Обзор загрузчика U-Boot

Далее описаны особенности работы загрузчика U-Boot 2019.07-rc2.

Поддержка периферии

В таблице 3.1 приведены сведения о поддерживаемой периферии в U-Boot 2019.07-rc2 для различных микросхем.

Таблица 3.1 - Поддержка периферии
Микросхема	Кодовое имя	UART	MFBSP-SPI	Ethernet
1892ВМ15Ф	МС-30SF6	➕	➕	➕
1892ВМ206	MCT-06	➕	➕	➖

➕ - присутствует драйвер.
➖ - отсутствует драйвер.
✖️ - отсутствует контроллер в микросхеме.

Исходный код

Основные файлы поддержки микросхемы в загрузчике U-Boot:

Примечание

board_name - название модуля (mct06em и т.д.)

файлы начальной инициализации:
- arch/mips/cpu/elvees/*.S
- arch/mips/cpu/elvees/*.c
- arch/mips/include/asm/mach-elvees/*.h
- board/elvees-mips/board_name/*.c
- board/elvees-mips/board_name/*.S
файлы конфигурации (Board-dependent files):
- board/elvees-mips/board_name/Kconfig
файлы конфигурации платы по умолчанию (Defconfigs):
- configs/mct*_defconfig
- configs/mc30sf6_defconfig
файлы конфигурации для поддерживаемых модулей:
- include/configs/mct*.h
- include/configs/mc30sf6.h.

Конфигурация, сборка и загрузка

Соответствие микросхемы, модуля и конфигурации приведено в таблице 3.2.

Таблица 3.2 - Соответствие микросхемы, модуля и конфигурации
Микросхема	Кодовое имя	Модуль	Конфигурация
1892ВМ15Ф	МС-30SF6	МС-30SF6EM-6U	`mc30sf6em_uboot_defconfig`
1892ВМ206	MCT-06	MCT-06EM-6U	`mct06em_uboot_defconfig`

После успешной сборки Buildroot образ U-Boot находится в buildroot/output/images, а также находится в составе образа image-boot.img загружаемого во flash-накопитель. Для загрузки образа на целевую плату необходимо использовать утилиту mcprog (см. Утилита mcprog).

Варианты загрузки ядра Linux с помощью U-Boot

Сборка Buildroot

Выполнить сборку Buildroot можно без использования Docker (см. Сборка и настройка дистрибутива на локальном ПК (Native Buildroot build) или с использованием Docker Сборка и настройка дистрибутива на основе Docker). Результат сборки находится в ./buildroot/output/images.

Загрузка Linux через TFTP

Для загрузки Linux через TFTP следует:

Выполнить Сборка Buildroot.
Прошить образ на SPI flash-накопитель через утилиту mcprog (см. Утилита mcprog).
Сконфигуровать TFTP-сервер на host-компьютере (см. в интернете).
Скопировать uImage в корневую папку TFTP-сервера, например:
```
$ cp ./buildroot/output/images/uImage /var/lib/tftpboot/
```
Выполнить перезагрузку модуля.

Если flash-накопитель был успешно прошит, на UART0 выводится результат загрузки U-Boot:

U-Boot 2019.07-rc2 (Mar 14 2023 - 14:08:01 +0000)

Board: Elvees mips CPU: proc_id=0xa2001
      Watchdog enabled
DRAM:  64 MiB
In:    serial
Out:   serial
Err:   serial
Net:   eth_init: transceiver `LAN8710A' detected at address 0
elvees_emac
Hit any key to stop autoboot:  0
elvees-mips #

В командной строке U-Boot следует прописать переменную окружения serverip, указав ей значение IP-адреса host-машины, с которой будет загружаться uImage через TFTP и имя загружаемого файла:
```
elvees-mips # setenv serverip <host-ip>
elvees-mips # setenv bootfile uImage
```
Далее выполнить команду:
```
elvees-mips # boot
```
После команды boot будет получение IP-адреса от DHCP сервера, затем выполнится загрузка uImage по TFTP.
Сразу после загрузки uImage по TFTP будет запущен Linux с выводом результата на тот же UART0.

