Freescale Layerscape 嵌入式系统构建笔记

索引

• 目标
• 系统硬件组成
• 启动流程
• 环境搭建
• u-boot 移植
• Kernel移植
• 文件系统移植

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目标

研究Freescale Layerscape CPU启动流程， 根据硬件组成修改U-Boot并移植，研究BSP，最终修改Kernel并移植文件系统

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系统硬件组成

以Freescale Layerscape LS2080A 为例，Freescale同样提供了LS2080ARDB开发板作为硬件设计和调试开发板。
LS2080A CPU组成：

LS2080A-BLOCK-DIAGRAM.jpg

内部集成8核ARM A57架构CPU。

RDB板结构：

LS2080A-RDB-BD.jpg

在RDB板中，系统集成了NOR FLASH与NAND FLASH 与 8GB DDR4，主要的启动代码如U-Boot将会存放在Nor Flash中。

关键地址分配：

memmap-1.jpg
memmap-2.jpg memmap-3.jpg

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启动流程

1. CPU上电
2. CPU POR
3. 根据RCW初始化芯片内关键模块和时钟
4. CPU 从零地址读取指令， 根据Memory Map， 零地址是芯片内部Boot ROM，称为
   IBR(Internal boot ROM)，属于pre-bootloader阶段，完成后将CPU从
   NOR/NAND/SD/SPI中启动bootloader(U-Boot)，也就是将地址从
   0x0000_0000_0000跳转到0x0005_1000_0000的IFC域中去
5. U-Boot初始化高级外设，加载Kernel

环境搭建

• 准备linux环境，此处用的是：

  linux-mint-17.3 Cinnamon 64-bit 2.8.6

• 如果需要用到最新U-Boot支持的图形化配置属性，安装ncruses库

    sudo apt-get install libncurses-dev
  

  不同平台安装名称与方式不同

• 安装git

• 下载U-Boot

  git clone git://git.denx.de/u-boot.git

• 下载交叉编译器，LS2080A需要用ARMv8编译器

  直接下载
  http://releases.linaro.org/14.08/components/toolchain/binaries/

• 解压缩交叉编译器

  tar -xjvf gcc-linaro-aarch64-linux-gnu-4.9-2014.08_linux.tar.bz2

• 安装dtc(device tree compiler)

  • 下载

  git clone https://git.kernel.org/pub/scm/utils/dtc/dtc.git

  • 编译

  export ARCH=''
  make dtc
  make

  • 设置dtc环境变量

  export PATH=$PATH:/path/to/dtc

• 配置u-boot编译器相关：

  • 设置ARCH

    export ARCH='arm64'

  • 设置CROSS_COMPILE：

    export CROSS_COMPILE='aarch64-linux-gnu-'

  • 设置交叉编译器地址

    export PATH=$PATH:/abs_path/gcc-linaro..._linux/bin/

• 编译命令

  • clean命令

    make mrproper

  • 配置目标

    make ls2080ardb_defconfig

  • 编译

    make

  • 图形化配置*

    make menuconfig

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u-boot 介绍(2016.07 -rc3)

！u-boot根目录下的README对u-boot的一些简介和指南。
u-boot 的更新速度很快，不同版本的u-boot结构有可能会发生变化，同时不同厂商会提供u-boot以增加对其硬件的支持， 本次使用的板子是freescale 的LS2080ARDB板，在2016.07-rc3中的u-boot已经添加了对其的支持，直接编译下载即可，为了增加难度，会创建一个新的板子，并完成移植。

• u-boot结构（加粗为需要修改的地方）

名称	说明
arch	CPU结构，支持PPC， ARM，MIPS，AVR32等众多CPU
api	与CPU相关的一些API
arch	与CPU相关的一些API
board	存放开发板的相关文件
common	MISC体系下独立功能
configs	板级相关的配置文件
disk	磁盘驱动
doc	文档
drivers	常用设备驱动
dts	设备树
examples	独立程序的一些例程
fs	文件系统，支持cramfs, ext2, jffs2等
include	头文件，各种硬件的支持文件
lib	所有架构公用的一些库文件
net	网络协议相关
post	上电自检
scripts	脚本与makefile文件
test	测试文件
tools	编译u-boot的工具

• 板级初始化

一般而言会首先执行CPU相关的start.S文件，一般存放在 arch下面，如arch/arm/cpu/armv8/start.S
在这一级初始化过程中会执行如lowlevel_init等CPU相关的底层初始化。

