Tài liệu hướng dẫn về việc xây dựng và tùy chỉnh u-boot, nhấn mạnh tầm quan trọng của nó trong việc khởi động và phát triển hệ thống nhúng. Nó cung cấp thông tin chi tiết về cách cấu hình, biên dịch và thử nghiệm trên các bo mạch khác nhau, cũng như sự cần thiết của các driver như uart, ethernet và nand flash. Đối tượng đọc là cả người mới bắt đầu và các chuyên gia phần cứng, nhấn mạnh việc tự phát triển u-boot cho bo mạch riêng.

1. “Nghịch”U-boot
HND
Tháng 9, 2012

2. Phần 1
LÝ DO PHẢI NGHỊCH

3. Build U-boot: vài thắc mắc
• Configure board:
– #make CROSS_COMPILE=arm-none-eabi-
da850evm_config.
– #make CROSS_COMPILE=arm-none-eabi-
• Cái gì thực sự chạy đằng sau các lệnh này?
– File nào sẽ được khi gọi khi các lệnh trên được
thực thi?
– Liệu U-boot lấy từ trên mạng về, có chạy với
board của mình hay không?

4. Tại sao “phá” U-boot(1)
• Vai trò quen thuộc:
– Sử dụng U-boot như là bootloader: boot từ
flash(nor,nand,MMC), hay boot từ cách kênh giao
tiếp như: ethernet, uart.
– Sử dụng U-boot để gọi linux kernel: truyền
arguments cho kernel.

5. Tại sao “phá” U-boot(2)
• Vai trò “phá”
– Dùng U-boot để học nhúng(embedded system).
– Dùng U-boot để phát triển ứng dụng đơn(stand-
alone application).
– Dùng U-boot để thử nghiệm driver: GPIO,uart,spi,
i2c, ethernet, flashs…

6. Ai nên “phá” U-boot(1)
• Các “tay mơ”( newbie) chưa biết gì U-boot
nên “phá”.
• Chưa biết về nhúng.
• Các chuyên gia làm board(hardware expert)
nên “phá”.

7. Ai nên “phá” U-boot(2)
• Cho Newbie:
– Làm quen với cách làm việc của open source: cài
đặt cross-compiler, Makefile, C source code.
– Sau đó là làm quen với CPU: starup code, system
configuration.
– Làm quen với cách viết code trên C.

8. Ai nên “phá” U-boot(3)
• Chuyên gia sản xuất development board
– Tạo u-boot phù hợp với board của mình( chẳng lẽ
cứ xài u-boot của người khác).
– Cung cấp nhanh ứng dụng để test hardware.

9. Phần 2
CHUẨN BỊ “NGHỊCH”

10. Chuẩn bị môi trường “nghịch”(1)
• Môi trường miễn phí:
– 1 máy tính “dỏm”, có cài Ubuntu(12.04 or higher).
– Internet: nhớ có tunnel proxy để vượt tường lửa ->
truy cập facebook(giải thích sau).

11. Chuẩn bị môi trường “nghịch”(2)
• Trình biên dịch:
– Sử dụng Code Sourcery:
• Có phiên bản miễn phí:
• Có phiên bản commercial(phòng khi dự án thành công,có tiền
chuyển từ miễn phí sang).
– Lưu ý khi download Code Sourcery:
• Download phiên bản dành cho loại CPU nào(arm,intel,MIPS,…)
• Môi trường để cài: Linux(Ubuntu), hay Windows.
• Download the EABI Release: dành cho build U-boot,linux
kernel( arm-none-eabi-)
• Download the GNU/Linux Release: dành cho build ứng dụng để
chạy trên linux(arm-none-linux-gnueabi-gcc- ),chưa cần thiết cho
build U-boot,kernel linux.

12. Chuẩn bị môi trường “nghịch”(3)
• Cài đặt cross-compiler:
– Chạy cài đặt Code Sourcery trên Ubuntu( chọn
thiết lập mặc định cho chắc). Nếu Ubuntu không
cho chạy(do thiếu quyền) thì mở Terminal, và thiết
lập:
• #chmod +x “file cài đặt code sourcery”
– Test cross-compiler: mở Terminal, chạy dòng lệnh
sau:
• #arm-none-eabi-gcc -v

13. U-boot source code
• Download phiên bản U-boot mới nhất từ
đây:http://ftp.denx.de/pub/u-boot/
• Hiện tại( Tháng 9, 2012) phiên bản an toàn
nhất là: 2012_04 ( tuy nhiên có vấn đề với đọc
Nand flash của TI).
• Giải nén u-boot:
– #tar zvf u-boot-2012.04.tar.bz2