Загрузка Linux через TFTP с RootFS в NFS

Для загрузки Linux через TFTP с RootFS в NFS следует:

Настроить NFS сервер на host-машине. Например, для CentOS8: https://www.tecmint.com/install-nfs-server-on-centos-8/.
Для NFS-директории /etc/exports/ указать параметры:
```
/exports/ *(rw,sync,insecure,fsid=0,no_subtree_check,no_root_squash)
```
Выполнить команду:
```
$ exportfs -arv
```
Выполнить Сборка Buildroot с использованием defconfig с поддержкой NFS.
Распаковать rootfs.tar.gz в папку с NFS-сервером:
```
$ tar -xf ./buildroot/output/images/rootfs.tar -C /exports/
```
Передать Linux аргументы для запуска:
- В составе Linux-образа:
  Изменить Linux Kernel Kconfig c помощью команды linux-menuconfig. Kernel hacking → [*] Built-in kernel command line → Default kernel command string заменить IP-адрес на IP-адрес host-машины, указать путь до NFS rootfs директории. Пересобрать ядро:
  
  [*] Built-in kernel command line (console=ttyS0,115200N ip=dhcp nfsroot=<host-ip>:<nfs-root-host-path>,vers=3,tcp root=/dev/nfs rw) Default Kernel command string
  
  Выполнить заново сборку Linux с помощью команды:
  
  $ make linux-rebuild
- С помощью переменной окружения загрузчика U-Boot:
  Убедиться, что строка в составе Linux-образа пустая или не дублирует команды из переменной bootargs описанной ниже.
  
  При запуске загрузчика необходимо будет дополнительно ввести команды:
  
  elvees-mips # setenv bootargs console=ttyS0,115200 root=/dev/nfs rw nfsroot=${serverip}:/exports/,vers=3,tcp ip=dhcp elvees-mips # saveenv
Выполнить шаги 2-8 Загрузка Linux через TFTP.
Сразу после загрузки по TFTP будет запущен Linux с выводом результата UART.

Загрузка Linux через PXE

Подробное описание загрузки через TFTP + PXE см. в https://wiki.stmicroelectronics.cn/stm32mpu/wiki/How_to_boot_the_kernel_via_TFTP_from_U-Boot).

Для загрузки Linux через PXE (TFTP + NFS) следует:

Создать в корне TFTP-сервера директорию pxelinux.cfg, после чего, заменив IP_ADDRESS на IP-адрес NFS-сервера, создать в данной директории файл default-mips-multicore со следующим содержимым:
```
TIMEOUT 3
LABEL MC-30SF6 Buildroot
    MENU LABEL PXE boot
    LINUX /uImage
    APPEND console=ttyS0,115200N ip=dhcp nfsroot=<IP_ADDRESS>:/exports,vers=3,tcp root=/dev/nfs rw
```
Выполнить шаги 1-6 Загрузка Linux через TFTP с RootFS в NFS.
Выполнить шаги 2-7 Загрузка Linux через TFTP.

Выполнить команды в U-Boot:

elvees-mips # dhcp
elvees-mips # pxe get
elvees-mips # pxe boot

Загрузка Linux из SPI flash-накопителя

Для первичной загрузки/обновления образа ядра можно воспользоваться программой mcprog (см. Утилита mcprog) или через API загрузчика U-Boot + TFTP (предпочтительнее). В таблице 3.3 приведено расположение данных в SPI flash-накопителя.

Таблица 3.3 - Расположение данных в SPI flash-накопителе
Адреса	Размер	Данные
0x000000 – 0x0BFFFF	768 KiB	image-boot.img
0x0C0000 – 0x0CFFFF	64 KiB	U-Boot enviroment
0x0D0000 – 0x0FFFFF	192 KiB	Reserved
0x100000 – 0xFFFFFF	15 MiB	Linux

Для загрузки Linux из SPI flash:

Выполнить Сборка Buildroot и шаги 1-7 Загрузка Linux через TFTP.

Запрограммировать SPI flash-накопитель:

С помощью U-Boot:
elvees-mips # set autoload off
elvees-mips # dhcp
elvees-mips # sf probe
elvees-mips # tftpboot 0x82000000 uImage
elvees-mips # sf erase 0x100000 +${filesize}
elvees-mips # sf write 0x82000000 0x100000 ${filesize}
elvees-mips # setenv uimage_filesize ${filesize}
elvees-mips # saveenv
С помощью утилиты mcprog (см. Утилита mcprog):
Выполнить команду:
./mcprog -t -e2 -b <board_name> -f <path-to>/uImage 0x100000
Узнать размер записанного файла в hex формате:
printf "%x\n" `stat -c "%s" <path-to>/uImage`

Перезагрузить модуль.
Загрузить образ из SPI flash-накопителя в RAM:
elvees-mips # sf probe elvees-mips # sf read 0x82000000 0x100000 ${uimage_filesize} elvees-mips # bootm 0x82000000
Примечание

В случае использования утилиты mcprog для программирования SPI flash-накопителя необходимо заменить ${uimage_filesize} на значение размера записанного файла полученное самостоятельно