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X-011-UBOOT-使用bootm命令启动kernel(Bubblegum-96平台)

作者：wowo 发布于：2016-9-9 22:18 分类：X Project

1. 前言

我们在“X-010-UBOOT-使用booti命令启动kernel(Bubblegum-96平台)”中介绍了使用u-boot booti指令加载并运行ARM64 Image格式kernel的方法。与此同时，我们在“u-boot FIT image介绍”介绍了一种新的uImage（u-boot Image）格式----FIT uImage。本文将基于这两篇文章，介绍FIT uImage的编译、启动等方法，目的有二：

1）作为“u-boot FIT image介绍”的实践篇。

2）以后“X Project”和u-boot有关的image格式，将统一使用FIT uImage。

2. FIT uImage的生成

2.1 向unify kernel的目标迈进

“u-boot FIT image介绍”中提到了，为了实现unify kernel的目标，需要为不同的平台编译同一个kernel image。换句话说，就是要有相同的kernel defconfig文件。因此，以Bubblegum-96平台为例，我们要建立统一的defconfig文件----xprj_defconfig，步骤如下：

cd ./linux
make ARCH=arm64 allnoconfig
# 直接保存并退出
cp .config arch/arm64/configs/xprj_defconfig

# 生成的deconfig文件可参考
# https://github.com/wowotechX/linux/commit/1d9204207e91ffc21b845552db5756512274a37d

注1：记得我们在“X-010-UBOOT-使用booti命令启动kernel(Bubblegum-96平台)”中，为了删减kernel默认的配置项，累的死去活来的，其实有简便方法----make allnoconfig，会生成指定平台下能work的最小kernel。

与此同时，修改“X Project”的编译脚本，ARM64架构的版型，统一使用xprj_defconfig，如下：

diff --git a/Makefile b/Makefile
index b51d943..bd25f83 100644
--- a/Makefile
+++ b/Makefile
@@ -22,6 +22,10 @@ OUT_DIR=$(BUILD_DIR)/out
UBOOT_OUT_DIR=$(OUT_DIR)/u-boot
KERNEL_OUT_DIR=$(OUT_DIR)/linux

+ifeq ($(BOARD_ARCH), arm64)
+KERNEL_DEFCONFIG=xprj_defconfig
+endif
+
all: uboot kernel

clean: dfu-clean uboot-clean kernel-clean

@@ -59,13 +63,13 @@ uboot-clean:
#
kernel-config:
        mkdir -p $(KERNEL_OUT_DIR)
-       cp -f $(KERNEL_DIR)/arch/$(BOARD_ARCH)/configs/$(BOARD_NAME)_defconfig $(KERNEL_OUT_DIR)/.config
+       cp -f $(KERNEL_DIR)/arch/$(BOARD_ARCH)/configs/$(KERNEL_DEFCONFIG) $(KERNEL_OUT_DIR)/.config
        make -C $(KERNEL_DIR) KBUILD_OUTPUT=$(KERNEL_OUT_DIR) ARCH=$(BOARD_ARCH) menuconfig
-       cp -f $(KERNEL_OUT_DIR)/.config $(KERNEL_DIR)/arch/$(BOARD_ARCH)/configs/$(BOARD_NAME)_defconfig
+       cp -f $(KERNEL_OUT_DIR)/.config $(KERNEL_DIR)/arch/$(BOARD_ARCH)/configs/$(KERNEL_DEFCONFIG)

kernel:
        mkdir -p $(KERNEL_OUT_DIR)
-       make -C $(KERNEL_DIR) CROSS_COMPILE=$(CROSS_COMPILE) KBUILD_OUTPUT=$(KERNEL_OUT_DIR) ARCH=$(BOARD_ARCH) $(BOARD_NAME)_defconfig
+       make -C $(KERNEL_DIR) CROSS_COMPILE=$(CROSS_COMPILE) KBUILD_OUTPUT=$(KERNEL_OUT_DIR) ARCH=$(BOARD_ARCH) $(KERNEL_DEFCONFIG)
        make -C $(KERNEL_DIR) CROSS_COMPILE=$(CROSS_COMPILE) KBUILD_OUTPUT=$(KERNEL_OUT_DIR) ARCH=$(BOARD_ARCH) Image dtbs

kernel-clean:

具体可参考“https://github.com/wowotechX/build/commit/bba23bf1d63aabb797400185e4d6d764b651e3b6”。

2.2 基于新生成的kernel config，打开对bubblegum的支持（为了编译dtb文件）

CONFIG_ARCH_OWL=y

具体可参考“X-010-UBOOT-使用booti命令启动kernel(Bubblegum-96平台)”中有关的描述，patch文件如下：

https://github.com/wowotechX/linux/commit/9a4169ba5187d748a99c11d524bcd1238fd92408

2.3 增加.its文件

参考u-boot的例子，新建一个.its文件，名称为fit_uImage.its，如下：

cd ./build

cp ../u-boot/doc/uImage.FIT/kernel_fdt.its fit_uImage.its

根据x project的实际情况，修改its文件，增加Kernel image和dtb文件两个节点，如下（注意，这个its文件是有问题的，后面调试的时候再改）：

https://github.com/wowotechX/build/blob/b71ccd4c7530ec6c5aed7bab0cbd74f48f1fe48e/fit_uImage.its

与此同时，修改编译脚本，加入uImage的编译命令（make uImage），借助u-boot/tools目录下的mkimage工具，编译uImage：

+UIMAGE_ITS_FILE=$(BUILD_DIR)/fit_uImage.its
+UIMAGE_ITB_FILE=$(OUT_DIR)/xprj_uImage.itb
…
+uImage:
+     mkdir -p $(OUT_DIR)
+     $(UBOOT_OUT_DIR)/tools/mkimage -f $(UIMAGE_ITS_FILE) $(UIMAGE_ITB_FILE)

其中fit_uImage.its位于当前build目录；xprj_uImage.itb是将要生成的FIT uImage文件，位于./build/out目录；mkimage工具位于u-boot/tools目录，编译u-boot之后会自定生成。

2.4 编译生成FIT uImage

在build目录执行make kernel，生成kernel image和对应的dtb文件之后，再执行make uImage，即可将它们打包成FIT uImage。然后我们可以使用mkimage查看新生成的uImage的信息，如下：

pengo@ubuntu:~/work/xprj/build$ ./out/u-boot/tools/mkimage -l out/xprj_uImage.itb
FIT description: U-Boot uImage source file for X project
Created:         Sat Sep  3 00:05:17 2016
Image 0 (kernel@arm64)
  Description:  Unify(TODO) ARM64 Linux kernel
  Created:      Sat Sep  3 00:05:17 2016
  Type:         Kernel Image
  Compression:  uncompressed
  Data Size:    1229056 Bytes = 1200.25 kB = 1.17 MB
  Architecture: ARM
  OS:           Linux
  Load Address: 0x00080000
  Entry Point:  0x00080000
  Hash algo:    crc32
  Hash value:   ff814746
  Hash algo:    sha1
  Hash value:   db4b1b6f40827d88b2e754e795c432cddf41f9bf
Image 1 (fdt@bubblegum96)
  Description:  Flattened Device Tree blob for Bubblegum-96
  Created:      Sat Sep  3 00:05:17 2016
  Type:         Flat Device Tree
  Compression:  uncompressed
  Data Size:    181 Bytes = 0.18 kB = 0.00 MB
  Architecture: ARM
  Hash algo:    crc32
  Hash value:   8ee556df
  Hash algo:    sha1
  Hash value:   fd590fa50b2f79c18c736cfb410da70feadbfdaa
Default Configuration: 'conf@bubblegum96'
Configuration 0 (conf@bubblegum96)
  Description:  Boot Linux kernel with FDT blob
  Kernel:       kernel@arm64
  FDT:          fdt@bubblegum96

