ARM嵌入式設(shè)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(shè)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(shè)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(nèi)部boot ROM讀取, strapping GPIO數(shù)值鎖定。

　　c). 根據(jù)strapping GPIO值和SoC 內(nèi)部fuse設(shè)置確定用于啟動的設(shè)備。

　　d). 從啟動設(shè)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(shè)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(shè)備復(fù)制到RAM執(zhí)行，至此系統(tǒng)控制交由boot loader.也是從這里，一些定制代碼才可以在boot loader里面開始執(zhí)行。當(dāng)然也有一些SoC是先將boot loader復(fù)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)boot loader加載后的啟動過程。

　　g). U-Boot從啟動設(shè)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(shè)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kernel command line

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

　　j). U-Boot 設(shè)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(tǒng)控制權(quán)則轉(zhuǎn)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Linux user 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(diào)試階段

　　4). 不同啟動方式演示

　　這里使用Toradex Apalis i.MX6Q 計算機模塊配合Apalis Eva 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Linux V2.5beta3版本，請從這里下載。

　　a). 全部從eMMC啟動

　　模塊默認的U-Boot設(shè)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 = 512 bytes

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

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

　　Disk identifier: 0x00000000

　　設(shè)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(fù)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

　　$ 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(fù)制Linux image 壓縮包里面的rootfs文件夾內(nèi)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(yīng)用開發(fā)測試了.

　　c). TFTP/NFS加載kernel/file system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(nèi)并通過網(wǎng)內(nèi)DHCP服務(wù)器自動取得IP地址，如果需要手動搭建DHCP服務(wù)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(fù)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 開發(fā)主機通過下面命令建立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(fù)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: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NFS boot

　　# run nfsboot

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　　5). 總結(jié)

　　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。