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Linux系统移植篇4:STM32MP1微处理器之Bootloader移植

华清远见IT开放实验室 2021-08-27 10:59:57

BootLoader(Uboot)移植

实验原理

概念

简单地说,Bootloader就是在操作系统内核运行之前运行的一段程序,它类似于PC机中的BIOS程序。通过这段程序,可以完成硬件设备的初始化,并建立内存空间的映射图的功能,从而将系统的软硬件环境带到一个合适的状态,为最终调用系统内核做好准备。

通常,Bootloader是严重地依赖于硬件实现的,特别是在嵌入式中。因此,在嵌入式世界里建立一个通用的Bootloader几乎是不可能的。尽管如此,仍然可以对Bootloader归纳出一些通用的概念来指导用户特定的Bootloader设计与实现。

(1)Bootloader所支持的CPU和嵌入式开发板

每种不同的CPU体系结构都有不同的Bootloader。有些Bootloader也支持多种体系结构的CPU,如后面要介绍的U-Boot就同时支持ARM体系结构和MIPS体系结构。除了依赖于CPU的体系结构外,Bootloader实际上也依赖于具体的嵌入式板级设备的配置。

(2)Bootloader的安装媒介

系统加电或复位后,所有的CPU通常都从某个由CPU制造商预先安排的地址上取指令。而基于CPU构建的嵌入式系统通常都有某种类型的固态存储设备(比如ROM、EEPROM或FLASH等)被映射到这个预先安排的地址上。因此在系统加电后,CPU将首先执行Bootloader程序。

(3)Bootloader的启动过程分为单阶段和多阶段两种。通常多阶段的Bootloader能提供更为复杂的功能,以及更好的可移植性。

(4)Bootloader的操作模式。大多数Bootloader都包含两种不同的操作模式:“启动加载”模式和“下载”模式,这种区别仅对于开发人员才有意义。

• 启动加载模式:这种模式也称为“自主”模式。也就是Bootloader从目标机上的某个固态存储设备上将操作系统加载到RAM中运行,整个过程并没有用户的介入。这种模式是嵌入式产品发布时的通用模式。

• 下载模式:在这种模式下,目标机上的Bootloader将通过串口连接或网络连接等通信手段从主机(Host)下载文件,比如:下载内核映像和根文件系统映像等。从主机下载的文件通常首先被Bootloader保存到目标机的RAM中,然后再被Bootloader写到目标机上的FLASH类固态存储设备中。Bootloader的这种模系统是在更新时使用。工作于这种模式下的Bootloader通常都会向它的终端用户提供一个简单的命令行接口。

(5)Bootloader与主机之间进行文件传输所用的通信设备及协议,最常见的情况就是,目标机上的Bootloader通过串口与主机之间进行文件传输,传输协议通常是xmodem/ ymodem/zmodem协议中的一种。但是,串口传输的速度是有限的,因此通过以太网连接并借助TFTP协议来下载文件是个更好的选择。

Bootloader启动流程

Bootloader的启动流程一般分为两个阶段:stage1和stage2,下面分别对这两个阶段进行讲解:

(1)Bootloader的stage1

在stage1中Bootloader主要完成以下工作。

• 基本的硬件初始化,包括屏蔽所有的中断、设置CPU的速度和时钟频率、RAM初始化、初始化LED、关闭CPU内部指令和数据cache灯。

• 为加载stage2准备RAM空间,通常为了获得更快的执行速度,通常把stage2加载到RAM空间中来执行,因此必须为加载Bootloader的stage2准备好一段可用的RAM空间范围。

• 拷贝stage2到RAM中,在这里要确定两点:①stage2的可执行映像在固态存储设备的存放起始地址和终止地址;②RAM空间的起始地址。

• 设置堆栈指针sp,这是为执行stage2的C语言代码做好准备。

(2)Bootloader的stage2

在stage2中Bootloader主要完成以下工作。

• 用汇编语言跳转到main入口函数

由于stage2的代码通常用C语言来实现,目的是实现更复杂的功能和取得更好的代码可读性和可移植性。但是与普通C语言应用程序不同的是,在编译和链接Bootloader这样的程序时,不能使用glibc库中的任何支持函数。

• 初始化本阶段要使用到的硬件设备,包括初始化串口、初始化计时器等。在初始化这些设备之前、可以输出一些打印信息。

• 检测系统的内存映射,所谓内存映射就是指在整个4GB物理地址空间中有指出哪些地址范围被分配用来寻址系统的RAM单元。

• 加载内核映像和根文件系统映像,这里包括规划内存占用的布局和从Flash上拷贝数据。

• 设置内核的启动参数。

Bootloader的种类

嵌入式系统世界已经有各种各样的Bootloader,种类划分也有多种方式。除了按照处理器体系结构不同划分以外,还有功能复杂程度的不同。

首先区分一下“Bootloader”和“Monitor”的概念。严格来说,“Bootloader”只是引导设备并且执行主程序的固件;而“Monitor”还提供了更多的命令行接口,可以进行调试、读写内存、烧写Flash、配置环境变量等。“Monitor”在嵌入式系统开发过程中可以提供很好的调试功能,开发完成以后,就完全设置成了一个“Bootloader”。所以,习惯上大家把它们统称为Bootloader。

下表列出了Linux的开放源码引导程序及其支持的体系结构。表中给出了X86、ARM、PowerPC体系结构的常用引导程序,并且注明了每一种引导程序是不是“Monitor”。

Bootloader

Monitor

描 述

X86

ARM

PowerPC

LILO

Linux磁盘引导程序

GRUB

GNU的LILO替代程序

Loadlin

从DOS引导Linux

ROLO

从ROM引导Linux而不需要BIOS

Etherboot

通过以太网卡启动Linux系统的固件

LinuxBIOS

完全替代BUIS的Linux引导程序

BLOB

LART等硬件平台的引导程序

U-Boot

通用引导程序

RedBoot

基于eCos的引导程序

对于每种体系结构,都有一系列开放源码Bootloader可以选用。

(1)X86

X86的工作站和服务器上一般使用LILO和GRUB。LILO是Linux发行版主流的Bootloader。不过Redhat Linux发行版已经使用了GRUB,GRUB比LILO有更友好的显示接口,使用配置也更加灵活方便。

