实战2 编译u-boot镜像

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实战2 编译u-boot镜像

前文介绍了pcDuino启动过程中需要的几个镜像，对于boot阶段，boot0已经有厂商固化，因此需要开发人员只需提供SPL和u-boot，下面介绍二者编译过程。

图2.1 pcDuino启动过程

2.1 下载u-boot源代码

使用git工具命令clone一份u-boot源码，clone下来的u-boot源码位于目录/home/ubuntu/pcduino/u-boot-sunxi内。

1.   # cd  /home/ubuntu/pcduino
   
2.   # git clone  https://github.com/linux-sunxi/u-boot-sunxi.git

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2.2配置目标板

1. #  cd /home/ubuntu/pcduino/u-boot-sunxi
   
2.   #  make CROSS_COMPILE=arm-linux-gnueabihf-   Linksprite_pcDuino3_config O=build

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u-boot支持上千个目标板，因此在编译u-boot之前要选择并配置我们关注的目标板，这些目标板的描述记录在u-boot源码根目录下文件boards.cfg中，如图2.2所示。

图2.2 u-boot支持的目标板

每一个目标板使用单独一行进行描述，行首的#号起到注释作用；每一行包含9个字段，字段间使用一个或多个空白符（空格或TAB）分隔这些字段含义如下表：

表2.1 u-boot配置文件字段描述

Status	Arch	CPU:SPLCPU	SoC	Vendor	Board name	Target	Options	Maintainers
状态，标明当前配置是否有效	处理器所属架构	处理器核类型	SoC类型	生厂商	电路板名称	编译目标	附属选项	维护人员信息

其中Options字段格式为：

<board config name>[: options]

每个选项的格式为(默认值为1):

option[=value]

假设Options字段定义如下：

FOO:HAS_BAR,BAZ=64

那么，目标板配置脚本会创建头文件include/config.h同时，会在这个文件定义如下宏：

1. #define  CONFIG_HAS_BAR  1
   
2. #define  CONFIG_BAZ      64

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由于我们使用的Linksprite_pcDuino3配置：

1. Active arm armv7  sunxi - sunxi Linksprite_pcDuino3  sun7i: LINKSPRITE_PCDUINO3,SPL,SUNXI_GMAC,FAST_MBUS -

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Options字段定义：

sun7iINKSPRITE_PCDUINO3,SPL,SUNXI_GMAC,FAST_MBUS

则会生成文件include/config.h，文件中定义如下一组宏：

1. #define  LINKSPRITE_PCDUINO3  1
   
2. #define  SPL                     1
   
3. #define  SUNXI_GMAC             1
   
4. #define FAST_MBUS              1

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对于不被使用的字段使用“-”填充。

u-boot支持不同的架构处理器，每款处理器有自己一套指令集，运行在处理器上的程序必须使用该处理器支持的指令集，交叉编译器能够将源码编译成应处理支持的二进制机器码，在编译u-boot时，使用变量CROSS_COMPILE指定交叉编译器，这个变量在Makefile文件中使用。

图2.3 工具链配置

第327行，CC变量由CROSS_COMPILE和gcc组成，即CC=arm-linux-gnueabihf-gcc，因此凡是引用$(CC)的地方实际上是在使用arm-linux-gnueabihf-gcc。

默认情况下，编译生成的目标文件与源码混在一起，使用O=build参数可将编译生成的目标文件单独放在build目录下，从而使得源代码“干净”。

执行配置目标板命令后，在build目录下生成一些目录和文件

图2.4 配置目标板生成文件或目录

简要介绍一下这些文件：

    build/Makefile：Makefile文件，描述了个源文件/模块编译的依赖关系

    build/include/asm/arch：软连接文件，连接到具体架构头文件目录

    build/include/asm/proc：软连接文件，连接到具体架构头文件目录

    build/include/config.h：顶级配置文件，内容是根据boards.cfg配置自动生成，包含了板级、处理器和SoC等宏定义，此外还有一些通用的头文件。

    build/include/config.mk：定义一些变量，在根目录Makefile中被引用

    build/source：软连接文件，指向u-boot源码目录

2.3编译u-boot

执行如下命令：

1. # make  CROSS_COMPILE=arm-linux-gnueabihf- O=build

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经过一些列的编译过程，最终生成几个重要目标文件，

build/u-boot： ELF（Executable and Linking Format）格式文件，除了包含所有的可执行的代码段数据段等，还包含了一些调试信息。使用命令arm-linux-gnueabihf-readelf可以查看文件一些具体信息。如查看ELF文件头内容：

