【2018-10-06】手把手教你搭建多线程bootloader开发环境(基于rt-uboot)

糜***

最近月考考砸了，所以rt-uboot的arm版就没怎么特别更新(被老爸关了禁闭)，不过想着国庆不放点东西出来对不起这七天长假，于是就整理了一下形成了本文

更新完ARM[楼层1]和AARCH64[楼层2]

rt-uboot技术原理链接如下：
https://www.right.com.cn/forum/thread-337363-1-1.html
本文涉及代码github地址如下：
https://github.com/zhaohengbo/rt-uboot-arm-demo
本文和技术原理作为互补，本文主要讲述如何搭建一个多线程bootloader的基本开发环境

不出意外的话，本文将分为3个板块介绍，分别是mips环境、arm环境、aarch64环境
因为目前各方人马都在arm版多线程bootloader上发力(就我知道的不算我这应该有三方)，所以先写arm环境：

0.序
一般来说，由于arm提供的一般为可以综合的软核而非硬核，所以厂家自定义的空间非常大，这也是造成arm底层移植的一个重要原因。
由于本文的目的是介绍环境的搭建，因此很难选用某一特定的开发板，同时考虑到本文的受众很有可能手里并不具备开发板，因此决定选用仿真软件来模拟实际的开发板，教大家如何搭建、开发、调试多线程bootloader(基于rt-uboot)。
qemu提供了丰富的可仿真的SOC，这里选用vexpress_ca9x4平台，这是一个资料非常多的平台，datasheet如下：





1.工具链的安装
对于arm环境来说，工具链一般有3种选择：openwrt的工具链(基于buildroot)、开发厂商自带的工具链、系统自带的工具链(比较通用)
本例中，由于使用模拟环境，所以不如采用通用性较强的系统自带的工具链(当然有一定代价)
安装命令如下：sudo apt-get install gcc-arm-linux-gnueabi
安装好后，输入arm-linux-gnueabi-gcc，如果看到如下提示，即为安装成功。

注意：此时gdb没有被安装，需要使用sudo apt-get install gdb-multiarch来安装

2.uboot基础版本的选择
uboot对qemu模拟的平台一般都有极佳的支持度，因此完全可以使用最新版uboot，这里采用官网下载的u-boot-2018.09.tar.bz2，下载地址http://ftp.denx.de/pub/u-boot/u-boot-2018.09.tar.bz2
下载后，解压到某文件夹下即可


3.基础脚本编写
uboot的编译需要先设置环境变量，然后config，然后再make，每次都搞一遍略有些麻烦，所以干脆设置个脚本：

1. export ARCH=arm
   
2. export CROSS_COMPILE=arm-linux-gnueabi-
   
3. make vexpress_ca9x4_defconfig
   
4. make

复制代码

将以上内容保存到build.sh并加可执行权限以备用

4.qemu的安装
对于ubuntu来说，安装过程很轻松，sudo apt-get install qemu即可
安装好之后，可以使用qemu-system-arm -M ?查看qemu支持的SOC，如果出现下图说明一切ok


5.虚拟机运行脚本编写
为了简单起见，我们直接将虚拟机运行uboot的命令编写成一个脚本执行，脚本代码如下：

1. qemu-system-arm \
   
2. -M vexpress-a9 \
   
3. -nographic \
   
4. -m 512M \
   
5. -kernel u-boot

复制代码

保存为raw-run.sh并加可执行权限即可

同时为了以后调试方便，增加带调试接口版脚本

1. qemu-system-arm \
   
2. -M vexpress-a9 \
   
3. -nographic \
   
4. -m 512M \
   
5. -kernel u-boot \
   
6. -gdb tcp::2333 \
   
7. -S

复制代码

保存为gdb-run.sh并加可执行权限即可

都做完之后，可以运行build.sh再运行raw-run.sh观察效果，如果不出意外，可以看到uboot再虚拟机上被执行


6.lib_rtos 系统移植
接下来就可以进行多线程内核的移植了，rt-uboot基于开源的rt-thread，取其内核作为rt-uboot实时内核，此处的具体移植原理、方式可以参见楼主之前写的技术篇：
https://www.right.com.cn/forum/thread-337363-1-1.html
如果大家不想手工移植，也可以下载楼主移植好的源代码：https://github.com/zhaohengbo/rt-uboot-arm-demo