在某些X86嵌入式单板机或者特殊设备上,会采用其他的Bootloader,如ROLO。这些Bootloader可以取代BIOS的功能,能够从Flash中直接引导Linux启动。现在ROLO支持的开发板已经并入U-Boot,所以U-Boot也可以支持X86平台。

(2)ARM

ARM处理器的芯片商很多,所以每种芯片的开发板都有自己的Bootloader。结果ARM Bootloader也变得多种多样。最早有为ARM720处理器的开发板的固件,又有了armboot,StrongARM平台的BLOB,还有S3C2410处理器开发板上的vivi等。现在armboot已经并入了U-Boot,所以U-Boot也支持ARM/XSCALE平台。U-Boot已经成为ARM平台事实上的标准Bootloader。

(3)PowerPC

PowerPC平台的处理器有标准的Bootloader,就是PPCBOOT。PPCBOOT在合并armboot等之后,创建了U-Boot,成为各种体系结构开发板的通用引导程序。U-Boot仍然是PowerPC平台的主要Bootloader。

(4)MIPS

MIPS公司开发的YAMON是标准的Bootloader,也有许多MIPS芯片商为自己的开发板写了Bootloader。现在,U-Boot也已经支持MIPS平台。

(5)SH

SH平台的标准Bootloader是sh-boot。RedBoot在这种平台上也很好用。

(6)M68K

M68K平台没有标准的Bootloader。RedBoot能够支持M68K系列的系统。

值得说明的是RedBoot,它几乎能够支持所有的体系结构,包括MIPS、SH、M68K等。RedBoot是以eCos为基础,采用GPL许可的开源软件工程。现在由core eCos的开发人员维护,源码下载网站是
http://www.ecoscentric.com/snapshots。RedBoot的文档也相当完善,有详细的使用手册《RedBoot User’s Guide》。

U-Boot概述

U-Boot(UniversalBootloader),是遵循GPL条款的开放源码项目。它是从FADSROM、8xxROM、PPCBOOT逐步发展演化而来。其源码目录、编译形式与Linux内核很相似,事实上,不少U-Boot源码就是相应的Linux内核源程序的简化,尤其是一些设备的驱动程序,这从U-Boot源码的注释中能体现这一点。但是U-Boot不仅仅支持嵌入式Linux系统的引导,而且还支持NetBSD、VxWorks、QNX、RTEMS、ARTOS、LynxOS嵌入式操作系统。其目前要支持的目标操作系统是OpenBSD、NetBSD、FreeBSD、4.4BSD、Linux、SVR4、Esix、Solaris、Irix、SCO、Dell、NCR、VxWorks,LynxOS、pSOS、QNX、RTEMS、ARTOS。这是U-Boot中Universal的一层含义,另外一层含义则是U-Boot除了支持PowerPC系列的处理器外,还能支持MIPS、x86、ARM、NIOS、XScale等诸多常用系列的处理器。这两个特点正是U-Boot项目的开发目标,即支持尽可能多的嵌入式处理器和嵌入式操作系统。就目前为止,U-Boot对PowerPC系列处理器支持最为丰富,对Linux的支持最完善。

U-Boot的特点如下。

• 开放源码;

• 支持多种嵌入式操作系统内核,如Linux、NetBSD、VxWorks、QNX、RTEMS、ARTOS、LynxOS;

• 支持多个处理器系列,如PowerPC、ARM、x86、MIPS、XScale;

• 较高的可靠性和稳定性;

• 高度灵活的功能设置,适合U-Boot调试,操作系统不同引导要求,产品发布等;

• 丰富的设备驱动源码,如串口、以太网、SDRAM、FLASH、LCD、NVRAM、EEPROM、RTC、键盘等;

• 较为丰富的开发调试文档与强大的网络技术支持。

U-Boot可支持的主要功能列表。

• 系统引导:支持NFS挂载、RAMDISK(压缩或非压缩)形式的根文件系统。支持NFS挂载,并从FLASH中引导压缩或非压缩系统内核。

• 基本辅助功能:强大的操作系统接口功能;可灵活设置、传递多个关键参数给操作系统,适合系统在不同开发阶段的调试要求与产品发布,尤其对Linux支持最为强劲;支持目标板环境参数多种存储方式,如FLASH、NVRAM、EEPROM;CRC32校验,可校验FLASH中内核、RAMDISK镜像文件是否完好。

• 设备驱动:串口、SDRAM、FLASH、以太网、LCD、NVRAM、EEPROM、键盘、USB、PCMCIA、PCI、RTC等驱动支持。

• 上电自检功能:SDRAM、FLASH大小自动检测;SDRAM故障检测;CPU型号。

• 特殊功能:XIP内核引导。

U-Boot的常用命令

U-Boot上电启动后,按任意键可以退出自动启动状态,进入命令行。

U-Boot 2020.01-stm32mp-r1 (Aug 05 2020 - 05:32:37 +0000)

CPU: STM32MP157AAA Rev.B

Model: HQYJ FS-MP1A Discovery Board

Board: stm32mp1 in trusted mode (st,stm32mp157a-fsmp1a)

DRAM: 512 MiB

Clocks:

- MPU : 650 MHz

- MCU : 208.878 MHz

- AXI : 266.500 MHz

- PER : 24 MHz

- DDR : 533 MHz

WDT: Started with servicing (32s timeout)

