移植U-Boot思路和实践 | 基于RK3399

  0. 背景介绍

我们手里这块RK3399开发板出厂时带的是2017.09版本的U-Boot。

U-Boot 2017.09 (Sep 26 2021 - 08:53:15 +0000)Model: Forlinx OK3399 Evaluation Board
PreSerial: 2
DRAM:  2 GiB
Sysmem: init
Relocation Offset is: 7dbe9000
Using default environment

在这个基础之上为这块开发板移植一个最新版本的U-Boot，也就是U-Boot 2022.01。

1. U-Boot加载方式

U-Boot实质是bootloader，它一肩挑两头，第一是初始化操作系统的运行环境，包括初始化CPU、内存、串口等，第二是加载操作系统镜像文件，通常来说是操作系统内核镜像，但对于U-Boot SPL而言，它还可以加载U-Boot镜像文件。

我们暂且先不关心如何加载操作系统镜像文件，这篇文章的目的是让新版本的U-Boot在这块板子上成功的运行起来。

既然U-Boot是bootloader，那么就不得不了解芯片上电后程序的加载流程。对于RK3399而言，关于它的启动方式请看前文：

CPU上电后加载程序的流程 | 基于RK3399

RK3399提供了外部bootloader加载的路线图，如下图示：

9b757d463ce87f6030d9f607f427ebc7.png
启动流程

按照路线图，分两部分介绍，分别是官方固件和TPL/SPL加载U-Boot。

1.1 官方固件加载

流程1是基于RK官方部件ddr.bin和miniloader.bin来实现的，这两个文件可以从RK github上获取。

git@github.com:rockchip-linux/rkbin.git

这个仓库除了包含以上两个文件之外，还包括流程2中提到的bl31.elf文件。

6c7d1fcdd45b2629eb45ceb9f256b925.png
RK官方固件

使用mkimage将官方的ddr.bin和rkxx.bin打包成Bootrom程序可识别的、带有ID Block header的文件idbloader.img。

tools/mkimage -n rkxxxx -T rksd -d rkxx_ddr_vx.xx.bin idbloader.img
cat rkxx_miniloader_vx.xx.bin >> idbloader.img

idbloader.img打包完成之后，由其中的rkxx_miniloader_xxx.bin加载u-boot.img文件。

另外，基于流程1的启动方式，还需要再生成trust.img，由rkxx_miniloader_xxx.bin负责加载。

流程1这种启动方式毕竟是基于官方固件的，不能对代码进行修改，看不见摸不到，所以不建议采用这种方式生成idbloader.img。

1.2 TPL/SPL加载

在启动流程2中，我们可以基于U-Boot编译出TPL/SPL，其中TPL负责实现DDR初始化，TPL初始化结束之后会回跳到bootrom程序，bootrom程序继续加载SPL，由SPL加载u-boot.itb文件。

通过以下命令将TPL/SPL打包成idbloader.img。

tools/mkimage -n rkxxxx -T rksd -d tpl/u-boot-tpl.bin idbloader.img
cat spl/u-boot-spl.bin >> idbloader.img

建议使用流程2的方式加载U-Boot.img，因为，可以基于U-Boot源码编译出TPL/SPL，然后自主修改各种配置。

2. U-Boot包

从RK3399启动流程图中我们能看到，U-Boot包里面除了u-boot.dtb和u-boot-nodtb.bin这两个U-Boot源码编译出来的文件之外，还包含了bl31.elf、bl32.bin、tee.bin等ARM trust固件。其中bl31.elf是必须要有的，bl32.bin、tee.bin是可选的，可以没有。

