【ARM-Linux開發】ARM嵌入式裝置Linux系統啟動步驟和方式

1). 簡介

本文簡單介紹ARM嵌入式裝置基于嵌入式Linux作業系統時候的啟動步驟和啟動方式, 差別與X86平台，ARM平台下并沒有一個标準的啟動步驟，不同ARM SoC都會使用各自定義的boot ROM來實作啟動過程，不過大體上面都包含有一些基本步驟。本文就基于Toradex ARM計算機子產品和配套載闆來介紹基于Freescale i.MX6 ARM嵌入式裝置的啟動步驟和方式。

2). 啟動步驟

a). 電源上電,系統Reset。

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

c). 根據strapping GPIO值和SoC 内部fuse設定确定用于啟動的裝置。

d). 從啟動裝置起始位置讀取用于配置DDR RAM和定位boot loader的配置資訊。對于i.MX6平台，則使用'image vector table (IVT)' 和 'device configuration data (DCD)' ，如果從NAND裝置啟動，則還包括 'boot control blocks (BCB)'。

e). DDR RAM被boot ROM初始化。

f). boot loader從啟動裝置複制到RAM執行，至此系統控制交由boot loader.也是從這裡，一些定制代碼才可以在boot loader裡面開始執行。當然也有一些SoC是先将boot loader複制到SDRAM執行後再由boot loader來初始化DDR RAM。

Toradex ARM核心闆使用定制化的U-boot作為boot loader，下面就基于此來繼續boot loader加載後的啟動過程。

g). U-Boot從啟動裝置上面讀取環境變量，如果變量資料損壞或者不存在，則會提示'*** Warning - bad CRC, using default environment' ，然後加載預設初始設定.

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

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

j). U-Boot 設定以太網口MAC位址，并配置好硬體準備加載Linux kernel

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

l). 系統Kernel初始化Linux，加載rootfs，最後啟動'init'來初始化Linux user space

3). 啟動方式

a). 預設方式, U-Boot, kernel和rootfs都位與子產品自帶的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開發調試階段

4). 不同啟動方式示範

這裡使用Toradex Apalis i.MX6Q 計算機子產品配合Apalis Eva 開發載闆來進行測試，平台基本的操作上手指南請見這裡。

軟體使用Toradex官方釋出的Linux V2.5beta3版本，請從這裡下載下傳。

a). 全部從eMMC啟動

子產品預設的U-Boot設定即為全部從eMMC啟動，開機上電即可

b). Kernel和rootfs從SD卡啟動

./ 準備SD卡：将SD卡(幾百MB容量以上,這裡使用8GB)分為2個分區，第一個分區為FAT32格式，一般幾十MB即可，這裡示範操作為1GB；另外一個分區為ext3格式，配置設定為剩下SD卡容量。

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$ sudo fdisk /dev/sdc

...

指令(輸入 m 擷取幫助)： 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

   裝置 啟動      起點          終點     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

./ 制作啟動SD卡

// 複制Linux image 壓縮包裡面的kernel和device tree檔案到FAT32分區

$ 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

// 複制Linux image 壓縮包裡面的rootfs檔案夾内容到ext3分區

$ cd .../Apalis_iMX6_LinuxImageV2.5

$ sudo cp -Ppr rootfs/* /media/simon/fs/

./ 将SD卡插入Apalis Eva載闆8-bit SD卡插槽, 開機上電進入uboot

Apalis iMX6 # printenv

fdt_file=imx6q-apalis-eval.dtb //確定device tree檔案和上面FAT32分區裡面的命名一緻

Apalis iMX6 # run sdboot

./ 啟動後就可以進行正常的應用開發測試了.

c). TFTP/NFS加載kernel/file system啟動

./ 預設目标版系統和開發主機已經在同一區域網路内并通過網内DHCP伺服器自動取得IP位址，如果需要手動搭建DHCP伺服器,請參考這裡。

./ 配置TFTP Server

// 在Ubuntu 開發主機通過下面指令建立TFTP Server

$ sudo apt-get install tftpd-hpa

$ sudo vi /etc/default/tftpd-hpa

//預設tftp server配置,也可以更換目錄,不過需要修改目錄group為”nogroup”

TFTP_USERNAME="tftp"

TFTP_DIRECTORY="/var/lib/tftpboot"

TFTP_ADDRESS="[::]:69"

TFTP_OPTIONS="--secure"

$ sudo service tftpd-hpa start

//如已經啟動,重新加載配置,則可運作

$ sudo service tftpd-hpa force-reload

// 複制kernel和device tree檔案到TFTP Server檔案夾

$ 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

./ 配置NFS Server

// 在Ubuntu 開發主機通過下面指令建立NFS Server

$ 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

// 複制rootfs檔案到NFS Server檔案夾

$ sudo cp -Ppr rootfs/* /srv/nfs/

./ 配置Apalis i.MX6目标系統

//開機上電進入Uboot,修改如下參數

# 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 = 目标闆IP:NFS Server IP:網關:Mask

// 啟動NFS boot

# run nfsboot