14. Phần 3:
B ẮT ĐẦU “NGHỊCH”

15. Môi trường phần cứng(1)
• SBC8018.
– Sử dụng chip AM1808( tương đương L138,nhưng
không có khối DSP).
– Các tham số hardware cần lưu ý:
• DDR: có dung lượng 128MBytes, bắt đầu từ địa chỉ:
0xc0000000
• UART:
• NAND flash:

16. Giải mã U-boot – Configuration(1)
• Trước khi build u-boot,ta phải config source
code bằng lệnh:
– #make CROSS_COMPILE=arm-none-eabi-
da850evm_config
• Vậy lệnh này ở đâu ra?
• Kiểm tra file board.cfg sẽ có 1 trường dữ liệu:
da850evm arm arm926ejs da8xxevm davinci
davinci
da850evm:MAC_ADDR_IN_SPIFLASH

17. Giải mã U-boot – Configuration(2)
Giá trị Ý Nghĩa
Target da850evm: tên của board. Do đó khi
config board ta phải chạy lệnh: #make
CROSS_COMPILE=arm-none-eabi-
da850evm_config
ARCH arm
CPU arm926ejs
Board name da8xxevm
Vendor davinci
Soc davinci
Options da850evm:MAC_ADDR_IN_SPIFLASH

18. Giải mã U-boot - CPU
• Từ bảng cấu hình, ta sẽ biết ngay đoạn mã
quan trọng nhất: startup code cho CPU của
board sẽ nằm ở:
– /arch/arch’value/cpu/cpu’s value/soc :
arch/arm/cpu/arm926ejs/davinci

19. Giải mã U-boot – Board
• Code dành để cấu hình board(sau khi start up) sẽ nằm
ở:
– /board/vendor/board name: /board/davinci/da8xxevm
• Vấn đề xuất hiện: trong thư mục
/board/davinci/da8xxevm có rất nhiều file .c cho từng
loại board khác( da830 …) vậy căn cứ vào đâu để biên
dịch đúng file da850evm.c: kiểm tra Makefile ta thấy:
– COBJS-$(CONFIG_MACH_DAVINCI_DA850_EVM)
+= da850evm.o
– Điều đó chứng tỏ
CONFIG_MACH_DAVINCI_DA850_EVM đã được
“define” đâu đó.

20. Giải mã U-boot – “Đầu bự”
• U-boot giấu file config cho từng board ở nơi
khá bí hiểm:
– includeconfigs
• Toàn bộ các file định nghĩa cho các board phải
nằm ở đây dưới cái tên: “board_name”.h .
Trong trường hợp cụ thể ở đây là: da850evm.h
• Mở ra đúng phóc là có
– #define
CONFIG_MACH_DAVINCI_DA850_EVM

21. Giải mã U-boot – Xong
• Tới đây về cơ bản ta đã biết đường đi lối lại của U-boot
khi nó configure, và biên dịch cho một board mới.
• Để cho rõ, ta nên làm một bài tập nhỏ sau: tạo “code
base” trên u-boot hỗ trợ custom defined board như sau:
CPU: am1808, board name: bullet, thiết kế giống như
da850evm. Yêu cầu: các lệnh sau biên dịch thành công:
– #make CROSS_COMPILE=arm-none-eabi-
bullet_config
– #make CROSS_COMPILE=arm-none-eabi-
• Có thể làm cho atmel, samsung hay freescale arm9
đang có trên thị trường tùy ý.

22. Giải mã U-boot – Chữ nhiều quá
thêm cái hình cho dễ hiểu

23. Giải mã U-boot: Đã thật sự xong chưa?
• Đã thật sự xong chưa? Liệu biên dịch thành
công thì nạp xuống board có ra gì không?
• Sự cần thiết của driver.
• Các driver cần lưu ý:
– UART.
– Ethernet.
– NAND flash.

24. Giải mã U-boot: Driver
• Điều chắc chắn: nếu board của bạn “mông má”
từ 1 board đã chạy rồi(lưu ý phần UART phải
giống nhé), quá trình tạo code giống như đã
trình bày ở trên, thì console chắc cú là xuất ra
dòng: #u-boot>
• Vậy phải làm gì tiếp theo? Driver tiếp là cái
chắc vì:
– Ngoại vi chắc chắn là khác với board gốc.
– Chân cẳng cũng khác.