Image信息和fit_uImage.its中所描述的完全一致，说明如下：

包含两个Image：
       Image0，名称为kernel@arm64，类型是“Kernel Image”，Architecture为“ARM”，没有压缩，Load和Entry都是“0x00080000”；
       Image1，名称为fdt@bubblegum96，类型是“Flat Device Tree”，Architecture为“ARM”，没有压缩，Load和Entry未指定。

包含一个Configuration，名称为conf@bubblegum96，该Configuration共包括“kernel@arm64”和“fdt@bubblegum96”两个Image。

默认的Configuration就是conf@bubblegum96。

3. FIT uImage的启动

3.1 使用bootm启动FIT uImage

生成“xprj_uImage.itb”之后，我们可以使用DFU工具将它下载到板子的DDR中，并使用bootm命令启动它（有关bootm命令的支持，可参考“X-010-UBOOT-使用booti命令启动kernel(Bubblegum-96平台)”），如下^[1]：

# 执行spl image，初始化DDR
sudo ../tools/dfu/dfu bubblegum 0xe406b200 ../tools/actions/splboot.bin 1

# 将xprj_uImage.itb下载到DDR的收地址（最后一个参数表示不执行）
sudo ../tools/dfu/dfu bubblegum 0x0 ./out/xprj_uImage.itb 0

#下载并执行u-boot
sudo ../tools/dfu/dfu bubblegum 0x11000000 out/u-boot/u-boot-dtb.bin 1

启动到u-boot命令行执行，以xprj_uImage.itb所在的地址为参数，执行bootm命令，不幸的失败了，错误信息如下：

[xprj]# bootm 0x0
## Current stack ends at 0x3ffc14e0 *  kernel: cmdline image address = 0x00000000
## Loading kernel from FIT Image at 00000000 ...
No configuration specified, trying default...
Found default configuration: 'conf@bubblegum96'
   Using 'conf@bubblegum96' configuration
   Trying 'kernel@arm64' kernel subimage
     Description:  Unify(TODO) ARM64 Linux kernel
     Type:         Kernel Image
     Compression:  uncompressed
     Data Start:   0x000000ec
     Data Size:    1229056 Bytes = 1.2 MiB
     Architecture: ARM
     OS:           Linux
     Load Address: 0x00080000
     Entry Point:  0x00080000
     Hash node:    'hash@1'
     Hash algo:    crc32
     Hash value:   ff814746
     Hash len:     4
     Hash node:    'hash@2'
     Hash algo:    sha1
     Hash value:   db4b1b6f40827d88b2e754e795c432cddf41f9bf
     Hash len:     20
   Verifying Hash Integrity ... crc32 error!
Bad hash value for 'hash@1' hash node in 'kernel@arm64' image node
Bad Data Hash
ERROR: can't get kernel image!
Command failed, result=1

3.2 删掉.its文件中的hash节点

原来hash值错了，好像fit_uImage.its指定了hash节点，但是我们没有特意的为两个Image计算hash值，简单起见，先删掉吧，如下：

kernel@arm64 {
    description = "Unify(TODO) ARM64 Linux kernel";
    data = /incbin/("./out/linux/arch/arm64/boot/Image");
    type = "kernel";
    arch = "arm";
    os = "linux";
    compression = "none";
    load = <0x00080000>;
    entry = <0x00080000>;
};
fdt@bubblegum96 {
    description = "Flattened Device Tree blob for Bubblegum-96";
    data = /incbin/("./out/linux/arch/arm64/boot/dts/actions/s900-bubblegum.dtb");
    type = "flat_dt";
    arch = "arm";
    compression = "none";
};