7.rt-uboot编译与运行
默认情况下，rt-uboot demo包括两个线程，一个运行main_loop()主循环，一个运行led_test，在模拟器中，因为没有led，为了测试多线程是否工作，所以可以在led_test线程中加入一个printf用于打印输出第二个线程的消息。
加入点在lib_rtos/glue.c

改动完后,运行build.sh再运行raw-run.sh观察效果，如果不出意外，可以看到arm版的多线程bootloader在qemu上被成功运行


8.调试
有时候，程序的开发和移植并非一次就可以成功的，此时可以通过调试手段进行调试，我们可以通过运行build.sh再运行gsb-run.sh来实现。
运行后，本地打开了一个2333端口用于gdb调试，打开gdb(终端输入gdb-multiarch)，通过target remote 127.0.0.1:2333即可连接使用symbol-file u-boot载入符号表

现在可以开始调试了，我们可以查看寄存器

也可以单步执行程序

更多用法请参考gdb使用手册
注：如果想使用ddd等图形化调试界面，方式同理(ddd gdb-multiarch，然后target remote 127.0.0.1:2333)

9.尾
本文简单介绍了arm版多线程bootloader的开发、调试环境搭建，并未涉及多线程bootloader相关设计细节，如需要了解细节，可以访问：https://www.right.com.cn/forum/thread-337363-1-1.html

对于其他平台如mips和aarch64，其方法和步骤非常类似，楼主将逐渐更新。

糜***

本文涉及代码位于：https://github.com/zhaohengbo/rt-uboot-aarch64-demo

0.序前文我们搭建了armv7的多线程bootloader开发环境，由于目前armv8即将成为主流，因此这个帖子我们来说说armv8的多线程bootloader环境搭建
与前文相同，aarch64下，我们依然使用qemu作为仿真开发环境，至于平台，似乎只有一个选择[只看到这一个，貌似别的SOC都不支持平台仿真]-----xilinx的zcu102
1.工具链的安装
对于aarch64环境来说，工具链也是一样的选择
本例中，由于使用模拟环境，所以不如采用通用性较强的系统自带的工具链(当然有一定代价)
安装命令如下：sudo apt-get install gcc-aarch64-linux-gnu
安装好后，输入aarch64-linux-gnu-gcc，如果看到如下提示，即为安装成功。


2.uboot基础版本的选择
通常来说uboot对qemu模拟的平台一般都有极佳的支持度，但是对于zcu102而言，由于其主流uboot启动需要pmufw的参与，无法在仿真平台执行，因此选用早期uboot，这里选用的是xilinx官方的2016.4版的uboot，下载地址https://github.com/Xilinx/u-boot-xlnx.git，选用v2016.4
下载后，解压到某文件夹下即可


3.基础脚本编写
uboot的编译需要先设置环境变量，然后config，然后再make，每次都搞一遍略有些麻烦，所以干脆设置个脚本：

1. export ARCH=arm
   
2. export CROSS_COMPILE=aarch64-linux-gnu-
   
3. make xilinx_zynqmp_zcu102_defconfig
   
4. make

复制代码

将以上内容保存到build.sh并加可执行权限以备用

4.qemu的编译安装
由于在标准qemu上执行始终有问题，因此使用了xilinx的qemu，首先clone其代码：https://github.com/Xilinx/qemu.git
然后安装依赖：sudo apt install libglib2.0-dev libgcrypt20-dev zlib1g-dev autoconf automake libtool bison flex
然后更新子模块：git submodule update --init dtc
然后配置一下：./configure --target-list="aarch64-softmmu,microblazeel-softmmu" --enable-fdt --disable-kvm --disable-xen --prefix=/opt/xlinx-qemu
由于需要同时使用标准qemu，因此使用--prefix=/opt/xlinx-qemu将其安装到一个独立文件夹中
最后，make -j4 V=99
编译成功后，再sudo make install
此时，export PATH=/opt/xlinx-qemu/binPATH
再执行qemu-system-aarch64 -M ？应该能看到正确输出

