i.MX6ULL 嵌入式 Linux 系统移植

2401_862880822026-10-09 9:09

适用正点原子 I.MX6ULL‑MINI/ALPHA（512MB DDR3L、eMMC 版本），完整覆盖环境准备、三大镜像、3 种烧录模式、U‑Boot、内核编译、rootfs、SD 卡分区布局、uboot 环境变量、常见错误排查，所有操作均标注风险点，防止配置错误。

一、系统移植基础概念

1、Linux 系统由 3 部分组成，缺一不可

组件 文件名称 作用
U‑Boot(bootloader) u‑boot.imx 上电初始化硬件 DDR / 时钟，加载内核、传递启动参数，引导 Linux 内核启动
Linux 内核 zImage + xxx.dtb设备树 内核实现内存管理、进程调度、网络、虚拟文件系统；Linux3.0 以后硬件资源独立为设备树 dtb 文件，不再编译进 zImage
根文件系统 rootfs rootfs.tar.bz2 用户态程序、库、配置脚本，提供人机交互，内核挂载后才有 shell 终端

完整启动链路 ：U‑Boot → zImage + dtb设备树 → rootfs根文件系统

2、开发板启动拨码开关（eMMC 版本，0 代表 OFF，1 代表 ON）

（1）USB 启动 (烧录模式)：01000000：用于 mfgtool 通过 OTG 烧写系统

烧写 SD 卡：开发板先上电识别设备，之后再插入 SD 卡

烧写 EMMC：上电前拔掉 SD 卡，否则识别失败

（2）SD 卡启动 (开发调试)：10000010：系统放在 SD 卡，开发阶段频繁调试使用

（3）EMMC 启动 (产品量产)：10100110：系统固化板载 eMMC，脱离 SD 卡独立运行

硬件注意：OTG 口只负责数据通信，开发板必须外接 12V 电源适配器供电，不能依靠 USB 线供电

3、SD 卡存储布局（imx6mksdboot.sh 脚本生成）

位置 内容说明
0 扇区（512 字节） MBR 分区表
1KB 偏移处开始 存放 U‑Boot（IVT/DCD/uboot 本体，最大 1MB），禁止改写 SD 卡前两个扇区，会破坏分区表
分区 1 FAT32（64MB） 挂载 /boot；存放zImage、imx6ull‑alientek‑emmc.dtb
分区 2 EXT3（剩余全部空间） 挂载 /；完整 rootfs 根文件系统，包含 bin、etc、lib、usr、modules 内核模块

4、三种烧录模式对比

模式 使用场景 优缺点
模式 1：烧写至 SD 卡 前期开发、系统恢复、裸机后跑 Linux 简单；SD 卡速度有限，不适合量产
模式 2：烧写至板载 eMMC 产品量产，最终交付版本 固化到板载存储，脱离 SD 卡；烧录时间约 5 分钟
模式 3：SD 卡存 uboot + TFTP 下载 zImage/dtb + NFS 挂载 rootfs 驱动开发高频调试（最推荐开发模式） 不需要反复烧写存储介质；修改内核 / 设备树 / 根文件直接在 Ubuntu 服务器替换，重启板子即生效；依赖网络环境

二、前期 Ubuntu 开发环境搭建

1、双网卡虚拟机配置（重中之重，极易出错）

目标：网卡 1 NAT 模式，访问外网 apt 下载软件；网卡 2 桥接模式，直连开发板网线，作为 TFTP/NFS 服务器。

（1）VMware 添加 2 块网络适配器

  • 适配器 1：NAT 模式，负责访问互联网
  • 适配器 2：桥接模式，桥接到电脑有线网卡（不要桥接 WiFi） ，静态 IP：192.168.1.100，子网掩码255.255.255.0，网关192.168.1.1

