【ARM-Linux开发】ARM嵌入式设备Linux系统启动步骤和方式

1). 简介

本文简单介绍ARM嵌入式设备基于嵌入式Linux操作系统时候的启动步骤和启动方式, 区别与X86平台，ARM平台下并没有一个标准的启动步骤，不同ARM SoC都会使用各自定义的boot ROM来实现启动过程，不过大体上面都包含有一些基本步骤。本文就基于Toradex ARM计算机模块和配套载板来介绍基于Freescale i.MX6 ARM嵌入式设备的启动步骤和方式。

2). 启动步骤

a). 电源上电,系统Reset。

b). CPU内部boot ROM读取, strapping GPIO数值锁定。

c). 根据strapping GPIO值和SoC 内部fuse设置确定用于启动的设备。

d). 从启动设备起始位置读取用于配置DDR RAM和定位boot loader的配置信息。对于i.MX6平台，则使用'image vector table (IVT)' 和 'device configuration data (DCD)' ，如果从NAND设备启动，则还包括 'boot control blocks (BCB)'。

e). DDR RAM被boot ROM初始化。

f). boot loader从启动设备复制到RAM执行，至此系统控制交由boot loader.也是从这里，一些定制代码才可以在boot loader里面开始执行。当然也有一些SoC是先将boot loader复制到SDRAM执行后再由boot loader来初始化DDR RAM。

Toradex ARM核心板使用定制化的U-boot作为boot loader，下面就基于此来继续boot loader加载后的启动过程。

g). U-Boot从启动设备上面读取环境变量，如果变量数据损坏或者不存在，则会提示'*** Warning - bad CRC, using default environment' ，然后加载默认初始设置.

h). U-Boot通过分析环境变量获得kernel和rootfs存储位置，以及所需的kernel command line

i). U-Boot 自动检测系统RAM和eMMC/Nand Flash容量和参数

j). U-Boot 设置以太网口MAC地址，并配置好硬件准备加载Linux kernel

k). U-Boot 加载Linux kernel到RAM，至此系统控制权则转移到kernel来处理

l). 系统Kernel初始化Linux，加载rootfs，最后启动'init'来初始化Linux user space

3). 启动方式

a). 默认方式, U-Boot, kernel和rootfs都位与模块自带的eMMC上，全部从eMMC启动。通常情况下的基本模式

b). U-Boot位于eMMC，从eMMC启动；而kernel和rootfs位于SD卡，从SD卡启动。常用于切换不同的kernel和rootfs版本

c). U-Boot位于eMMC，从eMMC启动；而kernel从TFTP加载，rootfs从NFS加载。常用于kernel和application开发调试阶段

4). 不同启动方式演示

这里使用Toradex Apalis i.MX6Q 计算机模块配合Apalis Eva 开发载板来进行测试，平台基本的操作上手指南请见这里。

软件使用Toradex官方发布的Linux V2.5beta3版本，请从这里下载。

a). 全部从eMMC启动

模块默认的U-Boot设置即为全部从eMMC启动，开机上电即可

b). Kernel和rootfs从SD卡启动

./ 准备SD卡：将SD卡(几百MB容量以上,这里使用8GB)分为2个分区，第一个分区为FAT32格式，一般几十MB即可，这里演示操作为1GB；另外一个分区为ext3格式，分配为剩下SD卡容量。

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$ sudo fdisk /dev/sdc

...

命令(输入 m 获取帮助)： p

Disk /dev/sdc: 7744 MB, 7744782336 bytes

255 heads, 63 sectors/track, 941 cylinders, total 15126528 sectors

Units = 扇区 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

设备 启动      起点          终点     块数   Id  系统

/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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./ 制作启动SD卡

// 复制Linux image 压缩包里面的kernel和device tree文件到FAT32分区

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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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// 复制Linux image 压缩包里面的rootfs文件夹内容到ext3分区

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$ cd .../Apalis_iMX6_LinuxImageV2.5

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

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./ 将SD卡插入Apalis Eva载板8-bit SD卡插槽, 开机上电进入uboot

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Apalis iMX6 # printenv

...

fdt_file=imx6q-apalis-eval.dtb //确保device tree文件和上面FAT32分区里面的命名一致

...

Apalis iMX6 # run sdboot

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./ 启动后就可以进行正常的应用开发测试了.

c). TFTP/NFS加载kernel/file system启动

./ 默认目标版系统和开发主机已经在同一局域网内并通过网内DHCP服务器自动取得IP地址，如果需要手动搭建DHCP服务器,请参考这里。

./ 配置TFTP Server

// 在Ubuntu 开发主机通过下面命令建立TFTP Server

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$ sudo apt-get install tftpd-hpa

$ sudo vi /etc/default/tftpd-hpa

//默认tftp server配置,也可以更换目录,不过需要修改目录group为”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

//如已经启动,重新加载配置,则可运行

$ sudo service tftpd-hpa force-reload

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// 复制kernel和device tree文件到TFTP Server文件夹

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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 开发主机通过下面命令建立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’为开发主机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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// 复制rootfs文件到NFS Server文件夹

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$ cd .../Apalis_iMX6_LinuxImageV2.5

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

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./ 配置Apalis i.MX6目标系统

//开机上电进入Uboot,修改如下参数

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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 = 目标板IP:NFS Server IP:网关:Mask

// 启动NFS boot

# run nfsboot

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5). 总结

由上可见，在ARM平台使用和开发的时候可以灵活利用各种启动方式，提供更为方便和高效的开发或使用过程。