重复3.1的步骤，再来一次，还有问题：

xprj]# bootm 0x0
## Current stack ends at 0x3ffc14e0 *  kernel: cmdline image address = 0x00000000
## Loading kernel from FIT Image at 00000000 ...
No configuration specified, trying default...
Found default configuration: 'conf@bubblegum96'
   Using 'conf@bubblegum96' configuration
   Trying 'kernel@arm64' kernel subimage
     Description:  Unify(TODO) ARM64 Linux kernel
     Type:         Kernel Image
     Compression:  uncompressed
     Data Start:   0x000000ec
     Data Size:    1229056 Bytes = 1.2 MiB
     Architecture: ARM
     OS:           Linux
     Load Address: 0x00080000
     Entry Point:  0x00080000
   Verifying Hash Integrity ... OK
Unsupported Architecture
ERROR: can't get kernel image!
Command failed, result=1

3.3 将架构修改为“arm64”

“Unsupported Architecture”，不支持的架构？在u-boot的source code中，查找一下架构有关的代码，原来要把arch改为arm64，如下：

kernel@arm64 {
    description = "Unify(TODO) ARM64 Linux kernel";
    data = /incbin/("./out/linux/arch/arm64/boot/Image");
    type = "kernel";
    arch = "arm64";
    os = "linux";
    compression = "none";
    load = <0x00080000>;
    entry = <0x00080000>;
};
fdt@bubblegum96 {
    description = "Flattened Device Tree blob for Bubblegum-96";
    data = /incbin/("./out/linux/arch/arm64/boot/dts/actions/s900-bubblegum.dtb");
    type = "flat_dt";
    arch = "arm64";
    compression = "none";
};

重复3.1的步骤，还有问题：

[xprj]# bootm 0x0
## Current stack ends at 0x3ffc14e0 *  kernel: cmdline image address = 0x00000000
## Loading kernel from FIT Image at 00000000 ...
No configuration specified, trying default...
Found default configuration: 'conf@bubblegum96'
   Using 'conf@bubblegum96' configuration
   Trying 'kernel@arm64' kernel subimage
     Description:  Unify(TODO) ARM64 Linux kernel
     Type:         Kernel Image
     Compression:  uncompressed
     Data Start:   0x000000ec
     Data Size:    1229056 Bytes = 1.2 MiB
     Architecture: AArch64
     OS:           Linux
     Load Address: 0x00080000
     Entry Point:  0x00080000
   Verifying Hash Integrity ... OK
   kernel data at 0x000000ec, len = 0x0012c100 (1229056)
*  ramdisk: using config 'conf@bubblegum96' from image at 0x00000000
*  ramdisk: no 'ramdisk' in config
   Loading Kernel Image ... OK
   kernel loaded at 0x00080000, end = 0x001ac100
images.os.start = 0x0, images.os.end = 0x12c8bb
images.os.load = 0x80000, load_end = 0x1ac100
ERROR: new format image overwritten - must RESET the board to recover
resetting ...
Command failed, result=-1

3.4 重新规划内存的使用

原来在xprj_uImage.itb中，我们指定Kernel image的load地址是0x80000，也就是说，u-boot在boot kernel之前，需要将kernel Image从itb文件中加载到load地址。但是，我们将itb文件放到0x0地址了，发生了覆盖，u-boot不允许，所以我们需要重新规划一下内存的使用，如下：