VMnet0必须桥接到以太网接口，后续才能与开发板通信

2、必须安装全套工具

复制代码 
#串口工具 minicom
sudo apt‑get install minicom
#TFTP服务器
sudo apt‑get install tftpd‑hpa tftp
#NFS服务器
sudo apt‑get install nfs‑kernel‑server
#编译uboot、内核依赖
sudo apt‑get install libncurses5‑dev bison flex lzop
#ctags代码阅读
sudo apt‑get install ctags cscope
① minicom 串口配置
复制代码 
sudo minicom -s
Serial port setup：
Serial Device：`/dev/ttyUSB0`
Bps/Par/Bits：`115200 8N1`
Hardware Flow Control：**No（关闭硬件流控！不关闭串口无输出）**
Save setup as dfl，保存默认配置。
退出：`Ctrl+A`，按下`Q`。

Windows 端可以使用 MobaXterm，COM 口，波特率 115200，流控 None。

② TFTP 服务器配置

配置文件 /etc/default/tftpd‑hpa

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

创建目录赋权限

复制代码 
mkdir /home/linux/tftpboot
chmod 0777 /home/linux/tftpboot
sudo service tftpd‑hpa restart

把zImage、dtb放到该目录，开发板 uboot 通过 tftp 下载。

③ NFS 服务器配置

编辑/etc/exports

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

no_root_squash：开发板 root 用户拥有服务器目录权限，开发调试必须；生产环境不建议。

复制代码 
mkdir -p /home/linux/nfs/rootfs
chmod 0777 /home/linux/nfs /home/linux/nfs/rootfs
sudo service nfs‑kernel‑server restart
#验证共享目录是否生效
showmount -e
④ 交叉工具链配置

工具链：gcc‑linaro‑4.9.4‑2017.01‑x86_64_arm‑linux‑gnueabihf.tar.xz 解压，添加 PATH 环境变量，写入~/.bashrc末尾

复制代码 
export PATH=$PATH:/home/linux/tools/opt/gcc‑linaro‑4.9.4‑2017.01‑x86_64_arm‑linux‑gnueabihf/bin

生效：source ~/.bashrc 验证：arm‑linux‑gnueabihf‑gcc -v

三、模式一：烧写系统到 SD 卡（Windows MfgTool / Ubuntu 脚本两种方案）

Windows MfgTool 烧写 SD 卡

重要避坑清单

  • mfgtool 解压路径绝对不能有中文、空格，推荐放在 D 盘根目录，使用 7‑zip/WinRAR 解压，不要 Windows 自带解压，长文件名会解压失败。
  • 关闭 VMware 虚拟机！！！ 防止 OTG 设备被虚拟机抢占，Windows 设备管理器识别到「符合 HID 标准的供应商定义设备」才算识别成功。
  • 开发板拨码：USB 启动01000000，12V 电源接好，OTG Type‑C 连接 PC；上电之后再插入 SD 卡！！！
  • 双击脚本：Mfgtool2‑eMMC‑ddr512‑SDCard.vbs
  • 点击 Start，等待约 5 分钟烧录完成。
  • 烧录完成断电，修改拨码为 SD 卡启动模式，重新上电，串口即可看到 Linux 启动日志。

Ubuntu 脚本烧写 SD 卡

  • SD 卡插入读卡器接入虚拟机，查看设备名：sudo fdisk -l，确认 SD 卡为/dev/sdb（⚠️千万不要写成系统硬盘 /dev/sda！！！会销毁电脑系统）

  • 将 mfgtool 中Profiles/Linux/OS Firmware/files文件夹拷贝到 Ubuntu。

  • 修复脚本 bug：imx6mksdboot.sh第 221 行变量名PARITION2修改为PARTITION2。

  • 执行烧录脚本

    sudo ./imx6mksdboot.sh -device /dev/sdb -flash emmc -ddrsize 512

脚本执行完毕，SD 卡拔出插到开发板，拨码切 SD 卡启动，上电启动。

四、模式二：烧写系统到 eMMC（量产模式）

Windows MfgTool 烧写 eMMC

  • mfgtool 路径无中文，关闭虚拟机。
  • 开发板：拨码 USB 启动01000000，上电前拔掉 SD 卡，12V 供电，OTG 接 PC。
  • 双击脚本Mfgtool2‑eMMC‑ddr512‑eMMC.vbs
  • 识别设备后点击 Start，等待约 5 分钟烧录结束。
  • 断电，拨码修改为 EMMC 启动模式，上电运行。