25. Giải mã U-boot: Thực thi U-boot
• U-boot được chạy như thế nào?
– Tất cả CPU sẽ có phần bootstrap, đoạn code nhỏ này
khởi tạo PLL, SRAM, SDRAM… Bootstrap này có
sẵn hay có thể nạp vào SRAM của CPU bằng JTAG.
– Nếu boot từ flash(nor, nand, spi), bootstrap sẽ truy
cập( driver đọc flash tích hợp sẵn trong bootstrap) và
đọc file(trong trường hợp này là u-boot) và để lên
SDRAM.
– Sau đó nhảy đến SDRAM tại địa chỉ vừa load để thực
thi file.
– Vì bootstrap chạy trên SRAM, nên nó khá nhỏ nên
thường không có serial, ethernet …

26. Giải mã U-boot: Driver
• Vị trí source driver thường dùng:
– /driver/serial: dành cho serial
– /driver/mtd: memory technology device, nor nand
và các loại flash vào đây.
– /driver/gpio
– /driver/net: lưu ý là các driver cho PHY device
thường lại được đặt khá lung tung
• /driver/net/phy.
• Đôi khi nằm cùng vị trí với CPU,hoặc board( đề cập
slide 17/18).

27. Giải mã U-boot: Driver UART
• Nhớ lại file “đầu bự” da850evm.h ở slide 19
– CONFIG_SYS_NS16550
– CONFIG_SYS_NS16550_SERIAL
• Tham chiếu vào Makefile ở /drivers/serial ta sẽ
biết những file nào sẽ biên dịch để sử dụng là
driver cho board.

28. Giải mã U-boot: Driver ethernet(1)
• U-boot chia ethernet làm 2 phần:
– /net : có thể nói đây là lớp TCP/IP , phần này chắc
chắn đúng, và ít khi cần port lại.
– /drivers/net và /drivers/net/phy: tương ứng cho lớp
MAC và PHY, cần port mỗi khi làm cho board
mới.
– Đầu mối kết hợp giữa 2 phần trên được thực hiện
trong phần khởi tạo board, với sbc8018 thì trong
hàm davinci_emac_initialize gọi bởi cpu_eth_init

29. Giải mã U-boot: Driver ethernet(2)
• Việc cần làm khi port:
– Driver cho MAC quan trọng hơn PHY ( PHY gần như
không cần, chỉ cần theo đúng generic PHY).
– Nếu liên kết giữa MAC và PHY theo truyền thống( MII
hay RMII).
• MAC phát hiện,điều khiển PHY sử dụng MDC.
• Dữ liệu trao đổi giữa MAC và PHY qua các đường IO độc lập với
MDC -> MAC có thể không phát hiện PHY nhưng vẫn giao tiếp dữ
liệu được.
– Các loại khác: usb, com … : chưa biết.
– Với sbc8018: căn cứ và Makefile trong /drivers/net để biết
driver MAC nào được sử dụng:
• COBJS-$(CONFIG_DRIVER_TI_EMAC) += davinci_emac.o

30. Giải mã U-boot: Driver NAND
flash(1)
• Define: CONFIG_USE_NAND nếu sử dụng
NAND.
• Makefile trong /drivers/mtd/nand cho ta biết file
driver của NAND:
– COBJS-$(CONFIG_NAND_DAVINCI) +=
davinci_nand.o
• Cung cấp các tham số để driver cấu hình:
– #define CONFIG_SYS_NAND_BASE
DAVINCI_ASYNC_EMIF_DATA_CE3_BASE
– #define CONFIG_SYS_NAND_PAGE_2K
– #define CONFIG_SYS_NAND_CS 3

31. Giải mã U-boot: Driver NAND
flash(2)
• Flash rất quan trọng:
– Nơi chứa biến môi trường.
– Nới chứa bản thân u-boot, đồng thời là các app được
gọi bởi u-boot( user app hay linux kernel , rootfs).
• Cấu hình environment:
– CONFIG_ENV_IS_IN_NAND : biến môi trường
trong nand flash.
– CONFIG_ENV_OFFSET: có thể ở đầu flash(block 0
hay ở đoạn cuối flash).
– CONFIG_ENV_SIZE: kích cỡ.

32. Giải mã U-boot: Hết
• Các điểm lưu ý:
– Khai báo Board : boards.cfg
– Board config: /include/configs/”boardname.h”
– CPU/Board initialize: /arch/arch’value/cpu/cpu’s
và /board/vendor/”boardname”
– Makefile ở trong các thư mục driver.
• /drivers/serial
• /drivers/mtd/nand, /drivers/mtd/nor
• /drivers/net, /drivers/net/phy