一些定制代碼才可以在boot loader里面開(kāi)始執行。當然也有一些SoC是先將boot loader復制到SDRAM執行后再由boot loader來(lái)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(lái)繼續boot loader加載后的啟動(dòng)過(guò)程。

　　g). U-Boot從啟動(dòng)設備上面讀取環(huán)境變量，如果變量數據損壞或者不存在，則會(huì )提示'*** Warning - bad CRC, using default environment' ，然后加載默認初始設置.

　　h). U-Boot通過(guò)分析環(huán)境變量獲得kernel和rootfs存儲位置，以及所需的kernel command line

　　i). U-Boot 自動(dòng)檢測系統RAM和eMMC/Nand Flash容量和參數

　　j). U-Boot 設置以太網(wǎng)口MAC地址，并配置好硬件準備加載Linux kernel

　　k). U-Boot 加載Linux kernel到RAM，至此系統控制權則轉移到kernel來(lái)處理

　　l). 系統Kernel初始化Linux，加載rootfs，最后啟動(dòng)'init'來(lái)初始化Linux user space

　　3). 啟動(dòng)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(dòng)。通常情況下的基本模式

　　b). U-Boot位于eMMC，從eMMC啟動(dòng);而kernel和rootfs位于SD卡，從SD卡啟動(dòng)。常用于切換不同的kernel和rootfs版本

　　c). U-Boot位于eMMC，從eMMC啟動(dòng);而kernel從TFTP加載，rootfs從NFS加載。常用于kernel和application開(kāi)發(fā)調試階段

　　4). 不同啟動(dòng)方式演示

　　這里使用Toradex Apalis i.MX6Q 計算機模塊配合Apalis Eva 開(kāi)發(fā)載板來(lái)進(jìn)行測試，平臺基本的操作上手指南請見(jiàn)這里。

　　軟件使用Toradex官方發(fā)布的Linux V2.5beta3版本，請從這里下載。

　　a). 全部從eMMC啟動(dòng)

　　模塊默認的U-Boot設置即為全部從eMMC啟動(dòng)，開(kāi)機上電即可

　　b). Kernel和rootfs從SD卡啟動(dòng)

　　./ 準備SD卡：將SD卡(幾百MB容量以上,這里使用8GB)分為2個(gè)分區，第一個(gè)分區為FAT32格式，一般幾十MB即可，這里演示操作為1GB;另外一個(gè)分區為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 of 1 * 512 = 512 bytes

　　Sector size (logical/physical): 512 bytes / 512 bytes

　　I/O size (minimum/optimal): 512 bytes / 512 bytes

　　Disk identifier: 0x00000000

　　設備 啟動(dòng) 起點(diǎn) 終點(diǎn) 塊數 Id 系統

　　/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(dòng)SD卡

　　// 復制Linux image 壓縮包里面的kernel和device tree文件到FAT32分區

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　　$ cd .../Apalis_iMX6_LinuxImageV2.5/apalis-imx6_bin

　　$ cp uImage--3.14.28+gitr0632def1c9981e3974f724025f39b2c1588d8ee6-V2.5b3-apalis-imx6-20151215145612.bin /media/username/boot/uImage

　　$ cp uImage--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

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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(kāi)機上電進(jìn)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分區里面的命名一致

　　...

　　Apalis iMX6 # run sdboot

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　　./ 啟動(dòng)后就可以進(jìn)行正常的應用開(kāi)發(fā)測試了.

　　c). TFTP/NFS加載kernel/file system啟動(dòng)

　　./ 默認目標版系統和開(kāi)發(fā)主機已經(jīng)在同一局域網(wǎng)內并通過(guò)網(wǎng)內DHCP服務(wù)器自動(dòng)取得IP地址，如果需要手動(dòng)搭建DHCP服務(wù)器,請參考這里。

　　./ 配置TFTP Server

　　// 在Ubuntu 開(kāi)發(fā)主機通過(guò)下面命令建立TFTP Server

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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(guò)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(dòng),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TFTP Server文件夾

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　　$ cd .../Apalis_iMX6_LinuxImageV2.5/apalis-imx6_bin

　　$ sudo cp uImage--3.14.28+gitr0632def1c9981e3974f724025f39b2c1588d8ee6-V2.5b3-apalis-imx6-20151215145612.bin /var/lib/tftpboot/uImage

　　$ sudo cp uImage--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(kāi)發(fā)主機通過(guò)下面命令建立NFS Server

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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(kāi)發(fā)主機IP/Mask配置

　　/srv/nfs 10.20.1.111/24(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

　　//開(kāi)機上電進(jìn)入Uboot,修改如下參數

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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:on root=/dev/nfs nfsroot=10.20.1.111:/srv/nfs rw netdevwait’

　　// ip = 目標板IP:NFS Server IP:網(wǎng)關(guān):Mask

　　// 啟動(dòng)NFS boot

　　# run nfsboot

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　　5). 總結

　　由上可見(jiàn)，在A(yíng)RM平臺使用和開(kāi)發(fā)的時(shí)候可以靈活利用各種啟動(dòng)方式，提供更為方便和高效的開(kāi)發(fā)或使用過(guò)程。