Ubuntu 下烧写 eMMC

⚠️不能直接脚本写 eMMC；需要先 SD 卡启动开发板，板子 Linux 系统运行后，再执行烧写脚本。

  • 先把 SD 卡烧写出厂系统，SD 卡启动开发板。

  • 网线连接虚拟机与开发板，minicom 串口连接。

  • 开发板挂载 Ubuntu 的 NFS 共享目录

    mount -o nolock,rw,nfsvers=3 192.168.1.100:/home/linux/nfs/rootfs /mnt

files 文件夹放到 nfs 共享目录；在开发板终端（minicom）进入 /mnt/files，给脚本增加执行权限，运行：

复制代码 
chmod +x imx6mkemmcboot.sh
./imx6mkemmcboot.sh -device /dev/mmcblk1 -ddrsize 512

烧录完成断电，拨码切换 EMMC 启动。

五、模式三：网络开发模式（SD 卡存 U‑Boot，TFTP 下载内核 DTB，NFS 挂载 rootfs）【驱动开发首选】

优势：修改 zImage、dtb、rootfs，直接替换 Ubuntu 服务器文件，重启板子即可生效，不需要反复烧写 Flash。

步骤

  1. 使用模式一把 uboot 烧写到 SD 卡，开发板拨码 SD 卡启动。

  2. 将编译得到zImage、imx6ull‑alientek‑emmc.dtb拷贝到 Ubuntu 的/home/linux/tftpboot目录。

  3. 将rootfs.tar.bz2解压到/home/linux/nfs/rootfs目录（解压务必加 sudo，权限不会出错）

    sudo tar -xvf rootfs.tar.bz2

  4. 开发板上电，串口按任意键进入 U‑Boot 命令行。

  5. 配置 uboot 环境变量（IP 地址按自己的实际网段修改！！！）

    env default -a #恢复uboot默认环境变量
    saveenv
    #网络参数
    setenv ipaddr 192.168.1.50 #开发板IP
    setenv ethaddr 00:04:9f:04:d2:35 #MAC地址，不要重复
    setenv gatewayip 192.168.1.1
    setenv netmask 255.255.255.0
    setenv serverip 192.168.1.100 #Ubuntu虚拟机IP
    saveenv
    #bootcmd：uboot倒计时自动执行，tftp下载zImage、dtb到DDR内存
    setenv bootcmd 'tftp 80800000 zImage;tftp 83000000 imx6ull‑alientek‑emmc.dtb;bootz 80800000 - 83000000'
    saveenv
    #bootargs：内核启动参数，nfs挂载根文件系统，必须指定nfsvers=3
    setenv bootargs 'console=ttymxc0,115200 root=/dev/nfs nfsroot=192.168.1.100:/home/linux/nfs/rootfs,proto=tcp,nfsvers=3 rw ip=192.168.1.50:192.168.1.100:192.168.1.1:255.255.255.0::eth0:off'
    saveenv
    reset #重启开发板，自动网络启动Linux

验证网络：uboot 命令行执行 ping 192.168.1.100，必须 ping 通，否则 tftp/nfs 全部失败。uboot 下 ping 只能开发板 ping 虚拟机，虚拟机 ping 不通开发板，单向通信属于正常现象。

