Linux内核移植

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Linux内核移植

半导体厂商会从linux内核官网下载某个版本，将其移植到自己的CPU上，测试成功后就会将其开放给该半导体的厂商的CPU开发者，开发者下载其提供的linux内核，然后将其移植到自己的产品上。

1、NXP官方开发板Linux内核编译测试

编译内核之前需要在ubuntu上安装lzop库，图形化配置工具还需要ncurses库支持，安装命令

sudo apt-get install lzop
sudo apt-get install build-essential 
sudo apt-get install libncurses5-dev

1.1、修改顶层Makefile

1.2、配置并编译Linux内核

编译Linux内核之前要先配置Linux内核。每个板子都有其对应的默认配置文件，这些配置文件保存在“arch/arm/configs”目录中。imx_v7_defconfig和imx_v7_mfg_defconfig都可以作为NXP官方开发板IMX6ULL EVK的默认配置文件，但是一般都使用后者，因为后者编译出来的zImage可以通过NXP官方提供的MfgTool工具进行烧写

make clean //第一次编译 Linux 内核之前先清理一下
make imx_v7_mfg_defconfig //配置 Linux 内核
make -j16 //编译 Linux 内核

编译完成后，我们得到两个重要文件：

①、Linux 内核镜像文件：zImage。

②、NXP 官方 I.MX6ULL EVK 开发板对应的设备树文件：imx6ull-14x14-evk.dtb。

1.3、Linux内核启动测试

首先检查uboot中的环境变量bootargs

console=ttymxc0,115200 root=/dev/mmcblk1p2 rootwait rw

然后拷贝zImage和imx6ull-14x14-evk.dtb到tftp目录

cp arch/arm/boot/zImage /home/mxh/linux/tftpboot/ -f
cp arch/arm/boot/dts/imx6ull-14x14-evk.dtb /home/mxh/linux/tftpboot/ -f

最后启动开发板，进入uboot命令行启动

tftp 80800000 zImage
tftp 83000000 imx6ull-14x14-evk.dtb
bootz 80800000 - 83000000

内核启动后，如果EMMC存在根文件系统，就可以进入到linux系统进行命令行操作

1.4、根文件系统缺失错误

如果不设置根文件系统路径或者路径设置错误，开发板从网络启动后会提示内核崩溃，VFS不能挂载文件系统

2、在Linux中添加自己的开发板

2.1、添加开发板默认配置文件

将arch/arm/configs 目录下的 imx_v7_mfg_defconfig 重新复制一份，命名为

imx_alientek_emmc_defconfig，命令如下：

cd arch/arm/configs
cp imx_v7_mfg_defconfig imx_alientek_emmc_defconfig

打开 imx_alientek_emmc_defconfig 文件，找到“CONFIG_ARCH_MULTI_V6=y”这一行，

将其屏蔽掉，

因为 I.MX6ULL 是 ARMV7 架构的，因此要屏蔽掉 V6 相关选项，否则后面做驱动实验的

时候可能会遇到驱动模块无法加载的情况。

以后 imx_alientek_emmc_defconfig 就是正点原子的 EMMC 版开发板默认配置文件了

以后就可以使用如下命令来配置正点原子 EMMC 版开发板对应的 Linux 内核了

make imx_alientek_emmc_defconfig

2.2、添加开发板对应的设备树文件

进入目录 arch/arm/boot/dts 中，复制一份 imx6ull-14x14-evk.dts，然后将其重命名为 imx6ull-alientek-emmc.dts，.dts是设备树文件，编译linux的时候会将其编译成.dtb文件，命令如下：

cd arch/arm/boot/dts
cp imx6ull-14x14-evk.dts imx6ull-alientek-emmc.dts

修改arch/arm/dts/Makefile文件，添加开发板设备树文件

# arch/arm/boot/dts/Makefile代码段 #
dtb-$(CONFIG_SOC_IMX6ULL) +=             \\imx6ull-14x14-ddr3-arm2.dtb            \\imx6ull-14x14-ddr3-arm2-adc.dtb        \\............imx6ull-14x14-evk-usb-certi.dtb        \\imx6ull-alientek-emmc.dtb            \\............