NAND: 0 MiB

MMC: STM32 SD/MMC: 0, STM32 SD/MMC: 1

Loading Environment from MMC... OK

In: serial

Out: serial

Err: serial

Net: eth0: ethernet@5800a000

Hit any key to stop autoboot: 0

STM32MP>

在命令行提示符下,可以输入U-Boot的命令并执行。U-Boot可以支持几十个常用命令,通过这些命令,可以对开发板进行调试,可以引导Linux内核,还可以擦写Flash完成系统部署等功能。掌握这些命令的使用,才能够顺利地进行嵌入式系统的开发。

输入help命令,可以得到当前U-Boot的所有命令列表。每一条命令后面是简单的命令说明。

STM32MP> help

? - alias for 'help'

adc - ADC sub-system

base - print or set address offset

bdinfo - print Board Info structure

blkcache- block cache diagnostics and control

bmp - manipulate BMP image data

bootefi - Boots an EFI payload from memory

bootm - boot application image from memory

bootp - boot image via network using BOOTP/TFTP protocol

bootz - boot Linux zImage image from memory

chpart - change active partition

clk - CLK sub-system

cls - clear screen

cmp - memory compare

coninfo - print console devices and information

cp - memory copy

crc32 - checksum calculation

date - get/set/reset date & time

dcache - enable or disable data cache

dfu - Device Firmware Upgrade

dhcp - boot image via network using DHCP/TFTP protocol

dm - Driver model low level access

dtimg - manipulate dtb/dtbo Android image

echo - echo args to console

editenv - edit environment variable

env - environment handling commands

erase - erase FLASH memory

exit - exit script

ext2load- load binary file from a Ext2 filesystem

ext2ls - list files in a directory (default /)

ext4load- load binary file from a Ext4 filesystem

ext4ls - list files in a directory (default /)

ext4size- determine a file's size

ext4write- create a file in the root directory

false - do nothing, unsuccessfully

fastboot- run as a fastboot usb or udp device

fatinfo - print information about filesystem

fatload - load binary file from a dos filesystem

fatls - list files in a directory (default /)

fatsize - determine a file's size

fdt - flattened device tree utility commands

flinfo - print FLASH memory information

fstype - Look up a filesystem type

fuse - Fuse sub-system

go - start application at address 'addr'

gpio - query and control gpio pins

gpt - GUID Partition Table

help - print command description/usage

i2c - I2C sub-system

icache - enable or disable instruction cache

itest - return true/false on integer compare

lcdputs - print string on video framebuffer

led - manage LEDs

load - load binary file from a filesystem

loadb - load binary file over serial line (kermit mode)

loads - load S-Record file over serial line

loadx - load binary file over serial line (xmodem mode)

loady - load binary file over serial line (ymodem mode)

loop - infinite loop on address range

ls - list files in a directory (default /)

md - memory display

mdio - MDIO utility commands

meminfo - display memory information

mii - MII utility commands

mm - memory modify (auto-incrementing address)

mmc - MMC sub system

mmcinfo - display MMC info

mtdparts- define flash/nand partitions

mtest - simple RAM read/write test

mw - memory write (fill)

nand - NAND sub-system

nboot - boot from NAND device

nfs - boot image via network using NFS protocol

nm - memory modify (constant address)

part - disk partition related commands

ping - send ICMP ECHO_REQUEST to network host

pinmux - show pin-controller muxing

pmic - PMIC sub-system

poweroff- Perform POWEROFF of the device

printenv- print environment variables

protect - enable or disable FLASH write protection

pxe - commands to get and boot from pxe files

regulator- uclass operations

reset - Perform RESET of the CPU

rproc - Control operation of remote processors in an SoC

run - run commands in an environment variable

save - save file to a filesystem

saveenv - save environment variables to persistent storage

setcurs - set cursor position within screen

setenv - set environment variables

setexpr - set environment variable as the result of eval expression

sf - SPI flash sub-system

showvar - print local hushshell variables

size - determine a file's size

sleep - delay execution for some time

source - run script from memory

sspi - SPI utility command

stboard - read/write board reference in OTP

stm32key- Fuse ST Hash key

stm32prog- <link> <dev> [<addr>] [<size>]

start communication with tools STM32Cubeprogrammer on <link> with Flashlayout at <addr>

sysboot - command to get and boot from syslinux files

test - minimal test like /bin/sh

tftpboot- boot image via network using TFTP protocol

time - run commands and summarize execution time

timer - access the system timer

true - do nothing, successfully

ubi - ubi commands

ubifsload- load file from an UBIFS filesystem

ubifsls - list files in a directory

ubifsmount- mount UBIFS volume

ubifsumount- unmount UBIFS volume

ums - Use the UMS [USB Mass Storage]

usb - USB sub-system

usbboot - boot from USB device

version - print monitor, compiler and linker version

STM32MP>

U-Boot还提供了更加详细的命令帮助,通过help命令还可以查看每个命令的参数说明。由于开发过程的需要,有必要先把U-Boot命令的用法弄清楚。

实验目的

熟悉交叉工具链的使用、u-boot常用命令、u-boot的代码结构和移植方法。

实验平台

华清远见开发环境,FS-MP1A平台

实验步骤

本实验基于u-boot 2020.01版本,然后添加意法半导体提供的补丁文件。在意法半导体官方的u-boot中移植我们自己的u-boot。

导入源码

建立源码目录

linux@ubuntu:$ cd ~

linux@ubuntu:$ mkdir FS-MP1A

将【华清远见-FS-MP1A开发资料\02-程序源码\04-Linux系统移植\01-官方源码】下的
en.SOURCES-stm32mp1-openstlinux-5-4-dunfell-mp1-20-06-24.tar.xz压缩包,导入到ubuntu下的${HOME}/FS-MP1A目录下。

Linux系统移植篇4:STM32MP1微处理器之Bootloader移植

 

解压缩源码包

linux@ubuntu:$ tar xvf en.SOURCES-stm32mp1-openstlinux-5-4-dunfell-mp1-20-06-24.tar.xz

