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IMX6Q的SD卡启动使用教程【超完整】（1）：uboot与kernel编译移植
本文主要介绍的是NXP官方开发板imx6q-sabresdSD卡烧写启动教程。
前言
本文操作环境为ubutnu18，需要准备好交叉编译工具链（本文不讨论）。启动资源版本：
- linux5.4
- uboot2021
注：
本文中，参考了正点原子IMX6ULL的教程，有些步骤不再详细描述，有时间会修改文章，进行详细补充。
一、准备启动SD卡
在进行资源编译移植时，需要准备一卡能够启动的SD卡，进行合适的SD卡分区与格式化。其过程主要使用到linux在的fdisk与mkfs工具。
本文不再介绍如何格式化SD卡，可参考大佬的教程：基于Ubuntu的linux环境制作嵌入式SD/TF启动卡
二、编译移植uboot
2.1 uboot下载
IMX6Q官方uboot地址为：https://source.codeaurora.org/external/imx/uboot-imx/
其中包括多个版本，供选下载，以下载最新的uboot2021为例：
下载命令为：
git clone https://source.codeaurora.org/external/imx/uboot-imx -b lf_v2021.04 --depth=1
下载结果为：
xxx@ubuntu:~/imx$ ls
uboot-imx
2.2 uboot编译
2.2.1 修改顶层Makefile
修改顶层Makefile，添加自己的交叉编译工具。如下图
2.2.2 编译配置
执行编译配置命令
make mx6qsabresd_defconfig
2.2.3 编译
执行编译命令
make -j4
编译完成后，在uboot顶层目录生成uboot镜像u-boot-dtb.imx。
2.3 uboot烧录
将生成的uboot镜像烧录至准备好的SD中，其命令为
sudo dd if=u-boot-dtb.imx of=/dev/sdb bs=512 seek=2 && sync
其中参数为含义为：
- dd：烧写命令
- if：需要烧录的文件（uboot镜像）
- of：被烧录的设备（SD卡）
- bs：扇区大小（一般默认都为512byte）
- seek：烧录至哪个扇区（IMX6Q为第二个扇区）
- sync：确保烧录完整
至此，将SD卡插入开发板，设置为SD启动，上电就能打印uboot的启动log。（疑问：如何设置SD卡启动？通过硬件拨码？）
三、编译移植kernel
3.1 kernel下载
IMX6Q官方linux地址为：https://source.codeaurora.org/external/imx/linux-imx/
其中包括多个版本，供选下载，以下载linux5.4为例，下载命令为
git clone https://source.codeaurora.org/external/imx/linux-imx -b imx_5.4.70_2.3.0 --depth=1
下载结果为
xxx@ubuntu:~/imx$ ls
linux-imx uboot-imx
3.2 kernel编译
3.2.1 编译方法
kernel编译使用脚本形式，在顶层目录下创建shell脚本文件
vim build.sh
build.sh脚本文件的内容为：
#!/bin/sh
#编译配置，第一次编译时使用，其他时候需屏蔽
make ARCH=arm imx_v7_defconfig CROSS_COMPILE=arm-none-eabi-
#编译
make ARCH=arm CROSS_COMPILE=arm-none-eabi- -j4
3.2.2 编译后的产物
执行完编译命令后，会生设备树与kernel的镜像，其路径分别为
设备树：linux-imx/arch/arm/boot/dts/imx6q-sabresd.dtb
kernel：linux-imx/arch/arm/boot/zImage
四、kernel加载方法
编译完成的kernel镜像，需要加载至DDR中运行，此过程有uboot完成，作为开发者只需要在uboot中配置好加载方式，一般的加载方法有
- TFTP加载（有网络）
- SD卡加载（无网络）
无论是哪种方式，只需要设置好uboot的环境变量即可。
4.1 TFTP方式加载kernel
在uboot启动后，进入交互模式，修改化境变量。修改uboot环境变量的命令主要有setenv、saveenv。
4.1.1 方法简述
IMX6Q uboot通过TFTP网络加载kernel，首先在虚拟机开启TFTP服务器，并创建TFTP文件夹，将kernel与设备树镜像拷贝至TFTP文件夹，此过程可参考正点原子教程。然后设置开发板的IP地址信息，最后使用ping命令，从虚拟机ping开发板。