2.3、编译测试

我们可以创建一个编译脚本imx6ull_alientek_emmc.sh

#!/bin/sh
make ARCH=arm CROSS_COMPILE=arm-linux-gnueabihf- distclean
make ARCH=arm CROSS_COMPILE=arm-linux-gnueabihfimx_alientek_emmc_defconfig
make ARCH=arm CROSS_COMPILE=arm-linux-gnueabihf- menuconfig
make ARCH=arm CROSS_COMPILE=arm-linux-gnueabihf- all -j16

执行shell脚本

chmod 777 imx6ull_alientek_emmc.sh //给予可执行权限
./imx6ull_alientek_emmc.sh //执行 shell 脚本编译内核

启动开发板

tftp 80800000 zImage
tftp 83000000 imx6ull-alientek-emmc.dtb
bootz 80800000 – 83000000

3、CPU主频和网络驱动修改

3.1、CPU主频修改

开发板主频是792MHz，输入命令查看cpu信息

cat /proc/cpuinfo

BogoMIPS 是 Linux 系统中衡量处理器运行速度的一个“尺子”，处理器性能越强，主频越高，BogoMIPS 值就越大。BogoMIPS 只是粗略的计算 CPU 性能，并不十分准确。但是我们可以通过 BogoMIPS 值来大致的判断当前处理器的性能。

3.2、使能8线EMMC驱动

IMX6UL-ALPHA开发板上的EMMC采用8位数据线，而Linux内核里的4线模式，所以可以以通过修改为8线模式来提高运行速度，直接修改设备树即可，打开imx6ull0-alientek-emmc.dts，找到如下代码

&usdhc2 {
pinctrl-names = "default";
pinctrl-0 = <&pinctrl_usdhc2>;
non-removable;
status = "okay";
};

修改后的代码

&usdhc2 {
pinctrl-names = "default", "state_100mhz", "state_200mhz";
pinctrl-0 = <&pinctrl_usdhc2_8bit>;
pinctrl-1 = <&pinctrl_usdhc2_8bit_100mhz>;
pinctrl-2 = <&pinctrl_usdhc2_8bit_200mhz>;
bus-width = <8>;
non-removable;
status = "okay";
};

3.3、网络驱动修改

在设备树源码文件中找到如下代码段，此处SNVS_TAMPER7/8两个引脚被初始化为了SPI4的IO，所以需要删除

# imx6ull-alientek-emmc.dts 代码段 #
pinctrl_spi4: spi4grp {fsl,pins = <MX6ULL_PAD_BOOT_MODE0__GPIO5_IO10 0x70a1MX6ULL_PAD_BOOT_MODE1__GPIO5_IO11 0x70a1#    MX6ULL_PAD_SNVS_TAMPER7__GPIO5_IO07 0x70a1        #删除此行#    MX6ULL_PAD_SNVS_TAMPER8__GPIO5_IO08 0x80000000  #删除此行>;
};

在设备树源码文件中找到如下代码段，此处SNVS_TAMPER7/8两个引脚被设置为了SPI4的功能IO，所以需要删除

# imx6ull-alientek-emmc.dts 代码段 #
spi4 {compatible = "spi-gpio";pinctrl-names = "default";pinctrl-0 = <&pinctrl_spi4>;
#    pinctrl-assert-gpios = <&gpio5 8 GPIO_ACTIVE_LOW>;   #删除此行
......
......#    cs-gpios = <&gpio5 7 0>;                             #删除此行
};

在设备树源码文件中找到名为“iomuxc_snvs”节点，在里面添加网络复位引脚配置信息

# imx6ull-alientek-emmc.dts 代码段 #
&iomuxc_snvs {pinctrl-names = "default_snvs";pinctrl-0 = <&pinctrl_hog_2>;imx6ul-evk {...... ......# enet1 复位配置pinctrl_enet1_reset: enet1resetgrp {fsl,pins = <# used for enet1 reset #MX6ULL_PAD_SNVS_TAMPER7__GPIO5_IO07 0x10B0>;};#enet2 复位配置pinctrl_enet2_reset: enet2resetgrp {fsl,pins = <# used for enet2 reset #MX6ULL_PAD_SNVS_TAMPER8__GPIO5_IO08 0x10B0>;};};
};

在设备树源码文件中找到如下代码段，将ENET1和ENET2的网络时钟引脚的电气属性值由0x4001b031（默认值）改为0x4001b009

# imx6ull-alientek-emmc.dts 代码段 #
pinctrl_enet1: enet1grp {fsl,pins = <MX6UL_PAD_ENET1_RX_EN__ENET1_RX_EN 0x1b0b0MX6UL_PAD_ENET1_RX_ER__ENET1_RX_ER 0x1b0b0MX6UL_PAD_ENET1_RX_DATA0__ENET1_RDATA00 0x1b0b0MX6UL_PAD_ENET1_RX_DATA1__ENET1_RDATA01 0x1b0b0MX6UL_PAD_ENET1_TX_EN__ENET1_TX_EN 0x1b0b0MX6UL_PAD_ENET1_TX_DATA0__ENET1_TDATA00 0x1b0b0MX6UL_PAD_ENET1_TX_DATA1__ENET1_TDATA01 0x1b0b0MX6UL_PAD_ENET1_TX_CLK__ENET1_REF_CLK1 0x4001b009 #默认值为0x4001b031>;
};pinctrl_enet2: enet2grp {fsl,pins = <MX6UL_PAD_GPIO1_IO07__ENET2_MDC 0x1b0b0MX6UL_PAD_GPIO1_IO06__ENET2_MDIO 0x1b0b0MX6UL_PAD_ENET2_RX_EN__ENET2_RX_EN 0x1b0b0MX6UL_PAD_ENET2_RX_ER__ENET2_RX_ER 0x1b0b0MX6UL_PAD_ENET2_RX_DATA0__ENET2_RDATA00 0x1b0b0MX6UL_PAD_ENET2_RX_DATA1__ENET2_RDATA01 0x1b0b0MX6UL_PAD_ENET2_TX_EN__ENET2_TX_EN 0x1b0b0MX6UL_PAD_ENET2_TX_DATA0__ENET2_TDATA00 0x1b0b0MX6UL_PAD_ENET2_TX_DATA1__ENET2_TDATA01 0x1b0b0MX6UL_PAD_ENET2_TX_CLK__ENET2_REF_CLK2 0x4001b009 #默认值为0x4001b031>;
};

