时光的轨迹
STM32MP157 移植笔记（一）：U-Boot 编译与启动调试
EMTime
  2024-04-26 22:36:11   2024-04-26 22:36:11  

近年来，异构多核 SoC 在嵌入式领域越来越常见，其中 STM32MP157 凭借其** Cortex-A7 + Cortex-M4 双核架构** 和良好的开源生态，成为许多开发者进行 Linux 系统移植和定制的理想平台；

相比传统的裸机 MCU 开发，STM32MP157 的启动流程更为复杂，涉及 BootROM → FSBL（如 TF-A）→ U-Boot → 内核 → 根文件系统 多个阶段，每一步都可能出现问题，每一步也都值得理解与掌控；

本系列文章将以实战为核心，记录我在 STM32MP157 平台上进行完整 Linux 移植的过程：包括 U-Boot 编译与调试、设备树配置、内核裁剪与驱动适配、根文件系统构建与挂载 等等；本篇作为第一篇，将重点放在 U-Boot 的获取、配置、编译、启动与串口调试，为后续系统启动打下基础；

本系列内容主要参考自 华清远见的嵌入式 Linux 教程，并结合我自己的实操经验进行补充、优化和归纳，力求贴近真实开发场景，便于读者实践与扩展；

如果你也在迈入 STM32MP1 系列的世界，希望本博客能帮你少走一些弯路，快速搭建起属于自己的 Linux 开发环境；

环境准备

本次移植所使用的环境基于 Ubuntu 18.04 LTS，配套的是较旧版本的 SDK 与源码（20 年），即便版本偏旧，但在 STM32MP1 系列开发中仍具代表性，适合入门与学习；

本文采用 Docker 容器方式搭建开发环境（Ubuntu 18.04 LTS），优点是可快速部署、便于还原；如果你不熟悉 Docker，也可以选择直接在虚拟机或实体机中安装 Ubuntu 18.04 环境；
容器采用 bind 挂载本地 SDK 和源码目录，便于调试与编译；建议通过 –privileged 启动容器，并开启 /dev、/proc 等挂载；

在进行 U-Boot 编译之前，请先确保以下必要工具链已安装：

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sudo apt update
sudo apt install -y file tar xz-utils findutils patch make gcc bc libssl-dev g++ cpio unzip device-tree-compiler python3 nano

TF 卡分区准备

为实现 TF 卡启动，我们需要手动对 TF 卡进行分区和格式化，确保各阶段引导程序能被正确识别与加载；

  • 清除原有分区表并建立新的 MSDOS 分区表：
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sudo parted -s /dev/sdX mklabel msdos
  • 使用 sgdisk 对 TF 卡重建分区表（含启动及根文件系统）：
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sudo sgdisk --resize-table=128 -a 1 \
-n 1:34:545     -c 1:fsbl1 \
-n 2:546:1057   -c 2:fsbl2 \
-n 3:1058:5153  -c 3:ssbl \
-n 4:5154:136225 -c 4:bootfs \
-n 5:136226     -c 5:rootfs \
-A 4:set:2 -p /dev/sdX -g

执行成功如下所示：

请将 /dev/sdX 替换为实际的 TF 卡设备名，如 /dev/sdb，确保避免误操作破坏其他磁盘数据；

SDK 与源码获取

SDK 与源码
提取密码: Tac3I

文件为 tar.xz 格式，请使用 tar -xvf 命令解压，解压之后，可进入 stm32mp1-openstlinux-5.4-dunfell-mp1-20-06-24 查看文件，其中 sdk 就是 SDK 安装文件所在文件夹，source 就是源码所在文件夹；

SDK 安装

该 SDK 是 ST 官方构建的交叉编译工具链（Toolchain），提供了用于构建 U-Boot、Linux 内核、Buildroot 系统和用户空间程序所需的编译器、头文件与库文件；
后续进行 STM32MP157 架构相关的编译工作时，均需依赖该 SDK 环境；

SDK 在解压时需要选择一个目录，作为 SDK 的安装目录，在这里我就把 sdk 文件夹改名为 sdk_installer ，然后新建一个名为 sdk 的文件夹，作为 SDK 的实际安装目录；

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mv sdk sdk_installer && mkdir sdk

执行之后文件结构如下：

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stm32mp1-openstlinux-5.4-dunfell-mp1-20-06-24/
├── sdk_installer/         # 安装器（.sh文件）
├── sdk/                   # 安装完成的 SDK 目录
└── source/                # 包含 u-boot、kernel、buildroot 等源码