解压完成后得到“
stm32mp1-openstlinux-5.4-dunfell-mp1-20-06-24”目录

Linux系统移植篇4:STM32MP1微处理器之Bootloader移植

 

进入uboot目录下

linux@ubuntu:$ cd ~/FS-MP1A/stm32mp1-openstlinux-5.4-dunfell-mp1-20-06-24/sources/arm-ostl-linux-gnueabi/u-boot-stm32mp-2020.01-r0

Linux系统移植篇4:STM32MP1微处理器之Bootloader移植

 

该目录下以patch结尾的文件为ST官方提供的补丁文件;
u-boot-stm32mp-2020.01-r0.tar.gz为标准u-boot源码包。

解压标准u-boot源码包

linux@ubuntu:$ tar -xvf u-boot-stm32mp-2020.01-r0.tar.gz

解压完成后得到u-boot-stm32mp-2020.01目录

Linux系统移植篇4:STM32MP1微处理器之Bootloader移植

 

进入u-boot源码目录下:

linux@ubuntu:$ cd u-boot-stm32mp-2020.01

Linux系统移植篇4:STM32MP1微处理器之Bootloader移植

 

将ST官方补丁文件打到u-boot源码中:

linux@ubuntu:$ for p in `ls -1 ../*.patch`; do patch -p1 < $p; done

Linux系统移植篇4:STM32MP1微处理器之Bootloader移植

 

TF卡分区

要对TF卡进行烧录,需要先将TF接入到ubuntu系统中。

查看TF卡分区

linux@ubuntu:$ ls /dev/sd*

Linux系统移植篇4:STM32MP1微处理器之Bootloader移植

 

由上图所示只有“/dev/sdb1”一个分区则需要重新进行分区。

首先删除原有分区

linux@ubuntu:$ sudo parted -s /dev/sdb mklabel msdos

如果显示如下内容,则表示设备已经被挂载,需要卸载掉设备再删除分区。

Linux系统移植篇4:STM32MP1微处理器之Bootloader移植

 

卸载设备

linux@ubuntu:$ umount /dev/sdb1

卸载完成后重新执行删除分区命令

linux@ubuntu:$ sudo parted -s /dev/sdb mklabel msdos

对tf进行重新分区

linux@ubuntu:$ sudo sgdisk --resize-table=128 -a 1 -n 1:34:545 -c 1:fsbl1 -n 2:546:1057 -c 2:fsbl2 -n 3:1058:5153 -c 3:ssbl -n 4:5154:136225 -c 4:bootfs -n 5:136226 -c 5:rootfs -A 4:set:2 -p /dev/sdb -g

Linux系统移植篇4:STM32MP1微处理器之Bootloader移植

 

注意:最后-p /dev/sdb参数中的/dev/sdb需要按照实际ubuntu中的tf节点为准,否则可能发生不可预料的后果。

建立自己的平台

  1. 配置工具链

导入交叉编译工具链(如果还未安装SDK可参考《SDK工具链安装》章节进行安装)

linux@ubuntu:$ source /opt/st/stm32mp1/3.1-openstlinux-5.4-dunfell-mp1-20-06-24/environment-setup-cortexa7t2hf-neon-vfpv4-ostl-linux-gnueabi

验证开发工具是否安装正确,显示版本信息如下图所示。

linux@ubuntu:$ $CC --version

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  1. 增加板级相关文件

进入到u-boot源码目录

linux@ubuntu:$ cd ~/FS-MP1A/stm32mp1-openstlinux-5.4-dunfell-mp1-20-06-24/sources/arm-ostl-linux-gnueabi/u-boot-stm32mp-2020.01-r0/u-boot-stm32mp-2020.01/

添加自己的默认配置文件

linux@ubuntu:$ cp configs/stm32mp15_basic_defconfig configs/stm32mp15_fsmp1a_basic_defconfig

添加设备树文件

linux@ubuntu:$ cp arch/arm/dts/stm32mp15xx-dkx.dtsi arch/arm/dts/stm32mp15xx-fsmp1x.dtsi

linux@ubuntu:$ cp arch/arm/dts/stm32mp157a-dk1.dts arch/arm/dts/stm32mp157a-fsmp1a.dts

linux@ubuntu:$ cp arch/arm/dts/stm32mp157a-dk1-u-boot.dtsi arch/arm/dts/stm32mp157a-fsmp1a-u-boot.dtsi

修改
arch/arm/dts/stm32mp157a-fsmp1a.dts将

#include "stm32mp15xx-dkx.dtsi"

修改为

#include "stm32mp15xx-fsmp1x.dtsi"

修改arch/arm/dts/Makefile,在stm32mp157a-dk1.dtb下添加stm32mp157a-fsmp1a的内容:

Linux系统移植篇4:STM32MP1微处理器之Bootloader移植

 

  1. 配置u-boot

使用新添加的默认配置:

linux@ubuntu:$ make stm32mp15_fsmp1a_basic_defconfig

Linux系统移植篇4:STM32MP1微处理器之Bootloader移植

 

可以使用make menuconfig进行图形化配置

Linux系统移植篇4:STM32MP1微处理器之Bootloader移植

 

  1. 编译源码

执行如下指令编译u-boot:

linux@ubuntu:$ make DEVICE_TREE=stm32mp157a-fsmp1a all

编译成功后,最后显示内容(部分截图)如下:

Linux系统移植篇4:STM32MP1微处理器之Bootloader移植

 

编译完成后会得到如下文件:

Linux系统移植篇4:STM32MP1微处理器之Bootloader移植

 

  1. 固件烧写

由于在移植过程中会多次烧写固件并且会导致正常u-boot无法启动,因此推荐使用TF卡启动的方式来验证。

将TF接入ubuntu系统后,查看TF卡分区

linux@ubuntu:$ ls /dev/sd*

Linux系统移植篇4:STM32MP1微处理器之Bootloader移植

 

