目錄

讓我們從環(huán)境配置開始

目標(biāo)平臺

從Ubuntu開始

從交叉編譯器繼續(xù)

arm-linux-gnueabihf-gcc

vscode

沒學(xué)過ARM匯編

正文開始——速度體驗一把

寫一個鏈接腳本

寫一個簡單的Makefile腳本

使用正點原子的imxdownload下載到自己的SD卡上

更進(jìn)一步的筆記和說明

從IMX6ULL啟動方式說起

IMX6ULL的啟動方式

定制合法的可燒寫識別的合法執(zhí)行文件

關(guān)于點燈本身

---

讓我們從環(huán)境配置開始

當(dāng)你看到這篇文章的時候，說明你已經(jīng)準(zhǔn)備好開始嵌入式Linux開發(fā)之旅了。這篇博客也是筆者自己學(xué)習(xí)嵌入式Linux開發(fā)的日記。希望自己可以堅持到寫完這個博客筆記，通關(guān)一次簡單的嵌入式Linux開發(fā)。

目標(biāo)平臺

筆者使用的是正點原子Alpha開發(fā)板，上面是Cortex-A7的IMX6ULL的芯片，主頻啥的談不上高，但是學(xué)習(xí)足夠了

筆者使用的是Ubuntu24.04（其實別的也行）

從Ubuntu開始

起始從哪里開始都行，筆者這里為了少折騰，選擇從Ubuntu開始。筆者安裝的在了Arch主機(jī)上的雙系統(tǒng)上，具體如何操作這里不是重點。你可以跟正點原子一樣歡樂虛擬機(jī)，但是我尋思著太麻煩了。

把Ubuntu配成自己喜歡的樣子（包括但不限于輸入法，基本的vscode，shell自定義，桌面自定義，代理等），基本上就可以歡歡樂樂的開始嵌入式Linux開發(fā)了。

關(guān)于如何配置Ubuntu，可以自己上網(wǎng)找博客看，在這里的一般都不會對后面的開發(fā)造成實質(zhì)的影響。

從交叉編譯器繼續(xù)

實際上筆者之前玩過交叉編譯器，簡單的講講啥是交叉編譯器，這個東西對于我們嵌入式開發(fā)者而言會天天見到。筆者建議好好熟悉了解相關(guān)的概念。

首先，你現(xiàn)在電腦上（哦！也有可能是虛擬機(jī)！）默認(rèn)的自帶的gcc是在x64上跑的，編寫的程序是給x64架構(gòu)的程序使用的編譯器。誠然，我們開發(fā)肯定還是在x64架構(gòu)的機(jī)器上搞開發(fā)。但是我們現(xiàn)在要面向的平臺毫無疑問的是ARM架構(gòu)的機(jī)器。那怎么辦呢？

這個時候就需要請出我們的交叉編譯器了。

arm-linux-gnueabihf-gcc

是的！這是我們要使用的gcc編譯器。它隸屬于arm-linux交叉編譯器的大家族

首先，交叉編譯器的命名規(guī)則是arch [-vendor] [-os] [-(gnu)eabi] [-language]

• arch - 體系架構(gòu)， 如arm（ARM-32bit）、aarch64（ARM-64bit）、x86等；

• vendor -工具鏈提供商，經(jīng)常省略，或用 none 替代；

• os - 目標(biāo)操作系統(tǒng)， 如linux，沒針對具體 os 則 用 none 替代。同時沒有 vendor 和os 使用一個 none 替代。

• eabi - 嵌入式應(yīng)用二進(jìn)制接口（Embedded Application binary Interface）

• language - 編譯語言，如gcc，g++

那事情就很簡單的了：這個是面向arm架構(gòu)的，給嵌入式二進(jìn)制armhf接口生成跨平臺程序的gcc（當(dāng)然，還有其他的比如說arm-none-eabi-gcc，gcc-arm-linux-gnueabi等等，他們的區(qū)別不算大，但是值得你去根據(jù)你使用的機(jī)器查到底用哪個版本的gcc），如果你跟我一樣，使用的是面向CortexA7的IMX6ULL進(jìn)行開發(fā)，你所干的事情很簡單。

sudo apt install gcc-arm-linux-gnueabihf

啥？你說正點原子告訴你Linaro那里去下？拜托，早就不維護(hù)了那個地址。當(dāng)然如果你擔(dān)心你沒法排查問題，用老壁燈gcc4沒問題，但是你確定你這是在學(xué)習(xí)嗎？之后的開發(fā)出問題了你又該咋辦？