进入 sdk_installer 的目录，执行名为 st-image-weston-openstlinux-weston-stm32mp1-x86_64-toolchain-3.1-openstlinux-5.4-dunfell-mp1-20-06-24.sh 的文件，接下来会提示你输入安装目录，输入我们刚刚创建的 sdk 目录，继续根据提示输入 y ，然后等待安装完成即可，整个过程提示如下：

根据提示，我们只需要执行下面的命令，就可以使用 SDK 了：

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. /root/stm32mp1-openstlinux-5.4-dunfell-mp1-20-06-24/sdk/environment-setup-cortexa7t2hf-neon-vfpv4-ostl-linux-gnueabi

# 或者可以执行
source /root/stm32mp1-openstlinux-5.4-dunfell-mp1-20-06-24/sdk/environment-setup-cortexa7t2hf-neon-vfpv4-ostl-linux-gnueabi

每次手动执行 source 命令略显繁琐，我们可以将它加入 .bashrc 文件，让终端在启动时自动加载，提升开发效率：

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nano ~/.bashrc

在文件末尾添加下面这条命令，然后保存退出：

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. /root/stm32mp1-openstlinux-5.4-dunfell-mp1-20-06-24/sdk/environment-setup-cortexa7t2hf-neon-vfpv4-ostl-linux-gnueabi

再执行 . ~/.bashrc 命令，使配置生效；

配置成功之后，执行 echo $CC 和 echo $ARCH 命令，如果输出如下，则表示 SDK 配置成功：

提示：安装 SDK 的意义不只是配置 $CC 和 $ARCH，更重要的是自动设置了交叉工具链、动态库路径、头文件路径等编译参数，使得我们可以一条命令完成 U-Boot、内核、应用程序等的 ARM 架构编译；
sdk_installer 以及 tar.xz 文件可以删除，后续编译过程中不再需要；

源码获取

进入 source 目录，可以看到里面包含多个源码文件夹，其中 u-boot、kernel、buildroot 是我们移植过程中需要用到的，其他文件夹可以忽略；

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cd sources/arm-ostl-linux-gnueabi && ls

可以看到，u-boot、kernel、buildroot 等源码文件夹都在这里：

U-Boot 编译

源码准备

上一步看到的源码仍然是压缩包，我们进入 U-Boot 的目录，在目录下能看到 README.HOW_TO.txt 文件，里面介绍了依赖的安装和源码的解压，我们按照文件操作即可；

安装依赖

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sudo apt install libncurses5-dev libncursesw5-dev
  • SDK 环境加载，这一步和之前 SDK 安装时一样，不再赘述；

源码解压与补丁

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tar xfz u-boot-stm32mp-2020.01-r0.tar.gz

cd u-boot-stm32mp-2020.01

for p in `ls -1 ../*.patch`; do patch -p1 < $p; done

配置与编译

复制默认配置文件

首先，基于 ST 官方的 trusted 配置，我们复制一份作为我们板子的基础配置：

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cp configs/stm32mp15_trusted_defconfig configs/stm32mp15_emtime_trusted_defconfig

make stm32mp15_emtime_trusted_defconfig

板级设备树修改

ST 的默认设备树不包含我们自定义的板卡信息，因此需要在 arch/arm/dts/ 中添加我们自己的设备树文件，设备树可以参考 arch/arm/dts/ 目录下的其它配置，甚至可以先直接用官方的（只要你的硬件契合），主要涉及以下几个文件（以官方文件为例）：

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arch/arm/dts/stm32mp15xx-dkx.dtsi
arch/arm/dts/stm32mp157a-dk1.dts
arch/arm/dts/stm32mp157a-dk1-u-boot.dtsi

可以将文件复制一份，自己定义一个名字，然后修改文件，添加自己板子的硬件信息：

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cp arch/arm/dts/stm32mp15xx-dkx.dtsi arch/arm/dts/stm32mp15xx-emtime.dtsi
cp arch/arm/dts/stm32mp157a-dk1.dts arch/arm/dts/stm32mp157a-emtime.dts
cp arch/arm/dts/stm32mp157a-dk1-u-boot.dtsi arch/arm/dts/stm32mp157a-emtime-u-boot.dtsi

修改其中的文件，修改文件引用相关的信息，如下：

  • 将 arch/arm/dts/stm32mp157a-emtime.dts 的 #include “stm32mp15xx-dkx.dtsi” 改为 #include “stm32mp15xx-emtime.dtsi”
  • 修改 arch/arm/dts/Makefile，在 stm32mp157 (dtb-$(CONFIG_STM32MP15x)) 中加入我们自己刚刚添加的文件，即加上 stm32mp157a-emtime.dtb \