在设备树源码文件中找到“fec1”和“fec2”这两个节点，修改其中的“pinctrl-0”属性值，修改后的代码如下示

# imx6ull-alientek-emmc.dts 代码段 #
&fec1 {pinctrl-names = "default";pinctrl-0 = <&pinctrl_enet1&pinctrl_enet1_reset>;phy-mode = "rmii";......status = "okay";
};&fec2 {pinctrl-names = "default";pinctrl-0 = <&pinctrl_enet2&pinctrl_enet2_reset>;phy-mode = "rmii";......
};

在设备树源码文件中找到如下代码段，设置ENET1的LAN8720A地址（0x0），设置ENET2的LAN8720A地址（0x1），以及其他相关设置，修改后的代码如下示

# imx6ull-alientek-emmc.dts 代码段 #
&fec1 {pinctrl-names = "default";pinctrl-0 = <&pinctrl_enet1&pinctrl_enet1_reset>;phy-mode = "rmii";phy-handle = <&ethphy0>;phy-reset-gpios = <&gpio5 7 GPIO_ACTIVE_LOW>;    #添加了ENET1复位引脚，低电平有效phy-reset-duration = <200>;                        #复位低电平持续时间为200msstatus = "okay";
};&fec2 {pinctrl-names = "default";pinctrl-0 = <&pinctrl_enet2&pinctrl_enet2_reset>;phy-mode = "rmii";phy-handle = <&ethphy1>;phy-reset-gpios = <&gpio5 8 GPIO_ACTIVE_LOW>;    #添加了ENET2复位引脚，低电平有效phy-reset-duration = <200>;                        #复位低电平持续时间为200msstatus = "okay";mdio {#address-cells = <1>;#size-cells = <0>;ethphy0: ethernet-phy@0 {    #ethernet-phy@后面的数字式PHY的地址compatible = "ethernet-phy-ieee802.3-c22";#表明PHY芯片是SMSC公司的，Linux内核会找到SMSC的PHY芯片驱动来驱动LAN8720Asmsc,disable-energy-detect;    reg = <0>;    #也表示PHY地址};ethphy1: ethernet-phy@1 {    #ethernet-phy@后面的数字式PHY的地址compatible = "ethernet-phy-ieee802.3-c22";#表明PHY芯片是SMSC公司的，Linux内核会找到SMSC的PHY芯片驱动来驱动LAN8720Asmsc,disable-energy-detect;reg = <1>;};};
};

要在 I.MX6ULL 上使用 LAN8720A ，需要修改一下 Linux 内核源码，打开

drivers/net/ethernet/freescale/fec_main.c，找到函数 fec_probe，在 fec_probe 中加入如下代码

static int fec_probe(struct platform_device *pdev)
{struct fec_enet_private *fep;struct fec_platform_data *pdata;struct net_device *ndev;int i, irq, ret = 0;struct resource *r;const struct of_device_id *of_id;static int dev_id;struct device_node *np = pdev->dev.of_node, *phy_node;int num_tx_qs;int num_rx_qs;/* 设置 MX6UL_PAD_ENET1_TX_CLK 和 MX6UL_PAD_ENET2_TX_CLK* 这两个 IO 的复用寄存器的 SION 位为 1,以下为添加的代码 */void __iomem *IMX6U_ENET1_TX_CLK;void __iomem *IMX6U_ENET2_TX_CLK;IMX6U_ENET1_TX_CLK = ioremap(0X020E00DC, 4);writel(0X14, IMX6U_ENET1_TX_CLK);IMX6U_ENET2_TX_CLK = ioremap(0X020E00FC, 4);writel(0X14, IMX6U_ENET2_TX_CLK);......return ret;
}

输入“make menuconfig”，打开图形化配置解密，选择使能LAN8720A的驱动，路径如下

-> Device Drivers -> Network device support -> PHY Device support and infrastructure -> Drivers for SMSC PHYs