現(xiàn)在，你啥也不用做，直接

arm-linux-gnueabihf-gcc -v

在筆者這個時間，你會高興的得到13.2的超級高版本的gcc！現(xiàn)在開始你也是現(xiàn)代的1嵌入式Linux開發(fā)人員了！

vscode

嗯，直接安裝vscode就行了，啥？你說你跟著的是Ubuntu16.04？非常壞老鐵，這年頭沒幾個人用咯，就跟著正點原子走吧。在24.04，安裝vscode就是sudo apt install code一句話搞定的事情。

沒學(xué)過ARM匯編

正文開始——速度體驗一把

速速開始正文。

我們將會把代碼燒到SD卡上，然后操控板子使用SD卡啟動啟動到內(nèi)存里去。裸機(jī)程序，沒有操作系統(tǒng)，你可能就會想起STM32的開發(fā)了。是的，我們需要起手寫startup，放在DCD初始化結(jié)束后的位置上，IMX6ULL芯片執(zhí)行結(jié)束后會跳轉(zhuǎn)到地址0x87800000的地方，所以，我們需要在那個地方安排上我們的啟動程序。

一個startup其實可能比你想象的要簡單。

// start up files for led
?
.global _start
_start:
/*  GCC always find symbols in _start for the entry 
*/mrs r0, cpsr/*該操作清除了 r0 中最低的 5 位，即將處理器模式和相關(guān)標(biāo)志清除*/bic r0, r0, #0x1f/*下面這條指令執(zhí)行按位或操作。它將 r0 中的內(nèi)容與 0x13（即二進(jìn)制的 10011）進(jìn)行按位或操作，并將結(jié)果存回 r0。0x13 代表了設(shè)置 CPSR 中的模式位為 0x13（對應(yīng)用戶模式）。*/orr r0, r0,  #0x13msr cpsr, r0// load to the main and init the sp // in this way :)ldr sp, =0x80200000b main

啊哈！你說奇怪，系統(tǒng)時鐘，中斷向量表嘞？放心，早初始化完了，你需要做的事情很簡單。就是：

• 修改我們的處理器SVC模式，辦法是取出CPSR寄存器的值，對之進(jìn)行修改，然后放回去！簡單吧！

• 然后設(shè)置我們的棧指針指向更高的2MB地址出（說明我們給程序2MB的地址空間大小，足夠！）

• 跳轉(zhuǎn)道我們后面寫的main函數(shù)里去。

后面我們的main函數(shù)也不難：

#ifndef __MAIN_H
#define __MAIN_H
?
/* * CCM相關(guān)寄存器地址 */
#define CCM_CCGR0           *((volatile unsigned int *)0X020C4068)
#define CCM_CCGR1           *((volatile unsigned int *)0X020C406C)
?
#define CCM_CCGR2           *((volatile unsigned int *)0X020C4070)
#define CCM_CCGR3           *((volatile unsigned int *)0X020C4074)
#define CCM_CCGR4           *((volatile unsigned int *)0X020C4078)
#define CCM_CCGR5           *((volatile unsigned int *)0X020C407C)
#define CCM_CCGR6           *((volatile unsigned int *)0X020C4080)
?
/* * IOMUX相關(guān)寄存器地址 */
#define SW_MUX_GPIO1_IO03   *((volatile unsigned int *)0X020E0068)
#define SW_PAD_GPIO1_IO03   *((volatile unsigned int *)0X020E02F4)
?
/* * GPIO1相關(guān)寄存器地址 */
#define GPIO1_DR            *((volatile unsigned int *)0X0209C000)
#define GPIO1_GDIR          *((volatile unsigned int *)0X0209C004)
#define GPIO1_PSR           *((volatile unsigned int *)0X0209C008)
#define GPIO1_ICR1          *((volatile unsigned int *)0X0209C00C)
#define GPIO1_ICR2          *((volatile unsigned int *)0X0209C010)
#define GPIO1_IMR           *((volatile unsigned int *)0X0209C014)
#define GPIO1_ISR           *((volatile unsigned int *)0X0209C018)
#define GPIO1_EDGE_SEL      *((volatile unsigned int *)0X0209C01C)
?
#endif