1）u-boot要在0x11000000（272M的位置）执行，并被relocated到DDR的底端。

2）kernel要在0x0执行，假设给它分配100M（0x6400000）的代码空间

3）那么，我们可以把itb文件上传到0x6400000处：

sudo ../tools/dfu/dfu bubblegum 0xe406b200 ../tools/actions/splboot.bin 1

sudo ../tools/dfu/dfu bubblegum 0x6400000 ./out/xprj_uImage.itb 0

sudo ../tools/dfu/dfu bubblegum 0x11000000 out/u-boot/u-boot-dtb.bin 1

再次执行bootm，成功了：

[xprj]# bootm 0x6400000
## Current stack ends at 0x3ffbc4e0 *  kernel: cmdline image address = 0x06400000
## Loading kernel from FIT Image at 06400000 ...
No configuration specified, trying default...
Found default configuration: 'conf@bubblegum96'
   Using 'conf@bubblegum96' configuration
   Trying 'kernel@arm64' kernel subimage
     Description:  Unify(TODO) ARM64 Linux kernel
     Type:         Kernel Image
     Compression:  uncompressed
     Data Start:   0x064000ec
     Data Size:    1229056 Bytes = 1.2 MiB
     Architecture: AArch64
     OS:           Linux
     Load Address: 0x00080000
     Entry Point:  0x00080000
   Verifying Hash Integrity ... OK
   kernel data at 0x064000ec, len = 0x0012c100 (1229056)
*  ramdisk: using config 'conf@bubblegum96' from image at 0x06400000
*  ramdisk: no 'ramdisk' in config
*  fdt: using config 'conf@bubblegum96' from image at 0x06400000
## Checking for 'FDT'/'FDT Image' at 06400000
## Loading fdt from FIT Image at 06400000 ...
   Using 'conf@bubblegum96' configuration
   Trying 'fdt@bubblegum96' fdt subimage
     Description:  Flattened Device Tree blob for Bubblegum-96
     Type:         Flat Device Tree
     Compression:  uncompressed
     Data Start:   0x0652c2b8
     Data Size:    181 Bytes = 181 Bytes
     Architecture: AArch64
   Verifying Hash Integrity ... OK
Can't get 'load' property from FIT 0x06400000, node: offset 1229352, name fdt@bubblegum96 (FDT_ERR_NOTFOUND)
   Booting using the fdt blob at 0x652c2b8
   of_flat_tree at 0x0652c2b8 size 0x000000b5
Initial value for argc=3
Final value for argc=3
   Loading Kernel Image ... OK
   kernel loaded at 0x00080000, end = 0x001ac100
using: FDT
## initrd_high = 0x3fffffff, copy_to_ram = 1
   ramdisk load start = 0x00000000, ramdisk load end = 0x00000000
## device tree at 000000000652c2b8 ... 000000000652c36c (len=12469 [0x30B5])
   Loading Device Tree to 000000003ffb8000, end 000000003ffbb0b4 ... OK
Initial value for argc=3
Final value for argc=3
## Transferring control to Linux (at address 80000)...
Starting kernel ...

从日志上可以看出：u-boot将kernel image加载到了load address（0x00080000）到0x001ac100的位置；由于我们没有指定FDT的加载地址，u-boot将它加载到了将FDT加载到了memory的高地址（0x3ffb8000）。

3.5 点亮LED，确认kernel执行成功

参考“X-010-UBOOT-使用booti命令启动kernel(Bubblegum-96平台)”有关的说明，插入点亮LED的代码，确认OK。

4. 总结和思考

经过上面的实践，我们得出如下的经验：

1）对uImage中某一个Image来说，u-boot会将它重新load到“load address“，因此，需要确保load address和uImage所在的memory区域不能重叠。

2）对于那些可被指定的Image，u-boot会跳转到”entry point“处执行，例如linux kernel。对ARM64而言，”load address“和”entry address“是相同的。

另外，其实FIT uImage离unify kernel的目标还有一段距离，因为当前还有如下的不足：

1）虽然可以指定多个Image，但只要其中的某一个（或者多个）Image不存在，make uImage就无法执行成功。

2）以ARM64为例，假如kernel Image都是同一个，区别是不同版型的load address和entry point不同，要怎么办？.its的语法并没有照顾到这种场景。

3）u-boot将Image文件从.itb文件解除之后，会重新把它们copy到一个新的地址（load address），这等于凭空多了一次memory copy，这些动作本来可以由bootloader在从存储器中copy的时候一次性完成，这岂不是一种浪费？

希望在后续的实践过程中，逐渐解决上述问题。

5. 参考文档

[1] https://github.com/wowotechX/doc/blob/master/README.bubblegum96

原创文章，转发请注明出处。蜗窝科技，www.wowotech.net。

标签: arm64 u-boot uboot bootm fit uImage its itb

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