5.虚拟机运行脚本编写
为了简单起见，我们直接将虚拟机运行uboot的命令编写成一个脚本执行，脚本代码如下：

1. export PATH=/opt/xlinx-qemu/bin:$PATH
   
2. qemu-system-aarch64 -M arm-generic-fdt \
   
3. -serial mon:stdio -display none \
   
4. -device loader,addr=0xfd1a0104,data=0x8000000e,data-len=4 \
   
5. -device loader,file=./prebuild/bl31.elf,cpu-num=0 \
   
6. -device loader,file=./prebuild/pmufw.elf \
   
7. -device loader,file=./u-boot.elf \
   
8. -hw-dtb ./prebuild/zcu102-arm.dtb

复制代码

保存为raw-run.sh并加可执行权限即可


同时为了以后调试方便，增加带调试接口版脚本

1. export PATH=/opt/xlinx-qemu/bin:$PATH
   
2. qemu-system-aarch64 -M arm-generic-fdt \
   
3. -serial mon:stdio -display none \
   
4. -device loader,addr=0xfd1a0104,data=0x8000000e,data-len=4 \
   
5. -device loader,file=./prebuild/bl31.elf,cpu-num=0 \
   
6. -device loader,file=./prebuild/pmufw.elf \
   
7. -device loader,file=./u-boot.elf \
   
8. -hw-dtb ./prebuild/zcu102-arm.dtb \
   
9. -gdb tcp::2333 \
   
10. -S

复制代码

保存为gdb-run.sh并加可执行权限即可


为了能够让程序正常执行，我们还需要pmufw.elf、bl31.elf和zcu102-arm.dtb三个文件其中pmufw.elf和bl31.elf可以从xilinx的release版镜像中提取：https://xilinx-wiki.atlassian.ne ... Zynq+2016.4+Release
而zcu102-arm.dtb需要从手工编译：
首先clone代码：https://github.com/Xilinx/qemu-devicetrees
然后安装依赖：sudo apt install device-tree-compiler gcc make
最后make
选择生成目录下的single_arch文件夹下的zcu102-arm.dtb即可


这三个文件全部拷贝到prebuild文件夹下


都做完之后，可以运行build.sh再运行raw-run.sh观察效果，如果不出意外，可以看到uboot再虚拟机上被执行
(图片为已移植rt-uboot后的启动图片)


6.lib_rtos 系统移植
接下来就可以进行多线程内核的移植了，rt-uboot基于开源的rt-thread，取其内核作为rt-uboot实时内核，此处的具体移植原理、方式可以参见楼主之前写的技术篇：
https://www.right.com.cn/forum/thread-337363-1-1.html
如果大家不想手工移植，也可以下载楼主移植好的源代码：https://github.com/zhaohengbo/rt-uboot-aarch64-demo



7.rt-uboot编译与运行
默认情况下，rt-uboot demo包括两个线程，一个运行main_loop()主循环，一个运行led_test，在模拟器中，因为没有led，为了测试多线程是否工作，所以可以在led_test线程中加入一个printf用于打印输出第二个线程的消息。
加入点在lib_rtos/glue.c

改动完后,运行build.sh再运行raw-run.sh观察效果，如果不出意外，可以看到arm版的多线程bootloader在qemu上被成功运行


8.调试
有时候，程序的开发和移植并非一次就可以成功的，此时可以通过调试手段进行调试，我们可以通过运行build.sh再运行gsb-run.sh来实现。
运行后，本地打开了一个2333端口用于gdb调试，打开gdb(终端输入gdb-multiarch)，通过target remote 127.0.0.1:2333即可连接
使用symbol-file u-boot载入符号表，由于刚开始代码从bl3执行，所以下断点到uboot的reset位置0x8000000，然后continue到断点

现在可以开始调试了，我们可以查看寄存器

也可以单步执行程序

更多用法请参考gdb使用手册
注：如果想使用ddd等图形化调试界面，方式同理(ddd gdb-multiarch，然后target remote 127.0.0.1:2333)

9.尾
本文简单介绍了aarch64版多线程bootloader的开发、调试环境搭建，并未涉及多线程bootloader相关设计细节，如需要了解细节，可以访问：https://www.right.com.cn/forum/thread-337363-1-1.html

糜***

第三楼给mips备用

bai***

有ipq8065的开发板，有jlink，就是没时间测试。

wyj***

前排支持，感谢分享

忽徙***

月考，高中生来的吗？

Ma***

高中生赶快去好好学习

csf***

厉害的同学

糜***

忽徙北321 发表于 2018-10-4 07:38
月考，高中生来的吗？

马上就是了

老司机***

好腻害依稀记得楼主是高中生，还是个妹子

ml***

这么厉害！肯定是个萌妹子

oliv***

妈耶，太牛叉了

muz***

楼主强悍，顶你！

旁观***

半夜发帖不好 不要熬夜……

糜***

旁观者迷 发表于 2018-10-5 19:32
半夜发帖不好 不要熬夜……

白天都写作业了╯﹏╰