/dev/sdb为TF卡设备。如果该设备下只有/dev/sdb1一个分区则重新分区。

执行如下指令烧写u-boot:

linux@ubuntu:$ sudo dd if=u-boot-spl.stm32 of=/dev/sdb1 conv=fdatasync

linux@ubuntu:$ sudo dd if=u-boot-spl.stm32 of=/dev/sdb2 conv=fdatasync

linux@ubuntu:$ sudo dd if=u-boot.img of=/dev/sdb3 conv=fdatasync

  1. 启动开发板

将拨码开关设置为SD卡启动方式:

Boot mode

BOOT2

BOOT1

BOOT0

Engineering boot

1

0

0

Forced USB bootfor flashing

0

0

0

eMMC

0

1

0

SDCARD

1

0

1

将制作好的TF卡插入开发板,上电后会出现如下错误提示:

Linux系统移植篇4:STM32MP1微处理器之Bootloader移植

 

错误提示电源初始化错误,需重新调整电源相关配置

调整设备树电源配置

由于官方参考板DK1采用电源管理芯片做电源管理,而FS-MP1A采用分离电路作为电源管理,本例需要将文件中原有电源管理芯片相关内容去掉,增加上固定电源相关内容

  1. 去掉原有电源管理内容

DK1参考板电源管理芯片挂在I2C4上,而FS-MP1A并未使用I2C4总线,所以直接将I2C4相关内容完全删除即可。

修改
arch/arm/dts/stm32mp15xx-fsmp1x.dtsi文件

将文件中i2c4节点相关内容整体删除,删除内容如下:

&i2c4 {

pinctrl-names = "default", "sleep";

pinctrl-0 = <&i2c4_pins_a>;

pinctrl-1 = <&i2c4_pins_sleep_a>;

i2c-scl-rising-time-ns = <185>;

i2c-scl-falling-time-ns = <20>;

clock-frequency = <400000>;

status = "disabled";

/*内容太长此处省略*/

watchdog {

compatible = "st,stpmic1-wdt";

status = "disabled";

};

};

};

修改
arch/arm/dts/stm32mp15xx-fsmp1x.dtsi文件,删除如下内容:

&cpu0{

cpu-supply = <&vddcore>;

};

&cpu1{

cpu-supply = <&vddcore>;

};

修改
arch/arm/dts/stm32mp157a-fsmp1a-u-boot.dtsi

文件

删除如下内容:

&pmic {

u-boot,dm-pre-reloc;

};

由于官方参考板DK1 I2C4总线上有个USB type C的控制器,上文删除I2C4节点的同时将type C控制器的描述删除,所以需要将引用type C控制器的内容删掉。

修改
arch/arm/dts/stm32mp15xx-fsmp1x.dtsi文件,删除红色部分内容:

&usbotg_hs {

phys = <&usbphyc_port1 0>;

phy-names = "usb2-phy";

usb-role-switch;

status = "okay";

port {

usbotg_hs_ep: endpoint {

remote-endpoint = <&con_usbotg_hs_ep>;

};

};

};

  1. 添加固定电源配置

修改
arch/arm/dts/stm32mp15xx-fsmp1x.dtsi文件

固定电源配置通常添加在根节点下,在根节点末尾位置添加如下内容(红色字体为需要添加的内容):

vin: vin {

compatible = "regulator-fixed";

regulator-name = "vin";

regulator-min-microvolt = <5000000>;

regulator-max-microvolt = <5000000>;

regulator-always-on;

};

v3v3: regulator-3p3v {

compatible = "regulator-fixed";

regulator-name = "v3v3";

regulator-min-microvolt = <3300000>;

regulator-max-microvolt = <3300000>;

regulator-always-on;

regulator-boot-on;

};

v1v8_audio: regulator-v1v8-audio {

compatible = "regulator-fixed";

regulator-name = "v1v8_audio";

regulator-min-microvolt = <1800000>;

regulator-max-microvolt = <1800000>;

regulator-always-on;

regulator-boot-on;

};

v3v3_hdmi: regulator-v3v3-hdmi {

compatible = "regulator-fixed";

regulator-name = "v3v3_hdmi";

regulator-min-microvolt = <3300000>;

regulator-max-microvolt = <3300000>;

regulator-always-on;

regulator-boot-on;

};

v1v2_hdmi: regulator-v1v2-hdmi {

compatible = "regulator-fixed";

regulator-name = "v1v2_hdmi";

regulator-min-microvolt = <1200000>;

regulator-max-microvolt = <1200000>;

regulator-always-on;

regulator-boot-on;

};

vdd: regulator-vdd {

compatible = "regulator-fixed";

regulator-name = "vdd";

regulator-min-microvolt = <3300000>;

regulator-max-microvolt = <3300000>;

regulator-always-on;

regulator-boot-on;

};

vdd_usb: regulator-vdd-usb {

compatible = "regulator-fixed";

regulator-name = "vdd_usb";

regulator-min-microvolt = <3300000>;

regulator-max-microvolt = <3300000>;

regulator-always-on;

regulator-boot-on;

};

};

  1. 配置uboot

linux@ubuntu:$ make menuconfig

去掉PMIC的配置选项,按空格将方括号内*号去掉:

Device Drivers --->

Power --->

[ ] Enable support for STMicroelectronics STPMIC1 PMIC

  1. 更新配置文件

linux@ubuntu:$ cp .config configs/stm32mp15_fsmp1a_basic_defconfig

  1. 重新编译源码

linux@ubuntu:$ make DEVICE_TREE=stm32mp157a-fsmp1a all

  1. 烧写后启动

重新烧写后启动现象如下:

Linux系统移植篇4:STM32MP1微处理器之Bootloader移植

 

提示显示TF卡未被检测到。

TF卡支持

系统检测TF卡拔插是通过CD脚的状态确认,通过原理图可知,TF卡对应MMC1的CD脚是与STM32MP1的PH3连接

Linux系统移植篇4:STM32MP1微处理器之Bootloader移植

 

