嵌入式学习 day61-62：IMX6ULL驱动——系统移植

一、环境搭建

1. 双网卡配置

嵌入式开发中，Ubuntu 需要同时满足两个需求：

• 上外网：用 apt-get 下载软件。

• 和开发板通信：用 tftp 传文件、nfs 挂载根文件系统。

所以需要双网卡：

网卡	模式	用途
ens33	NAT	上外网
ens37	桥接	连接开发板

配置要点：

• 桥接模式必须桥接到有线网卡，不能选"自动"。

• Windows 端有线网卡 IP 设为 192.168.1.200，子网掩码 255.255.255.0，网关留空。

• 关闭 Windows 防火墙。

• Ubuntu 端 ens37 设为 192.168.1.100。

2. tftp 服务器

tftp 用于从 Ubuntu 下载内核镜像和设备树到开发板。

bash

sudo apt-get install tftpd-hpa tftp
sudo mkdir -p /home/linux/tftpboot
sudo chmod 0777 /home/linux/tftpboot
sudo vim /etc/default/tftpd-hpa

配置文件：

text

TFTP_USERNAME="tftp"
TFTP_DIRECTORY="/home/linux/tftpboot"
TFTP_ADDRESS=":69"
TFTP_OPTIONS="--secure -l -c"

重启服务：

bash

sudo systemctl restart tftpd-hpa

3. nfs 服务器

nfs 用于开发板挂载 Ubuntu 的根文件系统。

bash

sudo apt-get install nfs-kernel-server
sudo vim /etc/exports

添加：

text

/home/linux/nfs/rootfs *(rw,sync,no_subtree_check,no_root_squash)

重启服务：

bash

sudo systemctl restart nfs-kernel-server
sudo showmount -e

4. 交叉工具链

PDF 指定的是 gcc-linaro-4.9.4-2017.01 ，不能用 Ubuntu 自带的 11.4.0（会导致 GLIBC_2.34 not found）。

bash

sudo mkdir -p /home/linux/tools/opt
sudo tar -xvf gcc-linaro-4.9.4-2017.01-x86_64_arm-linux-gnueabihf.tar.xz -C /home/linux/tools/opt
vim ~/.bashrc

添加（放在 $PATH 前面）：

bash

export PATH=/home/linux/tools/opt/gcc-linaro-4.9.4-2017.01-x86_64_arm-linux-gnueabihf/bin:$PATH

生效并验证：

bash

source ~/.bashrc
arm-linux-gnueabihf-gcc -v   # 应显示 4.9.4

二、模式三：U-Boot + tftp + nfs

模式三是开发阶段最常用的方式：

1. U-Boot 烧写到 SD 卡。

2. zImage 和 dtb 通过 tftp 下载。

3. rootfs 通过 nfs 挂载。

U-Boot 配置

bash

setenv ipaddr 192.168.1.50
setenv ethaddr 00:04:9f:04:d2:35
setenv gatewayip 192.168.1.1
setenv netmask 255.255.255.0
setenv serverip 192.168.1.100
saveenv

# 分段设置 bootcmd，避免单条命令过长被截断
setenv bootcmd1 'tftp 80800000 zImage'
setenv bootcmd2 'tftp 83000000 imx6ull-alientek-emmc.dtb'
setenv bootcmd3 'bootz 80800000 - 83000000'
setenv bootcmd 'run bootcmd1; run bootcmd2; run bootcmd3'

setenv bootargs 'console=ttymxc0,115200 root=/dev/nfs nfsroot=192.168.1.100:/home/linux/nfs/rootfs rw ip=192.168.1.50:192.168.1.100:192.168.1.1:255.255.255.0::eth0:off'
saveenv

启动成功

text

VFS: Mounted root (nfs filesystem) on device 0:14.
Please press Enter to activate this console. 
/ # 