這里是函數(shù)的主體，如果您想嘗試，直接復(fù)制就好。

#include "main.h"
?
void enable_clk()
{CCM_CCGR0 = 0xffffffff;CCM_CCGR1 = 0xffffffff;CCM_CCGR2 = 0xffffffff;CCM_CCGR3 = 0xffffffff;CCM_CCGR4 = 0xffffffff;CCM_CCGR5 = 0xffffffff;CCM_CCGR6 = 0xffffffff; ? 
}
?
void led_init()
{SW_MUX_GPIO1_IO03 = 0x5;SW_PAD_GPIO1_IO03 = 0x10B0;GPIO1_GDIR = 0x00000008;GPIO1_DR = 0x0;
}
?
void led_on()
{// set the forth bit as 0GPIO1_DR &= ~(1 << 3);
}
?
?
void led_off()
{GPIO1_DR |= (1 << 3);
}
?
void delay_in_n_nops(volatile unsigned int n){while(n--){}
}
?
void delay_ms(volatile unsigned int n){while(n--){delay_in_n_nops(0x7ff);}
}
?
int main()
{enable_clk();led_init();while(1){led_on();delay_ms(500);
?led_off();delay_ms(500);}
?return 0; // cheats anyway :)
}

后面我會一個個結(jié)束，到這里就OK。

寫一個鏈接腳本

鏈接腳本是啥，也先不著急：

SECTIONS{. = 0x87800000;.text : {start.oled.o*(.text)}.rodata ALIGN(4) : {*(.rodata*)}.data ALIGN(4) : {*(.data*)}__bss_start = . ;.bss ALIGN(4) : {*(.bss) *(COMMON)}__bss_end = . ;
}

寫一個簡單的Makefile腳本

objs := start.o led.o
ARCH_PREFIX := arm-linux-gnueabihf
CC := gcc
LD := ld
OBJDUMP := objdump
OBJCOPY := objcopy
?
RESULT_NAME := led
?
ENTRY_SCRIPT := link.lds
?
${RESULT_NAME}.bin:$(objs)${ARCH_PREFIX}-${LD}    -T$(ENTRY_SCRIPT) -o ${RESULT_NAME}.elf $^${ARCH_PREFIX}-${OBJCOPY} -O binary -S ${RESULT_NAME}.elf $@${ARCH_PREFIX}-${OBJDUMP} -D -m arm ${RESULT_NAME}.elf > ${RESULT_NAME}.dis
?
%.o: %.s ${ARCH_PREFIX}-${CC} -Wall -nostdlib -c -o $@ $<
?
%.o: %.S${ARCH_PREFIX}-${CC} -Wall -nostdlib -c -o $@ $<
?
%.o: %.c${ARCH_PREFIX}-${CC} -Wall -nostdlib -c -o $@ $<
?
clean:rm -rf *.o ${RESULT_NAME}.bin ${RESULT_NAME}.elf ${RESULT_NAME}.dis

這是一種Makefile腳本的寫法，當(dāng)然不止這一種！你可以按照這個層級把文件排放：

現(xiàn)在直接make得到我們的bin文件。

使用正點原子的imxdownload下載到自己的SD卡上

下一步是使用imxdownload將我們的bin文件下載到我們的SD卡上，這個imxdownload文件是正點原子提供的，實際上就是組合我們的頭部信息進(jìn)一步生成可以被板子執(zhí)行的文件。

現(xiàn)在我們需要做的就是插上SD卡。查看自己的SD卡被分配的分區(qū)。一般的/dev/sda是自己的電腦的磁盤，嗯，一種最好的方式是查看自己的dmesg輸出信息。