图2.5 u-boot文件格式

build/u-boot.bin： 使用arm-linux-gnueabihf-objcopy工具，将ELF格式的u-boot文件去除所有调试信息，只保留可执行的二进制机器码。

build/u-boot.img： 该文件由64字节头和u-boot.bin文件组成。使用工具build/tools/mkimage： 可以实现增加头信息操作。头信息用于描述镜像的名称、类型、加载地址、执行入口地址等。

build/spl/u-boot-spl： 前文提到的SPL镜像文件， 也是ELF格式。
build/spl/u-boot-spl.bin：由u-boot-spl文件转换得到，纯BIN格式文件。

图2.6 u-boot各镜像文件生成过程

查看build/u-boot.bin和build/spl/u-boot-spl.bin这两BIN文件大小，可以看到u-boot-spl.bin明显小于u-boot.bin,这印证了前文所述的SPL是精简过的u-boot。

1.   #ls -l  build/u-boot.bin build/spl/u-boot-spl.bin
   
2.   -rwxrwxr-x 1  ubuntu ubuntu  20277  7月 25 18:29  build/spl/u-boot-spl.bin
   
3.   -rw-rw-r-- 1  ubuntu ubuntu 237204  7月 25 18:29  build/u-boot.bin

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A20芯片上电启动的时候，如果从SD卡启动，boot0会从SD卡8KB偏移处读取SPL，SPL运行后会再次从SD卡32KB偏移处读取u-boot并拷贝到DDR中。A20约定的SD卡布局如下：

表2.2 SD卡布局

起始位置(KB)	大小(KB)	功能
0	8	分区表
8	24	SPL
32	512	u-boot
544	128	u-boot环境变量
672	352	保留
1024	-	其余分区

下图描述了几个boot的工作过程，
[1] A20上电后，boot0运行，核查启动设备，这里考虑从SD卡启动情况
[2] boot0拷贝SPL到SoC内置RAM中，并将控制权交给SPL
[3] SPL运行，初始化一些外设以及DDR，将u-boot拷贝到DDR中，并将控制权交给u-boot
[4] u-boot运行,从SD卡其它分区加载、运行linux镜像

                              

图2.7 SD卡启动过程

需要特别指出的是，A20中boot0加载的SPL并不是文件u-boot-spl.bin，而是在其基础上增加32字节头的sunxi-spl.bin文件，sunxi-spl.bin生成过程如下：

图2.8 sunxi-spl.bin生成过程

mksunxiboot工具将u-boot-spl.bin转换成sunxi-spl.bin并进行24KB字节填充，即最终得到的sunxi-spl.bin大小为24KB。

另外，图2.8中的u-boot对应的文件为u-boot.img。所以为了能够从SD卡启动，需要从SD卡8KB偏移处烧入文件sunxi-spl.bin，从SD卡32KB偏移处烧入文件u-boot.img。为了方便开发人员，在编译过程中已经将sunxi-spl.bin和u-boot.img拼接成一个文件u-boot-sunxi-with-spl.bin

图2.8 u-boot-sunxi-with-spl.bin生成过程

只要一次性将这个文件写入SD卡8KB偏移处即可，由于sunxi-spl.bin的24KB的填充，使得二者有效部分都位于预定位置。

2.4小结

本章主要介绍了u-boot的下载、编译过程。此外讲解了u-boot的目标板配置方式和具体配置项含义，最后结合pcDuino板启动，讲解了sunxi u-boot的特别之处，最终编译生成的u-boot-sunxi-with-spl.bin包含了图2.1中的SPL和u-boot。