在使用TrustZone技术的嵌入式设备当中，无法避免的需要解决从非安全侧切换到安全侧的问题，而为了完成这个切换，需要一个专用的进行非安全上下文和安全上下文切换的固件，这个固件一般我们称为arm trust firmware，在ARM官方维护的github中我们能够下载到其完整的代码。

https://github.com/ARM-software/arm-trusted-firmware

当然RK官方也提供了bl31.elf文件，这样省去了我们编译bl31.elf的时间和精力。可以在Rockchip官方github下载

https://github.com/rockchip-linux/rkbin/tree/master/bin/rk33

基于以上的分析，整理出所需要的文件：

idbloader.img <--------U-Boot TPL/SPL
u-boot.itb <-----------U-Boot 和 bl31.elf

3.移植U-Boot

- step1

获取U-Boot源码，如下：

git clone https://gitlab.denx.de/u-boot/u-boot.git

获取到的U-Boot源码版本是2022.01。

# SPDX-License-Identifier: GPL-2.0+VERSION = 2022
PATCHLEVEL = 01
SUBLEVEL =
EXTRAVERSION =
NAME =

- step2

准备bl31.elf文件，如下：

git clone git@github.com:rockchip-linux/rkbin.git

进入到u-boot文件夹设置bl31.elf文件的路径。

rk@ubuntu:~/porting/u-boot$ ls ..
rk3399_bl31_v1.35.elf  u-boot
rk@ubuntu:~/porting/u-boot$export BL31=../rk3399_bl31_v1.35.elf

- step3

编译
手头没有这块板子的xxx_defconfig文件，但是从U-Boot源码中查看到很多其他家板子的xxx_defconfig文件。

rk@ubuntu:u-boot$ ls configs/ | grep 3399
evb-rk3399_defconfig
ficus-rk3399_defconfig
firefly-rk3399_defconfig
khadas-edge-captain-rk3399_defconfig
khadas-edge-rk3399_defconfig
khadas-edge-v-rk3399_defconfig
leez-rk3399_defconfig
nanopc-t4-rk3399_defconfig
nanopi-m4-2gb-rk3399_defconfig
nanopi-m4b-rk3399_defconfig
nanopi-m4-rk3399_defconfig
nanopi-neo4-rk3399_defconfig
nanopi-r4s-rk3399_defconfig
orangepi-rk3399_defconfig
pinebook-pro-rk3399_defconfig
puma-rk3399_defconfig
rock960-rk3399_defconfig
rock-pi-4c-rk3399_defconfig
rock-pi-4-rk3399_defconfig
rock-pi-n10-rk3399pro_defconfig
rockpro64-rk3399_defconfig
roc-pc-mezzanine-rk3399_defconfig
roc-pc-rk3399_defconfig
rk@ubuntu:u-boot$

从log记录来看，evb-rk3399_defconfig应该是rk官方提交的，因此，选择这个xxx_defconfig文件作为默认config。

rk@ubuntu:~/porting/u-boot$ git log configs/evb-rk3399_defconfig
...
commit 4473a1c4d648a0567c46333b81533d1030345e12
Author: Yifeng Zhao <yifeng.zhao@rock-chips.com>
Date:   Tue Jun 29 16:24:43 2021 +0800rockchip: config: evb-rk3399: add hs400 and SDMA supportThis enable hs400 and SDMA support for emmc on evb-rk3399.Signed-off-by: Yifeng Zhao <yifeng.zhao@rock-chips.com>Reviewed-by: Kever Yang <kever.yang@rock-chips.com>
...
commit 5c5435093a6c0a6995351b64c6b8b08fe7d6bf59
Author: Kever Yang <kever.yang@rock-chips.com>
Date:   Tue Aug 11 14:47:01 2020 +0800rockchip: config: evb-rk3399: Add rockchip dwmmc supportThis enable support for SD card on evb-rk3399.Signed-off-by: Kever Yang <kever.yang@rock-chips.com>
...