sudo dmesg | tail -n 20

這個指令將會打印出內(nèi)核日志文件的倒數(shù)二十行它一般會記載著我們新USB設(shè)備掛載的信息

[ 3843.237182] usb 3-1: New USB device strings: Mfr=1, Product=3, SerialNumber=2
[ 3843.237188] usb 3-1: Product: Mass Storage Device
[ 3843.237192] usb 3-1: Manufacturer: Generic
[ 3843.237195] usb 3-1: SerialNumber: 121220160204
[ 3843.241247] usb-storage 3-1:1.0: USB Mass Storage device detected
[ 3843.241710] scsi host6: usb-storage 3-1:1.0
[ 3844.243574] scsi 6:0:0:0: Direct-Access ? ? Mass ? ? Storage Device ? 1.00 PQ: 0 ANSI: 0 CCS
[ 3844.244224] sd 6:0:0:0: Attached scsi generic sg2 type 0
[ 3844.477530] sd 6:0:0:0: [sdb] 122138624 512-byte logical blocks: (62.5 GB/58.2 GiB)
[ 3844.477668] sd 6:0:0:0: [sdb] Write Protect is off
[ 3844.477672] sd 6:0:0:0: [sdb] Mode Sense: 03 00 00 00
[ 3844.477826] sd 6:0:0:0: [sdb] No Caching mode page found
[ 3844.477829] sd 6:0:0:0: [sdb] Assuming drive cache: write through
[ 3844.479862]  sdb: sdb1
[ 3844.480015] sd 6:0:0:0: [sdb] Attached SCSI removable disk

所以，筆者得到的目標(biāo)文件是向/dev/sdb寫東西！

注意，使用imxdownload將會完全覆蓋里面原本的東西，請做好備份再寫！

請注意！確保自己的SD卡掛載的位置！不要寫錯地方了，操作時不可逆的。正點原子之前提供的辦法是插拔反復(fù)對比，這個辦法不好但是總歸管用。

發(fā)現(xiàn)你的終端不自動補(bǔ)全imxdownload，請修改文件權(quán)限為744，即對自己完全可用，其他人只有讀權(quán)限的文件！

./imxdownload led.bin /dev/sdb

輸入密碼后，觀察寫入速率，一般而言是一百多到幾百KB每秒，大于這個速度上MB的一概認(rèn)為是讀寫失敗，重新拔下來看看自己的sd卡有沒有接好。

現(xiàn)在調(diào)整板子的啟動模式是SD卡啟動，如下所示：

現(xiàn)在，你的板子上電，應(yīng)該可以看到現(xiàn)象是：

是的，DS0標(biāo)記上的燈會閃爍。這就是現(xiàn)象！

更進(jìn)一步的筆記和說明

如果你并不打算進(jìn)一步仔細(xì)學(xué)習(xí)，到這里就可以走了，后面的內(nèi)容比較的硬核。

從IMX6ULL啟動方式說起

首先，我們不在乎外面的構(gòu)建問題，從代碼編寫入手。

IMX6ULL的啟動方式

BOOT 的處理過程是發(fā)生在I.MX6U 芯片上電以后，芯片會根據(jù) BOOT_MODE[1:0]的設(shè)置來選擇 BOOT 方式。換而言之，你的板子的BOOT開關(guān)如何，深刻的決定了你的板子是如何啟動的。

筆者的板子默認(rèn)是從EMMC啟動的，那里存放著默認(rèn)的Linux操作系統(tǒng)。當(dāng)然這是后面筆者需要學(xué)習(xí)的

所以你可以看到，我們是把 BOOT_MODE1 為 1，BOOT_MODE0 為 0 的時候此模式使能，在此模式下，芯片會執(zhí)行內(nèi)部的 boot ROM 代碼，這段 boot ROM 代碼會進(jìn)行硬件初始化(一部分外設(shè))，然后從 boot 設(shè)備(就是存放代碼的設(shè)備、比如 SD/EMMC、NAND)中將代碼拷貝出來復(fù)制到指定的 RAM 中，一般是 DDR。

我們就是想要設(shè)置SD卡啟動，一次來看，那就是對我們的1號和7號撥碼開關(guān)拉高到ON就OK了，這就是我們上面給出的截圖。具體的內(nèi)容可以查手冊的Boot內(nèi)容