其中设置虚拟机为TFTP服务器，并ping通开发板的步骤很重要，网上教程较多，限于文章篇幅，以后单独说明。
4.1.2 修改开发板IP
修改为自己环境的IP地址，命令为
#开发板IP，自己任意设置，但需要与主机同一网段
setenv ipaddr 169.254.xxx.xxx
setenv gatewayip 169.254.xxx.xxx
setenv netmask 255.255.255.0
#虚拟机即主机的IP，自己ifconfig参看
setenv serverip 169.254.xxx.xxx
#保存环境变量
saveenv
设置完IP后，重新启动，在虚拟机上ping开发板。能通，万事大吉！怎样都不通，不要放弃，参考SD加载kernel的方式，直接到4.2小节。
4.1.3 设置TFTP加载方式
修改环境变量，设置TFTP加载方式，涉及到的环境变量为bootcmd
#设置命令
setenv bootcmd 'tftpboot 0x15000000 zImage;tftpboot 0x14000000 imx6q-sabresd.dtb;bootz 0x15000000 - 0x14000000'
#保存环境变量
saveenv
上述内容中，主要分为三个步骤：
- tftpboot 0x15000000 zImage：从TFTP服务器加载内核镜像
- tftpboot 0x14000000 imx6q-sabresd.dtb：从TFTP服务器加载设备树
- bootz 0x15000000 - 0x14000000：启动内核
4.2 SD卡加载kernel
在无网络的情况下，使用此方法，会减少开发难度。
SD卡分区且格式化完成后，将kernel与设备树镜像拷贝至分区中（任意分区，推荐第一个分区）即可。默认的bootcmd环境变量，检索mmc下是否存在指定名称的kernel与设备设备镜像。
bootcmd=run findfdt;run findtee;mmc dev ${mmcdev};if mmc rescan; then if run loadbootscript; then run bootscript; else if run loadimage; then run mmcboot; else run netboot; fi; fi; else run netboot; fi
注：
看！SD卡加载kernel镜像的方式是不是很简单，只需要把镜像拷贝至SD中即可。
其实其过程uboot帮我们完成了工作，uboot，牛！
五，根文件系统加载
嵌入式系统的三大件：uboot、linux、rootfs，我们已经完成两步，只差rootfs了。
5.1 制作根文件系统
uboot、linux都是从NXP官网获取得到，而rootfs，需要我们自己的制作。
制作rootfs的方法有很多，使用最多最简单的就是通过交叉编译busybox得到幸。幸运是此教程网上较多，不在本文讨论，后续会另更新文章描述。
IMX6Q的SD卡启动使用教程【超完整】（2）：busybox交叉编译根文件系统
本节主要介绍的是根文件系统加载方法，主要有
- NFS挂载（有网络）
- SD加载（无网络）
在uboot启动后，进入交互模式，修改化境变量，设置启动方式。
5.2 NFS挂载根文件系统
5.2.1 方法简述
此方法的前提是，开发板能够与虚拟机ping通。
IMX6Q 通过NFS挂载根文件系统，首先要在虚拟机开启NFS功能，此过程可参考正点原子教程。然后创建NFS目录，并根文件系统复制到NFS目录中。
虚拟机开启NFS功能，设置NFS挂载环境，网上教程较多，本文不再描述，后续系列文章会补充。（如果时间）
5.2.2 修改uboot环境变量
主要修改的是bootargs环境变量，根据自己的开发环境设置，其内容为
#1.先修改bootargs
setenv bootargs 'console=ttymxc0,115200 root=/dev/nfs nfsroot=169.254.17.100:/home/xxx/nfs,proto=tcp rw ip=169.254.17.229:169.254.17.100:169.254.17.1:255.255.255.0::eth0:off'
#2. 保存环境变量
saveenv
- console：串口参数
- root：kernel以NFS形式加载文件系统
- nfsroot：NFS参数，169.254.17.100为虚拟机地址，169.254.17.229为开发板地址
修改bootargs环境变量，并保存。重启开发板，成功加载根文件系统，进入shell交互，一顿ls操作，万事大吉！
5.3 SD加载根文件系统
如果网络不通，可使用SD加载根文件系统。修改uboot中的bootargs 与mmcargs环境变量
#1.先修改bootargs
setenv bootargs 'console=ttymxc0,115200 root=/dev/mmcblk2p2 rootwait rw'