六、U‑Boot 编译（i.MX6ULL）

解压 uboot 源码

复制代码 
tar -zxvf uboot.tar.gz
cd uboot

编译命令

复制代码 
#清理
make ARCH=arm CROSS_COMPILE=arm‑linux‑gnueabihf‑ distclean
#加载默认配置
make ARCH=arm CROSS_COMPILE=arm‑linux‑gnueabihf‑ imx6ull_alientek_emmc_defconfig
#编译，‑j16根据CPU核心数调整
make V=0 ARCH=arm CROSS_COMPILE=arm‑linux‑gnueabihf‑ -j16

输出产物：顶层目录 u‑boot.imx（给 i.MX 芯片烧录的完整镜像，包含 IVT/DCD 头信息）。

i.MX6ULL 启动三阶段回顾

  • ROM (iROM) 阶段：芯片内部固化 ROM，上电运行，读取启动介质前 4KB 的 IVT/DCD，初始化基础时钟，把 SPL 加载到 OCRAM 片上 SRAM（仅 128KB）。
  • SPL 第一阶段 U‑Boot：运行片内 OCRAM；初始化 DDR 内存，把完整 uboot 拷贝到 DDR（0x87800000）。
  • 第二阶段 U‑Boot ：DDR 内存运行；初始化外设，提供命令行，加载 zImage/dtb，调用bootz启动 Linux 内核。

U‑Boot 高频核心命令

  1. 环境变量：printenv查看、setenv设置、saveenv保存到存储介质

  2. 网络：ping、tftp 内存地址 文件名、nfs

  3. MMC 操作：

    mmc dev 0 #SD卡
    mmc dev 1 #eMMC
    fatload mmc 1:1 80800000 zImage #从mmc1的分区1读取zImage到DDR内存

启动命令： bootz 80800000 - 83000000：启动 zImage，

第二个参数 initrd 填‑代表无 ramdisk，

第三个参数 dtb 地址。

boot：执行 bootenv 中 bootcmd 环境变量。

七、Linux 内核编译（版本 Linux4.1.15）

复制代码 
tar -zxvf linux‑imx‑rel_imx_4.1.15_2.1.0_ga_alientek.tar.gz
cd linux‑imx‑rel_imx_4.1.15_2.1.0_ga_alientek
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 #图形化裁剪内核
make ARCH=arm CROSS_COMPILE=arm‑linux‑gnueabihf‑ all -j16

编译输出产物：

  1. 内核镜像：arch/arm/boot/zImage
  2. 设备树二进制：arch/arm/boot/dts/imx6ull‑alientek‑emmc.dtb

拷贝到 tftpboot 目录，供开发板下载：

复制代码 
cp arch/arm/boot/zImage ~/tftpboot/
cp arch/arm/boot/dts/imx6ull‑alientek‑emmc.dtb ~/tftpboot/

内核启动流程简述

head.S(_stext入口) → start_kernel() → rest_init() → kernel_init() → 挂载rootfs → 执行init进程，启动用户空间

八、rootfs 根文件系统

解压 rootfs.tar.bz2，NFS 模式必须解压到 nfs 共享目录，解压必须 sudo，否则权限丢失。 rootfs 启动流程 内核挂载 rootfs → 执行linuxrc → /etc/inittab → /etc/init.d/rcS → mount‑a 读取/etc/fstab挂载各个文件系统 → 启动 shell 交互终端。

/etc/inittab关键：askfirst会打印提示Please press Enter to activate this console，按下回车出现串口命令行。

九、EMMC 启动的 uboot 环境变量参考（烧录到 eMMC 后）

复制代码 
setenv bootcmd 'mmc dev 1; fatload mmc 1:1 80800000 zImage; fatload mmc 1:1 83000000 imx6ull‑alientek‑emmc.dtb; bootz 80800000 - 83000000;'
setenv bootargs 'console=ttymxc0,115200 root=/dev/mmcblk1p2 rootwait rw'
saveenv

mmc dev 1 代表 eMMC；root=/dev/mmcblk1p2 eMMC 的第二个分区，rootfs 存放位置；rootwait等待存储设备就绪，必须加上，否则内核启动找不到根文件系统。

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