三、四个核心文件

模式三启动依赖四个关键文件，各自作用不同：

1. U-Boot（u-boot.imx）

• 作用：引导加载程序，负责硬件初始化、加载内核镜像、传递参数。

• 烧写位置：SD 卡。

• 启动流程：芯片上电 → bootROM → SPL → U-Boot → 内核。

• 核心功能：

  • 初始化 DDR、时钟、串口、网卡。

  • 提供命令行交互（=> 提示符）。

  • 通过 tftp 下载内核和设备树。

  • 通过 bootz 启动内核。

2. zImage（zImage）

• 作用：Linux 内核镜像，操作系统的核心。

• 加载方式 ：通过 tftp 下载到内存地址 80800000。

• 功能：进程调度、内存管理、虚拟文件系统、网络接口、进程间通信。

• 启动后 ：根据 bootargs 挂载根文件系统。

3. 设备树（imx6ull-alientek-emmc.dtb）

• 作用：描述硬件平台的资源信息（寄存器地址、中断、时钟、GPIO 等）。

• 加载方式 ：通过 tftp 下载到内存地址 83000000。

• 来源 ：由 .dts 文件编译生成。

• 意义 ：Linux 3.x 以后，硬件信息从内核独立出来，驱动通过设备树获取硬件信息，实现设备与驱动分离。

4. 根文件系统（rootfs.tar.bz2）

• 作用：Linux 系统运行的基础，提供文件资源管理、用户交互等功能。

• 挂载方式 ：通过 nfs 挂载 Ubuntu 的 /home/linux/nfs/rootfs。

• 内容 ：/bin、/dev、/etc、/lib、/usr 等目录。

• 制作方式：用 BusyBox 构建（后续章节会讲）。

四个文件的关系

text

U-Boot (SD卡)
    ↓ 初始化硬件，提供命令行
    ↓ tftp 下载
zImage (内存 80800000) + 设备树 (内存 83000000)
    ↓ bootz 启动
内核启动
    ↓ 根据 bootargs
根文件系统 (nfs 挂载 /home/linux/nfs/rootfs)
    ↓
进入 Linux 系统

简单理解：

• U-Boot：搬运工，负责把内核和设备树搬到内存。

• zImage：操作系统核心，负责管理硬件和进程。

• 设备树：硬件说明书，告诉内核硬件长什么样。

• 根文件系统：用户空间，提供命令、库、配置文件。

四、内核编译及裁剪

内核编译是驱动开发的基础，重点搞懂：

1. 编译流程

bash

make ARCH=arm CROSS_COMPILE=arm-linux-gnueabihf- distclean
make ARCH=arm CROSS_COMPILE=arm-linux-gnueabihf- imx_alientek_emmc_defconfig
make ARCH=arm CROSS_COMPILE=arm-linux-gnueabihf- menuconfig
make ARCH=arm CROSS_COMPILE=arm-linux-gnueabihf- all -j16

生成：

• arch/arm/boot/zImage：内核镜像。

• arch/arm/boot/dts/imx6ull-alientek-emmc.dtb：设备树。

2. 内核源码结构

目录	内容
arch	架构相关代码
drivers	设备驱动（重点）
fs	文件系统
kernel	内核核心
mm	内存管理
net	网络协议栈

3. 设备树

Linux 3.x 以后，硬件信息从内核独立出来，称为设备树：

• .dts：设备树源码。

• .dtb：编译后的二进制。

• 驱动通过设备树获取寄存器地址、中断、GPIO 等信息。

4. 内核里的汇编

内核里 95% 以上是 C 语言，汇编只在：

• 架构相关启动代码（head.S）。

• 上下文切换。

• 原子操作。

写驱动不需要汇编，用 C 语言就行。

五、总结

嵌入式开发环境搭建是驱动开发的基础，核心要点如下：

1. 双网卡配置：Ubuntu 需要同时满足上外网和与开发板通信两个需求。NAT 模式负责上外网，桥接模式负责与开发板连接，桥接必须桥接到有线网卡。

2. tftp 服务器 ：用于开发板从 Ubuntu 下载内核镜像和设备树文件，管理目录为 /home/linux/tftpboot。

3. nfs 服务器 ：用于开发板挂载 Ubuntu 的根文件系统，共享目录为 /home/linux/nfs/rootfs，实现 Ubuntu 与开发板之间的文件实时同步。

4. 交叉工具链：PDF 指定的是 gcc-linaro-4.9.4，用于在 x86 平台上编译能在 ARM 平台运行的代码，是驱动开发和应用程序编译的基础。

5. 四个核心文件：

   • U-Boot：引导加载程序，负责硬件初始化和加载内核。

   • zImage：Linux 内核镜像，操作系统的核心。

   • dtb：设备树，描述硬件资源信息，实现设备与驱动分离。

   • rootfs：根文件系统，提供文件资源和用户交互。

6. 内核编译及裁剪：内核里 95% 以上是 C 语言，汇编只涉及启动代码、上下文切换、原子操作。写驱动不需要汇编，用 C 语言即可。设备树是重点，驱动通过设备树获取硬件信息。

7. 模式三：U-Boot 烧写到 SD 卡，zImage 和 dtb 通过 tftp 下载，rootfs 通过 nfs 挂载。这是开发阶段最常用的方式，修改内核或文件系统后无需重新烧录，重启即可加载最新版本。