#2.再修改mmcargs
setenv mmcargs 'console=ttymxc0,115200 root=/dev/mmcblk2p2 rootwait rw'
#3. 保存环境变量
saveenv
其中root=/dev/mmcblk2p2是文件系统存放的SD分区。本文将制作完成的rootfs拷贝到第二个SD分区中，因此设置为/dev/mmcblk2p2，根据个人情况设置。
总结
经过上述5个步骤，即可实现uboot引导linux，加载文件系统的工作。整个流程是一个linux嵌入式工程师必备技能，其中会遇到很多问题，需要自己一一解决并总结。幸运的是大部分问题网上都能找到解决方案，重要的是坚持！
后续会补充文中没有详细展开的内容，包括根文件系统制作、NFS\TFPT启动等。
还准备手把手教如何在IMX6Q上移植ubuntu20根文件系统并安装桌面，制作属于自己的嵌入式开发板环境。
IMX6Q的SD卡启动使用教程【超完整】（2）：busybox交叉编译根文件系统
在上一篇文章【（1）uboot与kernel编译移植】中需要将自己的根文件系统通过NFS挂载或SD加载的形式来启动linux系统，本文将介绍如何制作是属于自己的根文件系统。
下载busybox资源
busybox下载地址为busybox资源，本教程下载版本为busybox-1.29.1.tar.bz2。
设置编译器
在交叉编译前，需要在虚拟机上准备好自己的交叉编译工具链，本文如下
export PATH=$PATH:/usr/local/arm/gcc-linaro-4.9.4-2017.01-x86_64_arm-linux-gnueabi/bin
解压压缩包
解压压缩包：tar -xvf busybox-1.29.1.tar.bz2
修改顶层Makefile
修改顶层Makefile，添加编译器与芯片架构信息:
#164行
CROSS_COMPILE ?= arm-linux-gnueabi-
#190行
ARCH ?= arm
配置menuconfig
- 根我们编译 Uboot、 Linux kernel 一样，我们要先对 busybox 进行默认的配置 。
make defconfig - 配置menuconfig 执行
make menuconfigLocation: -> Settings -> Build static binary (no shared libs)
Location:
-> Settings
-> vi-style line editing commands
Location:
-> Linux Module Utilities
-> Simplified modutils
Location:
-> Linux System Utilities
-> mdev (16 kb)//确保下面的全部选中，默认都是选中的
Location:
-> Settings
-> Support Unicode //选中
-> Check $LC_ALL, $LC_CTYPE and $LANG environment variables //选中
Location:
->Coreutils
->sync
Location:
->Linux System Utilities
->nsenter
编译与安装
执行编译命令：
make -j4
安装命令：
# CONFIG_PREFIX安装目录需要自己创建
make install CONFIG_PREFIX=/home/wcs/4412/rootfs/rootfs
添加库文件
- 向rootfs下/lib添加库
将编译器路径下的库，添加到向rootfs下/lib添加库。
先在rootfs下创建lib文件
然后拷贝库文件mkdir lib# 1.进入编译器库目录 cd /usr/local/arm/gcc-linaro-4.9.4-2017.01-x86_64_arm-linux-gnueabi/arm-linux-gnueabi/libc/lib #2.拷贝库 cp *.so* *.a /home/wcs/4412/rootfs/rootfs/lib -d # 3.进入编译器库目录 cd /usr/local/arm/gcc-linaro-4.9.4-2017.01-x86_64_arm-linux-gnueabi/arm-linux-gnueabi/lib #4.拷贝库 cp *.so* *.a /home/wcs/4412/rootfs/rootfs/lib -d - 向rootfs下/usr/lib添加库
先在rootfs的use下创建lib文件
然后拷贝库文件mkdir lib# 1.进入编译器库目录 cd /usr/local/arm/gcc-linaro-4.9.4-2017.01-x86_64_arm-linux-gnueabi/arm-linux-gnueabi/libc/usr/lib #2.拷贝库 cp *.so* *.a /home/wcs/4412/rootfs/rootfs/usr/lib/ -d