• 板级配置文件

与板子相关的配置文件存放在：

include/configs/<board_name>.h
board/<vender>/<board_name>/

在这些文件中将会定义一些板子的配置，如CPU类型，板子类型，时钟，系统启动选项等。

u-boot浅析

在2011年以后u-boot的启动方式分为了两种流程，SPL与U-Boot常规模式，二者遵循同样的规则，但是代码流程二者几乎独立，通过宏定义

   CONFIG_SPL_FRAMEWORK

来区分。

1. 启动入口位于

arch/arm/cpu/armv8/start.S中，完成了：
i. cpu reset, 包括IRQ/FIQ/EA等
ii. jump to lowlevel_init完成对应处理器相关的操作，armv8下式完成GIC的初始化
iii. jump to main
此时C语言环境尚无初始化，没有堆栈可用，也不能使用SoC中的片内外设

• 跳转到arch/arm/lib/crt0_64.S， 完成了：
  i. 初始化C语言环境，栈和全局数据，部分的RAM
  ii. 调用board_init_f() ，初始化RAM等
  此时已经完成了全局数据与栈的初始化，但是BSS尚不能用，无法使用全局/静态变量区
  iii.跳转到board_init_r()

• 跳转到common/board_r.c的board_init_r()中
  i. 之后程序会根据init_sequence_r完成初始化
  ii. 最终run_main_loop
  iii. 例如ls2080axxx.c中定义了checkboard()
  iv. 在 common\board_info.c中封装为show_board_info(void)
  v. 而show_board_info()则在init_sequence_r中被注册
  vi. 最终会在在board_init_r的循环中被执行。

• 也就是说，u-boot前期完成了CPU相关的底层初始化和基本的C语言环境初始化，随后初始化过程都在init_sequence_f[]中声明，并在board_init_r中的：
  for (i = 0; i < ARRAY_SIZE(init_sequence_r); i++)
  init_sequence_r[i] += gd->reloc_off;
  所调用.

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u-boot 修改与移植

假设我们新设计了一个板子，板子是根据RDB板修改而来，起名为LS2080AXXX

1. 复制defconfig文件，创建自己的defconfig文件
   cp configs/ls2080ardb_defconfig configs/ls2080axxx_defconfig

2. 修改ls2080axxx_defconfig，指明新的板名
   修改CONFIG_TARGET_LS2080ARDB=y 为 CONFIG_TARGET_LS2080AXXX=y

3. 在boards下创建板级配置文件
   cp -r board/freescale/ls2080ardb board/freescale/ls2080axxx

4. board/freescale/ls2080axxx 下存放的是板子相关代码，根据板子的差异进行修改
   ，这里把所有rdb相关的文件和名称全部修改为xxx

5. 修改board/freescale/ls2080axxx/Kconfig
   修改 if TARGET_LS2080ARDB 为 if TARGET_LS2080AXXX
   修改 SYS_BOARD 内容为 ls2080axxx
   如果SYS_VENDOR内容被修改为abcde，那么文件路径应该都是 board/abced/....
   修改SYS_CONFIG_NAME为ls2080axxx

• 修改board/freescale/ls2080axxx/Makefile
  修改ls2080ardb 为 ls2080axxx

• 创建include下头文件
  cp include/configs/ls2080ardb.h include/configs/ls2080axxx.h
  在头文件中添加: #define CONFIG_LS2080AXXX

• 修改arch下编译配置文件
  vim arch/arm/Kconfig

• Kconfig中添加内容

   config TARGET_LS2080AXXX
      bool "Support ls2080axxx"
      select ARM64
      select ARMV8_MULTIENTRY
      select SUPPORT_SPL
      help 
         ls2080axxx

文件后部添加
source "board/freescale/ls2080axxx/Kconfig"
指明板子配置文件

10. 编译
    指明编译器类型，如上一章所述
    make mrproper
    make ls2080axxx_defconfig
    make

11. 编译后的u-boot.bin烧写到flash相关位置即可，烧写地址和板子的设计与CPU启动相关

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u-boot 烧写

• LS2080ARDB NOR FLASH 空间分配

名称	当前BANK	第二BANK
MC	0x580300000	0x584300000
DPL	0x580700000	0x584700000
DPC	0x580800000	0x584800000
AIOP	0x580900000	0x584900000
PHY	0x581000000	0x585000000
u-boot	0x580100000	0x584100000
RCW	0x580000000	0x584000000

两个BANK都可以存放启动代码，可以将用户代码存放在第二BANK中，这样并不会破坏默认BANK中的内容，方便调试，想要启动第二BANK内容的代码，需要在启动默认BANK的u-boot后再敲命令：

qixis_reset altbank

• 烧写u-boot
• 使用Tera Term通过串口连接RDB板
• 默认u-boot后中断autoboot
• 输入载入内存命令
  loady 81000000
• 打开xmodem, 发送u-boot.bin
• 传输完成后架设大小为0x227b28
• 输入擦除flash命令
  erase 584100000 227b28
• 输入拷贝命令
  cp.b 81000000 584100000 227b28
• 输入重启到第二BANK指令
  qixis_reset altbank

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Linux Kernel

TBD..