定制合法的可燒寫識別的合法執(zhí)行文件

• Image vector table，簡稱 IVT，IVT 里面包含了一系列的地址信息，這些地址信息在ROM 中按照固定的地址存放著。

• Boot data，啟動數(shù)據(jù)，包含了鏡像要拷貝到哪個地址，拷貝的大小是多少等等。

• Device configuration data，簡稱DCD，設(shè)備配置信息，重點是 DDR3 的初始化配置。

• 用戶代碼可執(zhí)行文件，比如 led.bin。

實際上就是四個部分組成！可以看出最終燒寫到 I.MX6U 中的程序其組成為：IVT+Boot data+DCD+.bin。所以所生成的 load.imx 就是在 led.bin 前面加上 IVT+Boot data+DCD。內(nèi)部 Boot ROM 會將 load.imx 拷貝到 DDR 中，用戶代碼是要一定要從 0X87800000 這個地方開始的，因為鏈接地址為 0X87800000，load.imx 在用戶代碼前面又有 3KByte 的 IVT+Boot Data+DCD 數(shù)據(jù)，因此 load.imx 在 DDR 中的起始地址就是 0X87800000-3072=0X877FF400。

load.imx 最前面的就是 IVT 和 Boot Data，IVT 包含了鏡像程序的入口點、指向 DCD 的指針和一些用作其它用途的指針。內(nèi)部 Boot ROM 要求IVT 應(yīng)該放到指定的位置，不同的啟動設(shè)備位置不同，而 IVT 在整個 load.imx 的最前面，其實就相當(dāng)于要求 load.imx 在燒寫的時候該燒寫到存儲設(shè)備的指定位置去。整個位置都是相對于存儲設(shè)備的起始地址的偏移

IVT部分存者的就是這些

首先是頭部信息：格式如上！

復(fù)位以后，I.MX6U 片內(nèi)的所有寄存器都會復(fù)位為默認(rèn)值，但是這些默認(rèn)值往往不是我們想要的值，而且有些外設(shè)我們必須在使用之前初始化它。為此 I.MX6U 提出了一個 DCD(Device Config Data)的概念，和 IVT、Boot Data 一樣，DCD 也是添加到 load.imx 里面的，緊跟在 IVT和 Boot Data 后面，IVT 里面也指定了DCD 的位置。DCD 其實就是 I.MX6U 寄存器地址和對應(yīng)的配置信息集合，Boot ROM 會使用這些寄存器地址和配置集合來初始化相應(yīng)的寄存器，比如開啟某些外設(shè)的時鐘、初始化 DDR 等等。DCD 區(qū)域不能超過 1768Byte，

其中Tag 是單字節(jié)，固定為0XD2，Length 為兩個字節(jié)，表示DCD 區(qū)域的大小，包含header，同樣是大端模式，Version 是單字節(jié)，固定為 0X40 或者 0X41。

header的結(jié)構(gòu)還是類似的。CMD的格式如下：

這里的Tag 為一個字節(jié)，固定為 0XCC。Length 是兩個字節(jié)，包含寫入的命令數(shù)據(jù)長度，包含 header，同樣是大端模式。Parameter 為一個字節(jié)

①、設(shè)置CCGR0~CCGR6 這 7 個外設(shè)時鐘使能寄存器，默認(rèn)打開所有的外設(shè)時鐘。 ②、配置DDR3 所用的所有IO。 ③、配置MMDC 控制器，初始化DDR3。 就是干這些事情。正點原子的imxdownload也是實際上完成這個工作。

這些地址需要在手冊中查出來。一一填寫。這個是搬運(yùn)工的活，具體可以看

比如說這里，我們可以查到這個CCGR0寄存器映射地址是0x020C4068等等。看官可以查看我們的imxdownload.h看看具體的數(shù)值對應(yīng)著查，體會一下查手冊的快樂（不是）

關(guān)于點燈本身

實際上就是在操作寄存器！我們需要關(guān)心的寄存器，其實需要去手冊上查。比如說根據(jù)原理圖，我們發(fā)現(xiàn)想要驅(qū)動我們的LED0，就需要我們找寄存器：SW_MUX_GPIO1_IO03和SW_PAD_GPIO1_IO03。在手冊中，我們需要尋找的就是SW_MUX_CTL_PAD_GPIO1_IO03 SW MUX ControlRegister (IOMUXC_SW_MUX_CTL_PAD_GPIO1_IO03)和IOMUXC_SW_PAD_CTL_PAD_GPIO1_IO03寄存器（Man!找了很久的手冊！）

現(xiàn)在只需要查詢手冊依照配置就好了！完事了就是上面的程序！