至此文件系统已经移植完成，通过NFS挂载来验证，其结果为：
完善文件系统
- 在系统起来时，报
can't run '/etc/init.d/rcS': No such file or directory，需创建文件/etc/init.d/rcS。
rcS 是个 shell 脚本， Linux 内核启动以后需要启动一些服务，而 rcS 就是规定启动哪些文件的脚本文件。
# 1.创建etc目录
mkdir etc
# 2.创建init.d目录
mkdir init.d
# 3.创建rcS文件
vim rcS
# 4.rcS文件添加内容
#!/bin/sh
PATH=/sbin:/bin:/usr/sbin:/usr/bin:$PATH#保存着可执行文件可能存在的目录
LD_LIBRARY_PATH=$LD_LIBRARY_PATH:/lib:/usr/lib#保存着库文件所在的目录
export PATH LD_LIBRARY_PATH
mount -a #命令来挂载所有的文件系统，这些文件系统由文件/etc/fstab 来指定
mkdir /dev/pts #创建目录/dev/pts，然后将 devpts 挂载到/dev/pts 目录中。
mount -t devpts devpts /dev/pts
mdev -s
# 5.修改权限
chmod 777 rcS
-
创建/etc/fstab文件
在 rootfs中创建/etc/fstab文件，fstab在Linux开机以后自动配置哪些需要自动挂载的分区，格式如下：
：要挂载的特殊的设备，也可以是块设备，比如/dev/sda 等等。
：挂载点。
：文件系统类型，比如 ext2、ext3、proc、romfs、tmpfs 等等。
：挂载选项，在Ubuntu 中输入“man mount”命令可以查看具体的选项。一般使用 defaults，也就是默认选项，defaults 包含了 rw、suid、 dev、 exec、 auto、 nouser 和 async。
：为 1 的话表示允许备份，为 0 不备份，一般不备份，因此设置为 0。
：磁盘检查设置，为 0 表示不检查。根目录‘/’设置为 1，其他的都不能设置为 1，其他的分区从 2 开始。一般不在 fstab 中挂载根目录，因此这里一般设置为 0。# 1.创建fstab文件 mkdir fdtab # 2.添加内容 #<file system> <mount point> <type> <options> <dump> <pass> proc /proc proc defaults 0 0 tmpfs /tmp tmpfs defaults 0 0 sysfs /sys sysfs defaults 0 0 -
创建/etc/inittab文件
inittab 的详细内容可以参考 busybox 下的文件 examples/inittab。 init 程序会读取/etc/inittab这个文件， inittab 由若干条指令组成。# 1.创建inittab文件 vim inittab # 2.添加内容 #etc/inittab ::sysinit:/etc/init.d/rcS console::askfirst:-/bin/sh ::restart:/sbin/init ::ctrlaltdel:/sbin/reboot ::shutdown:/bin/umount -a -r ::shutdown:/sbin/swapoff -a第 2 行，系统启动以后自动运行/etc/init.d/rcS 这个脚本文件。（可设置启动测试脚本）
第 3 行，将 console 作为控制台终端，也就是 ttymxc0。
第 4 行，重启的话运行/sbin/init。
第 5 行，按下 ctrl+alt+del 组合键的话就运行/sbin/reboot，看来 ctrl+alt+del 组合键用于重启系统。
第 6 行，关机的时候执行/bin/umount，也就是卸载各个文件系统。
第 7 行，关机的时候执行/sbin/swapoff，也就是关闭交换分区。
NFS挂载busybox
使用IMX6Q开发板，通过NFS挂载根文件系统。
- 设置虚拟机为NFS服务器。
- 修改uboot中的bootargs参数。
setenv bootargs 'console=ttymxc0,115200 root=/dev/nfs nfsroot=169.254.17.100:/home/wcs/nfs,proto=tcp rw ip=169.254.17.229:169.254.17.100:169.254.17.1:255.255.255.0::eth0:off'169.254.17.229为开发板ip，169.254.17.100虚拟机ip
注：
本文参考正点原子以及网络教程
疑问：
- 如何打包到设备？
- 如何制作系统镜像、后续打包使用？