注意：这一部分必须按照你实际情况进行修改（比如修改电源配置、增加 SD 卡支持、增加 eMMC 驱动、添加网卡驱动等），否则会导致无法正常引导或者无法正常驱动的问题；

之后有机会，我会专门写一篇关于设备树的文章，介绍如何编写设备树；
虽然我现在还没有编写这一部分的文章，但是设备树是 Linux 内核中非常重要的一部分，也是嵌入式开发中非常重要的一部分，所以建议有时间的话，一定要去学习一下；

bootcmd 修改

  • 若要进行bootcmd的修改，则可以修改 include/configs/stm32mp1.h 文件，在 #ifdef CONFIG_BOOTCOMMAND 之后添加如下代码：
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#ifdef CONFIG_BOOTCOMMAND

#undef CONFIG_BOOTCOMMAND

#endif

#define CONFIG_BOOTCOMMAND \
"if ext4ls mmc 1:2 /; then " \
"setenv bootcmd ext4load mmc 1:2 c2000000 uImage; " \
"setenv bootcmd \"${bootcmd};ext4load mmc 1:2 c4000000 stm32mp157a-emtime.dtb\"; " \
"setenv bootcmd \"${bootcmd};bootm c2000000 - c4000000\"; " \
"setenv bootargs rootwait rw console=ttySTM0,115200 root=/dev/mmcblk1p3; " \
"saveenv; run bootcmd; " \
"else run bootcmd_stm32mp; fi"

  • 这里采用了偷懒的方法，在判断 CONFIG_BOOTCOMMAND 宏定义的地方，直接将 CONFIG_BOOTCOMMAND 宏定义取消，然后重新定义了 CONFIG_BOOTCOMMAND 宏定义，这样在编译的时候，就会使用我们重新定义的宏定义，而不会使用默认的宏定义；

  • 为什么我要重写 bootcmd？因为他们设计的这一版板子，boot 拨码开关有问题，无论怎么拨，都会进入 USB 烧录模式，但 如果是 USB 烧录的情况，那么是不会正常加载eMMC的，所以我使用了 ext4ls 命令判断 eMMC 是否正常挂载，如果正常挂载，则加载内核和设备树，然后启动，否则执行默认的 bootcmd_stm32mp 进入下载模式；

后续找到了 bootcmd 和 bootargs 的定义，在 include/env_default.h 文件下，可以自行去修改；

U-Boot 配置

执行 make menuconfig 命令，进入配置界面：

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make menuconfig

其实大部分我们都不用修改，因为我们复制的是官方的配置，官方的配置已经包含了我们需要的配置，而且因为是 U-Boot 的配置，并不需要配置太多驱动相关的东西，这里提一嘴 bootcmd value 吧，在这里我们也可以修改 bootcmd，如果这里修改了，那么上面代码中的操作是可以省略的；

配置完之后记得保存，然后就可以退出 menuconfig 界面了；

如果修改了配置，那么记得更新配置文件：

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cp .config configs/stm32mp15_emtime_trusted_defconfig

编译

修改上一个目录中的 Makefile 文件：

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nano ../Makefile.sdk

对文件进行如下操作：

  • 在UBOOT_CONFIGS中添加stm32mp15_emtime_trusted_defconfig,trusted,u-boot.stm32
  • 在DEVICE_TREE中添加stm32mp157a-emtime

然后进行编译即可：

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make distclean

make -f $PWD/../Makefile.sdk all UBOOT_CONFIGS=stm32mp15_emtime_trusted_defconfig,trusted,u-boot.stm32 -j$(nproc) 2> error.log

可以通过 cat error.log 查看编译错误，如果编译成功，那么会在 ../build-trusted 目录下会生成对应的文件，比如我们这里就是如下图框住的 u-boot-stm32mp157a-emtime-trusted.stm32 文件；

使用 sudo dd if=../build-trusted/u-boot-stm32mp157a-emtime-trusted.stm32 of=/dev/sdXY bs=1024 seek=8 conv=fsync,notrunc 命令将生成的文件烧录到 SD 卡中，然后就可以正常引导了；

未完待续…

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  1. 1. 环境准备
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      2. 4.1.2. 源码解压与补丁
    2. 4.2. 配置与编译
      1. 4.2.1. 复制默认配置文件
      2. 4.2.2. 板级设备树修改
      3. 4.2.3. bootcmd 修改
      4. 4.2.4. U-Boot 配置
      5. 4.2.5. 编译
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