对照设备树中MMC1的描述,发现设备树种原有CD脚的配置与FS-MP1A板子不一致,需调整为PH3。

修改
arch/arm/dts/stm32mp15xx-fsmp1x.dtsi文件,调整MMC1中CD的配置:

将如下内容

&sdmmc1 {

pinctrl-names = "default", "opendrain", "sleep";

pinctrl-0 = <&sdmmc1_b4_pins_a>;

pinctrl-1 = <&sdmmc1_b4_od_pins_a>;

pinctrl-2 = <&sdmmc1_b4_sleep_pins_a>;

cd-gpios = <&gpiob 7 (GPIO_ACTIVE_LOW | GPIO_PULL_UP)>;

disable-wp;

st,neg-edge;

bus-width = <4>;

vmmc-supply = <&v3v3>;

status = "okay";

};

修改为

&sdmmc1 {

pinctrl-names = "default", "opendrain", "sleep";

pinctrl-0 = <&sdmmc1_b4_pins_a>;

pinctrl-1 = <&sdmmc1_b4_od_pins_a>;

pinctrl-2 = <&sdmmc1_b4_sleep_pins_a>;

cd-gpios = <&gpioh 3 (GPIO_ACTIVE_LOW | GPIO_PULL_UP)>;

disable-wp;

st,neg-edge;

bus-width = <4>;

vmmc-supply = <&v3v3>;

status = "okay";

};

重新编译烧写后现象如下:

Linux系统移植篇4:STM32MP1微处理器之Bootloader移植

 

去掉ADC功能

上一小节已经成功启动到了u-boot的控制终端,但是可以看到还有一些错误。本小节将解决如下错误。

Linux系统移植篇4:STM32MP1微处理器之Bootloader移植

 

官方参考板DK1通过ADC检测开机电流,如果供电电流不足3A则启动失败,FS-MP1A没有设计这个功能,所以需要去掉这部分功能,否则就会报上图中显示的错误,由于u-boot期间ADC主要功能是检测开机电流,这里直接去掉ADC功能即可。

配置uboot去掉ADC功能:按空格键去掉[ ]的星号

linux@ubuntu:$ make menuconfig

Command line interface --->

Device access commands --->

[ ] adc - Access Analog to Digital Converters info and data

Device Drivers --->

[ ] Enable ADC drivers using Driver Model

更新配置文件

linux@ubuntu:$ cp .config configs/stm32mp15_fsmp1a_basic_defconfig

重新编译烧写后adc相关错误已经没有了。

Linux系统移植篇4:STM32MP1微处理器之Bootloader移植

 

关闭ltdc

由于在u-boot阶段我们不使用显示设备,因此需要将ltdc相关配置关闭。

修改
arch/arm/dts/stm32mp15xx-fsmp1x.dtsi文件

<dc {

pinctrl-names = "default", "sleep";

pinctrl-0 = <<dc_pins_a>;

pinctrl-1 = <<dc_pins_sleep_a>;

status = "okay";

 

port {

#address-cells = <1>;

#size-cells = <0>;

 

ltdc_ep0_out: endpoint@0 {

reg = <0>;

remote-endpoint = <&sii9022_in>;

};

};

};

修改为

<dc {

pinctrl-names = "default", "sleep";

pinctrl-0 = <<dc_pins_a>;

pinctrl-1 = <<dc_pins_sleep_a>;

status = "disabled";

 

port {

#address-cells = <1>;

#size-cells = <0>;

 

ltdc_ep0_out: endpoint@0 {

reg = <0>;

remote-endpoint = <&sii9022_in>;

};

};

};

然后重新编译烧写

有线网卡配置

启动设备进入u-boot控制台之后,可以发现启动信息中有网卡未被发现的错误信息,这个错误是由于u-boot没有设置正确的MAC地址,由启动信息可以看到,启动后网卡的MAC为00:00:00:00:00:00。这是由于在OTP中没有固化默认的MAC地址,解决这个问题可以通过烧写OTP配置来进行默认MAC地址配置,但是由于操作OTP配置的风险较高,如果操作不当可能会导致不可预料的结果。

如果u-boot期间不使用网卡这个错误可以忽略。

如果需要使用网卡解决这个问题比较简单的方法有两个:

  1. U-boot启动后通过命令设置一个MAC地址

STM32MP> env set -f ethaddr 1A:1F:DB:0E:69:FD

这种方式设置完成后即刻生效,重启后网卡即可正常工作。

  1. 修改include/configs/stm32mp1.h,增加默认环境变量

修改如下内容:

#define CONFIG_EXTRA_ENV_SETTINGS \

"bootdelay=1\0" \

"kernel_addr_r=0xc2000000\0" \

"fdt_addr_r=0xc4000000\0" \

"scriptaddr=0xc4100000\0" \

为:

#define CONFIG_EXTRA_ENV_SETTINGS \

"bootdelay=1\0" \

"ethaddr=00:80:E1:42:60:17\0" \

"kernel_addr_r=0xc2000000\0" \

"fdt_addr_r=0xc4000000\0" \

"scriptaddr=0xc4100000\0" \

这种方式需重新编译烧写后才能生效。

重新编译烧写后网卡即可正常工作:

Linux系统移植篇4:STM32MP1微处理器之Bootloader移植

 

将网线插入开发板中可以进行网络测试。

使用dhcp命令获取ip地址:

STM32MP> dhcp

Linux系统移植篇4:STM32MP1微处理器之Bootloader移植

 

可以看到这里获取到的ip地址为192.168.11.81

Ping网关测试:

Board $> ping 192.168.11.1

Linux系统移植篇4:STM32MP1微处理器之Bootloader移植

 

Ping外网测试:

Board $> ping 8.8.8.8

Linux系统移植篇4:STM32MP1微处理器之Bootloader移植

 

eMMC移植

参考原理图可知eMMC使用的是SDMMC2总线,当前所使用的设备树文件中没有SDMMC2的支持,所以需要增加相关内容才能正常驱动eMMC。

Linux系统移植篇4:STM32MP1微处理器之Bootloader移植

 

由于在使STM32MP1芯片很多管脚为多功能复用管脚,且很多管脚具备同样的功能,所以移植eMMC时需要确认硬件设计是使用的是那些管脚,根据原理图确认后管脚对应关系为:

原理图网络编号

对应管脚

管脚功能

管脚功能码

SD2_DATA0

PB14

SDMMC2_D0

AF9

SD2_DATA1

PB15

SDMMC2_D1

AF9

SD2_DATA2

PB3

SDMMC2_D2

AF9

SD2_DATA3

PB4

SDMMC2_D3

AF9

SD2_DATA4

PA8

SDMMC2_D4

AF9

SD2_DATA5

PA9

SDMMC2_D5

AF10

SD2_DATA6

PE5

SDMMC2_D6

AF9

SD2_DATA7

PD3

SDMMC2_D7

AF9

SD2_CLK

PE3

SDMMC2_CK

AF9

SD2_CMD

PG6

SDMMC2_CMD

AF10

  1. 管脚定义

在u-boot中STM32MP1默认管脚定义在文件
arch/arm/dts/stm32mp15-pinctrl.dtsi中,查看文件中是否有需要的管脚定义:

查看后确认有SDMMC2的管脚定义,且与FS-MP1A硬件使用情况一致,定义如下:

sdmmc2_b4_pins_a: sdmmc2-b4-0 {

pins1 {

pinmux = <STM32_PINMUX('B', 14, AF9)>, /* SDMMC2_D0 */

<STM32_PINMUX('B', 15, AF9)>, /* SDMMC2_D1 */

<STM32_PINMUX('B', 3, AF9)>, /* SDMMC2_D2 */

<STM32_PINMUX('B', 4, AF9)>, /* SDMMC2_D3 */

<STM32_PINMUX('G', 6, AF10)>; /* SDMMC2_CMD */

slew-rate = <1>;

drive-push-pull;

bias-pull-up;

};

pins2 {

pinmux = <STM32_PINMUX('E', 3, AF9)>; /* SDMMC2_CK */

slew-rate = <2>;

drive-push-pull;

bias-pull-up;

};

};

sdmmc2_b4_od_pins_a: sdmmc2-b4-od-0 {

pins1 {

pinmux = <STM32_PINMUX('B', 14, AF9)>, /* SDMMC2_D0 */

<STM32_PINMUX('B', 15, AF9)>, /* SDMMC2_D1 */

<STM32_PINMUX('B', 3, AF9)>, /* SDMMC2_D2 */

<STM32_PINMUX('B', 4, AF9)>; /* SDMMC2_D3 */

slew-rate = <1>;

drive-push-pull;

bias-pull-up;

};

pins2 {

pinmux = <STM32_PINMUX('E', 3, AF9)>; /* SDMMC2_CK */

slew-rate = <2>;

drive-push-pull;

bias-pull-up;

};

pins3 {

pinmux = <STM32_PINMUX('G', 6, AF10)>; /* SDMMC2_CMD */

slew-rate = <1>;

drive-open-drain;

bias-pull-up;

};

};

sdmmc2_b4_sleep_pins_a: sdmmc2-b4-sleep-0 {

pins {

pinmux = <STM32_PINMUX('B', 14, ANALOG)>, /* SDMMC2_D0 */

<STM32_PINMUX('B', 15, ANALOG)>, /* SDMMC2_D1 */

<STM32_PINMUX('B', 3, ANALOG)>, /* SDMMC2_D2 */

<STM32_PINMUX('B', 4, ANALOG)>, /* SDMMC2_D3 */

<STM32_PINMUX('E', 3, ANALOG)>, /* SDMMC2_CK */

<STM32_PINMUX('G', 6, ANALOG)>; /* SDMMC2_CMD */

};

};

sdmmc2_b4_pins_b: sdmmc2-b4-1 {

pins1 {

pinmux = <STM32_PINMUX('B', 14, AF9)>, /* SDMMC2_D0 */

<STM32_PINMUX('B', 15, AF9)>, /* SDMMC2_D1 */

<STM32_PINMUX('B', 3, AF9)>, /* SDMMC2_D2 */

<STM32_PINMUX('B', 4, AF9)>, /* SDMMC2_D3 */

<STM32_PINMUX('G', 6, AF10)>; /* SDMMC2_CMD */

slew-rate = <1>;

drive-push-pull;

bias-disable;

};

pins2 {

pinmux = <STM32_PINMUX('E', 3, AF9)>; /* SDMMC2_CK */

slew-rate = <2>;

drive-push-pull;

bias-disable;

};

};

sdmmc2_b4_od_pins_b: sdmmc2-b4-od-1 {

pins1 {

pinmux = <STM32_PINMUX('B', 14, AF9)>, /* SDMMC2_D0 */

<STM32_PINMUX('B', 15, AF9)>, /* SDMMC2_D1 */

<STM32_PINMUX('B', 3, AF9)>, /* SDMMC2_D2 */

<STM32_PINMUX('B', 4, AF9)>; /* SDMMC2_D3 */

slew-rate = <1>;

drive-push-pull;

bias-disable;

};

pins2 {

pinmux = <STM32_PINMUX('E', 3, AF9)>; /* SDMMC2_CK */

slew-rate = <2>;

drive-push-pull;

bias-disable;

};

pins3 {

pinmux = <STM32_PINMUX('G', 6, AF10)>; /* SDMMC2_CMD */

slew-rate = <1>;

drive-open-drain;

bias-disable;

};