在 Linux 中对 LAN8720A 进行一次软复位，找到LAN8720A的驱动文件 “drivers/net/phy/smsc.c”，在函数“smsc_phy_reset”中添加LAN8720A复位代码，修改后的代码如下

static int smsc_phy_reset(struct phy_device *phydev){int err, phy_reset;int msec = 1;struct device_node *np;int timeout = 50000;if(phydev->addr == 0) /* 获取FEC1网卡对应的设备节点 */ {np = of_find_node_by_path("/soc/aips-bus@02100000/ethernet@02188000");if(np == NULL) {return -EINVAL;}}if(phydev->addr == 1) /* 获取FEC2网卡对应的设备节点 */ {np = of_find_node_by_path("/soc/aips-bus@02000000/ethernet@020b4000");if(np == NULL) {return -EINVAL;}}//从设备树中获取复位时间err = of_property_read_u32(np, "phy-reset-duration", &msec);/* A sane reset duration should not be longer than 1s */if (!err && msec > 1000)msec = 1;//从设备树中获取复位IOphy_reset = of_get_named_gpio(np, "phy-reset-gpios", 0);if (!gpio_is_valid(phy_reset))return;//设置PHY的复位IO，复位LAN8720Agpio_direction_output(phy_reset, 0);gpio_set_value(phy_reset, 0);msleep(msec);gpio_set_value(phy_reset, 1);int rc = phy_read(phydev, MII_LAN83C185_SPECIAL_MODES);if (rc < 0)return rc;/* If the SMSC PHY is in power down mode, then set it* in all capable mode before using it.*/if ((rc & MII_LAN83C185_MODE_MASK) ==MII_LAN83C185_MODE_POWERDOWN) {/* set "all capable" mode and reset the phy */rc |= MII_LAN83C185_MODE_ALL;phy_write(phydev, MII_LAN83C185_SPECIAL_MODES, rc);}//未修改之前在上面的函数里面，只有Powerdown模式时才会软复位LAN8720A//此处将其移出来，这样每次调用smsc_phy_reset函数，LAN8720A都会被软复位phy_write(phydev, MII_BMCR, BMCR_RESET);/* wait end of reset (max 500 ms) */do {udelay(10);if (timeout-- == 0)return -1;rc = phy_read(phydev, MII_BMCR);} while (rc & BMCR_RESET);return 0;
}

因为smsc_phy_reset函数中用到了gpio_direction_output和gpio_set_value函数，所以需要在“smsc.c”中添加如下头文件

#include <linux/of_gpio.h>
#include <linux/io.h>

网络驱动测试：修改好设备树和内核后重新编译，下载并启动开发板后，使用如下步骤进行测试

输入"ifconfig -a"来查看开发板中存在的网卡

输入"ifconfig eth0 up"和"ifconfig eth1 up"命令，打开eth0（ENET2）和eth1（ENET1）

使用"ifconfig eth0 192.168.10.51"和"ifconfig eth0 192.168.10.52"命令，配置网卡IP地址。配置成功后，ping以下Ubuntu主机（192.168.10.100），ping成功说明网络驱动修改成功

4、内核移植总结

一般情况下，设计自已的硬件时都会参考半导体厂商官方的开发板

在半导体厂商维护的Linux内核中查找可以参考的板子（半导体厂商官方开发板）

编译出参考板子对应的zImage和.dtb文件，尝试在自已的板子上启动

大部分情况下会启动起来，如果不能的话就需要调试Linux内核

修改相应的驱动，NAND/EMMC/SD卡等，内核已经提供，重点是网络驱动，需要根据自已的外设PHY芯片设置复位引脚、地址信息等

Linux内核启动以后需要根文件系统，如果没有的话系统会崩溃

Linux内核移植

1、NXP官方开发板Linux内核编译测试

1.1、修改顶层Makefile

1.2、配置并编译Linux内核

1.3、Linux内核启动测试

1.4、根文件系统缺失错误

2、在Linux中添加自己的开发板

2.1、添加开发板默认配置文件

2.2、添加开发板对应的设备树文件

2.3、编译测试

3、CPU主频和网络驱动修改

3.1、CPU主频修改

3.2、使能8线EMMC驱动

3.3、网络驱动修改

4、内核移植总结

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1、NXP官方开发板Linux内核编译测试

1.1、修改顶层Makefile

1.2、配置并编译Linux内核

1.3、Linux内核启动测试

1.4、根文件系统缺失错误

2、在Linux中添加自己的开发板

2.1、添加开发板默认配置文件

2.2、添加开发板对应的设备树文件

2.3、编译测试

3、CPU主频和网络驱动修改

3.1、CPU主频修改

3.2、使能8线EMMC驱动

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