生成默认配置文件，如下：

make evb-rk3399_defconfig

编译U-Boot，交叉编译工具链使用了开发板自带的，它又不是全局环境变量，懒得改了，直接用。当然，大家可以使用自己的交叉编译工具链。

# 交叉编译工具链需要指定
make CROSS_COMPILE=xxxx/aarch64-linux-gnu-

编译结果：

...AR      tpl/fs/built-in.oLD      tpl/u-boot-tplOBJCOPY tpl/u-boot-tpl-nodtb.binCAT     tpl/u-boot-tpl-dtb.binCOPY    tpl/u-boot-tpl.binSYM     tpl/u-boot-tpl.symMKIMAGE u-boot-dtb.img
./"arch/arm/mach-rockchip/make_fit_atf.py" \
arch/arm/dts/rk3399-evb.dtb > u-boot.itsMKIMAGE u-boot.itbMKIMAGE tpl/u-boot-tpl-rockchip.binCAT     idbloader.imgCAT     u-boot-rockchip.bin
rk@ubuntu:~/porting/u-boot$

至此，我们已经获取到了所需的idbloader.img和u-boot.itb两个文件。

- step4

烧录
我手中这块开发板基于emmc启动，按照RK官方要求将idbloader.img烧录到emmc的0x40扇区，u-boot.itb烧录到0x4000扇区。

+--------+----------------+----------+-------------+---------+
| Boot   | Terminology #1 | Actual   | Rockchip    | Image   |
| stage  |                | program  |  Image      | Location|
| number |                | name     |   Name      | (sector)|
+--------+----------------+----------+-------------+---------+
| 2      |  Secondary     | U-Boot   |idbloader.img| 0x40    |
|        |  Program       | TPL/SPL  |             |         |
|        |  Loader (SPL)  |          |             |         |
|        |                |          |             |         |
| 3      |  -             | U-Boot   | u-boot.itb  | 0x4000  | 
|        |                |          | uboot.img   |         | 
+--------+----------------+----------+-------------+---------+

烧录方法有两种，一种是基于RK的官方烧录工具AndroidTool.exe，另外一种是在开发板上直接烧写emmc。

官方AndroidTool.exe是基于recovery模式实现的，如果你的板子带有recovery按键，可以使用这种方式。

06f4f7f43b321b99b8665979d60f614e.png

开发板上直接烧写emmc，可以通过网络或者串口直接将待烧录文件加载到板子中。

[root@rk3399:/]# lrz 
lrz waiting to receive.
Starting zmodem transfer.  Press Ctrl+C to cancel.
Transferring idbloader.img...100%     138 KB     138 KB/sec    00:00:01       0 Errors  
Transferring u-boot.itb...100%     751 KB     150 KB/sec    00:00:05       0 Errors  
[root@rk3399:/]#

烧写，需要注意的是烧写完执行sync操作，否则，可能会烧写失败。

[root@rk3399:/]# dd if=idbloader.img of=/dev/mmcblk2 seek=64
277+1 records in
277+1 records out
142034 bytes (142 kB, 139 KiB) copied, 0.00497 s, 28.6 MB/s
[root@rk3399:/]# 
[root@rk3399:/]# dd if=u-boot.itb of=/dev/mmcblk2 seek=16384
1503+1 records in
1503+1 records out
769952 bytes (770 kB, 752 KiB) copied, 0.0608755 s, 12.6 MB/s
[root@rk3399:/]# sync

- step5

重启开发板，从U-Boot版本和编译的时间戳可以确认，成功加载并执行了新的U-Boot 2022.01：

U-Boot 2022.01-00450-g25711b07ca (Jan 14 2022 - 09:37:38 +0800)SoC: Rockchip rk3399
Reset cause: RST
Model: Rockchip RK3399 Evaluation Board
DRAM:  2 GiB
PMIC:  RK808 
Core:  245 devices, 24 uclasses, devicetree: separate
MMC:   mmc@fe320000: 1, mmc@fe330000: 0
Loading Environment from MMC... OK
In:    serial
Out:   serial
Err:   serial
Model: Rockchip RK3399 Evaluation Board
Net:   eth0: ethernet@fe300000
Hit any key to stop autoboot:  0 
......

最后要说的是，我敢这么胡乱搞开发板的固件，并不担心它会成为一块砖头，因为，有Maskrom模式可以将它恢复出厂设置。

5d71dfb8c47ec58d6ea140486265145d.png
Maskrom模式

另外，移植的U-Boot是基于evb-rk3399_defconfig生成的配置文件，后面基于此进行其他修改。

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