};

sdmmc2_d47_pins_a: sdmmc2-d47-0 {

pins {

pinmux = <STM32_PINMUX('A', 8, AF9)>, /* SDMMC2_D4 */

<STM32_PINMUX('A', 9, AF10)>, /* SDMMC2_D5 */

<STM32_PINMUX('E', 5, AF9)>, /* SDMMC2_D6 */

<STM32_PINMUX('D', 3, AF9)>; /* SDMMC2_D7 */

slew-rate = <1>;

drive-push-pull;

bias-pull-up;

};

};

sdmmc2_d47_sleep_pins_a: sdmmc2-d47-sleep-0 {

pins {

pinmux = <STM32_PINMUX('A', 8, ANALOG)>, /* SDMMC2_D4 */

<STM32_PINMUX('A', 9, ANALOG)>, /* SDMMC2_D5 */

<STM32_PINMUX('E', 5, ANALOG)>, /* SDMMC2_D6 */

<STM32_PINMUX('D', 3, ANALOG)>; /* SDMMC2_D7 */

};

};

  1. 增加SDMMC2节点信息

修改
arch/arm/dts/stm32mp15xx-fsmp1x.dtsi增加SDMMC2的信息

在原有sdmmc1节点下增加sdmmc2的内容,添加内容可参考
arch/arm/dts/stm32mp15xx-edx.dtsi中sdmmc2的写法,内容如下:

&sdmmc2 {

pinctrl-names = "default", "opendrain", "sleep";

pinctrl-0 = <&sdmmc2_b4_pins_a &sdmmc2_d47_pins_a>;

pinctrl-1 = <&sdmmc2_b4_od_pins_a &sdmmc2_d47_pins_a>;

pinctrl-2 = <&sdmmc2_b4_sleep_pins_a &sdmmc2_d47_sleep_pins_a>;

non-removable;

no-sd;

no-sdio;

st,neg-edge;

bus-width = <8>;

vmmc-supply = <&v3v3>;

vqmmc-supply = <&vdd>;

mmc-ddr-3_3v;

status = "okay";

};

  1. 增加mmc映射

修改
arch/arm/dts/stm32mp157a-fsmp1a-u-boot.dtsi文件,调整启动通道。

修改如下内容:

aliases {

i2c3 = &i2c4;

mmc0 = &sdmmc1;

usb0 = &usbotg_hs;

};

修改为(红色字体为增加内容):

aliases {

i2c3 = &i2c4;

mmc0 = &sdmmc1;

mmc1 = &sdmmc2;

usb0 = &usbotg_hs;

};

在sdmmc1节点后sdmmc2的内容(红色字体部分为添加内容):

&sdmmc1 {

u-boot,dm-spl;

};

&sdmmc2 {

u-boot,dm-spl;

};

  1. 测试

重新编译烧写后启动信息对比前文多一个MMC:

Linux系统移植篇4:STM32MP1微处理器之Bootloader移植

 

eMMC的验证需要通过linux更新,相关操作可参考《通过linux更新eMMC中的u-boot》章节。

生成Trusted镜像

前面我们做的相关配置都是基于basic的配置,而实际FS-MP1A使用的uboot是基于Trusted配置的镜像,后边的《Trusted Firmware-A移植》章节会使用到Trusted镜像。

  1. 建立基础的Trusted配置文件

linux@ubuntu:$ cp configs/stm32mp15_trusted_defconfig configs/stm32mp15_fsmp1a_trusted _defconfig

linux@ubuntu:$ make stm32mp15_fsmp1a_trusted_defconfig

  1. 去掉PMIC的配置选项,按空格将方括号内*号去掉:

linux@ubuntu:$ make menuconfig

Device Drivers --->

Power --->

[ ] Enable support for STMicroelectronics STPMIC1 PMIC

  1. 去掉ADC功能:按空格键去掉[ ]的星号

linux@ubuntu:$ make menuconfig

Command line interface --->

Device access commands --->

[ ] adc - Access Analog to Digital Converters info and data

Device Drivers --->

[ ] Enable ADC drivers using Driver Model

  1. 修改配置文件

linux@ubuntu:$ cp .config configs/stm32mp15_fsmp1a_trusted_defconfig

  1. 修改上层目录下的Makefile.sdk编译脚本在UBOOT_CONFIGS配置项中添加“stm32mp15_fsmp1a_trusted_defconfig,trusted,u-boot.stm32”在DEVICE_TREE配置项中添加“stm32mp157a-fsmp1a”

UBOOT_CONFIGS ?= stm32mp15_fsmp1a_trusted_defconfig,trusted,u-boot.stm32 stm32mp15_trusted_defconfig,trusted,u-boot.stm32 stm32mp15_trusted_defconfig,optee,u-boot.stm32 stm32mp15_basic_defconfig,basic,u-boot.img

DEVICE_TREE ?= stm32mp157a-fsmp1a stm32mp157a-dk1 stm32mp157d-dk1 stm32mp157c-dk2 stm32mp157f-dk2 stm32mp157c-ed1 stm32mp157f-ed1 stm32mp157a-ev1 stm32mp157c-ev1 stm32mp157d-ev1 stm32mp157f-ev1

  1. 编译trusted镜像

linux@ubuntu:$ make distclean

linux@ubuntu:$ make -f $PWD/../Makefile.sdk all UBOOT_CONFIGS=stm32mp15_fsmp1a_trusted_defconfig,trusted,u-boot.stm32

Linux系统移植篇4:STM32MP1微处理器之Bootloader移植

 

  1. 编译完成后生成的镜像文件在上级目录下的build-trusted文件夹中有一个“u-boot-stm32mp157a-fsmp1a-trusted.stm32”

linux@ubuntu:$ cd ../ build-trusted

linux@ubuntu:$ ls

Linux系统移植篇4:STM32MP1微处理器之Bootloader移植

 


u-boot-stm32mp157a-fsmp1a-trusted.stm32即为我们后续会使用的镜像文件。

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