从零开始为香橙派orangepi zero 3移植主线linux——1.uboot

0.前言

  之前买了块香橙派zero3，CPU是全志H618，四核cortex-A53，烧录了官方的ubuntu系统后就一直没有再玩过。最近一些其他的学习告一段落，就把这块板子拿出来倒腾倒腾，尝试移植主线linux，最好是能够在linux中把GPU也驱动起来。
注：在本篇及之后的几篇移植文章中，暂时不对主线中的配置文件和设备树进行修改，先尝试跑起来再说。

一、准备

需要准备的设备如下：

• PC：windows + ubuntu22.04（可用虚拟机）
• 香橙派zero3 + TF卡、读卡器

需要准备的软件环境：

• ubuntu中，编译uboot、kernel等需要的系统依赖库这里就不多赘述，编译过程如有报错可根据提示自行查找安装。
• 交叉编译链：
  1.gcc-arm-11.2-2022.02-x86_64-aarch64-none-linux-gnu，用于编译tf-a、uboot、kernel等
  下载地址：https://developer.arm.com/downloads/-/arm-gnu-toolchain-downloads/11-2-2022-02
  2.or1k-linux-musl-cross，用于编译crust
  下载地址：https://github.com/stffrdhrn/gcc/releases

软件源码：

• TF-A，arm可信固件
  下载地址：https://github.com/ARM-software/arm-trusted-firmware
• crust，全志电源管理固件
  下载地址：https://github.com/crust-firmware/crust
• uboot
  下载地址：https://github.com/u-boot/u-boot
• linux kernel
  下载地址：https://github.com/torvalds/linux
• buildroot
  下载地址：https://github.com/buildroot/buildroot

在ubuntu中创建两个目录，一个用于存放编译工具链，另一个用于存放相关源码。nfs目录为虚拟网络文件系统，后续可以使用tftp更加方便的验证一些系统功能。

二、制作引导文件

参考文章：uboot源码中的 README.sunxi64

1.BL31

  BL31为Arm可信固件的编译产物，用于对uboot、 kernel进行校验和鉴权，相关原理部分可以参考一些开源教程中的描述。
  在arm-trusted-firmware源码的plat\allwinner目录中，存放了全志相关soc的可信固件校验源码，有兴趣的可以深入研究。

在源码目录下，使用以下命令：

export PATH=$PATH:<path_to_toolchain>/aarch64-none-linux-gnu/bin
export CROSS_COMPILE=aarch64-none-linux-gnu-
make PLAT=sun50i_h616 DEBUG=1 bl31

这里的PLAT即为plat目录下所声明的那些类型，选择与自己的板型相近的配置即可，如果没有就使用common类型。全志H618可以理解为H616的超频版，或者使用H6也没有问题。
编译完成后，生成的BL31.bin存放在源码目录的build\<plat>\debug\目录下。

2.SCP firmware (Crust)

  crust固件为全志系列SoC的电源管理，如果没有板载PMIC电源管理芯片，则用来控制系统的poweroff和reboot命令。此固件通常运行在AR100微控制器上，所以需要的交叉编译链与其他不同。
在configs目录下存放了相关板卡所需的配置文件：

在crust源码下，使用以下命令进行编译：

export PATH=$PATH:<path_to_toolchain>/or1k-linux-musl/bin
export CROSS_COMPILE=or1k-linux-musl-
make orangepi_3_defconfig && make -j5 scp

如果没有自己的板卡所对应的配置文件，就选择与相近的即可。例如orangepi 3和orangepi zero 3都是H6系列的芯片。编译结果存放在build\scp\scp.bin。

3.uboot

由于暂时不对uboot下的相关配置文件进行修改，所以这里直接尝试编译。
使用的配置文件为configs\orangepi_zero3_defconfig，对应的设备树文件为arch\arm\dts\sun50i-h618-orangepi-zero3.dts。使用一下命令进行编译：

# 声明BL31文件路径
export BL31=<path_to_tfa>/arm-trusted-firmware/build/sun50i_h616/debug/bl31.bin
# 声明SCP文件路径
export SCP=<path_to_crust>/crust/build/scp/scp.bin
export PATH=$PATH:<path_to_toolchain>/aarch64-none-linux-gnu/bin

make ARCH=arm CROSS_COMPILE=aarch64-none-linux-gnu- orangepi_zero3_defconfig
make ARCH=arm CROSS_COMPILE=aarch64-none-linux-gnu- menuconfig
make ARCH=arm CROSS_COMPILE=aarch64-none-linux-gnu- -j20

注：官方文档中有说明，如果不想使用crust的电源管理功能，可以使用export SCP=/dev/null命令进行代替。
编译结果为存放在uboot源码根目录下的u-boot-sunxi-with-spl.bin文件。

三、烧录

首先使用读卡器将TF卡接到PC设备上，并进行格式化。然后接入ubuntu设备，进行分区。
刚介入ubuntu中，应该是下面这种情况：

会默认存在一个分区，这应该是windows格式化出来的。使用fdisk工具进行分区：

sudo fdisk /dev/sdb 

欢迎使用 fdisk (util-linux 2.31.1)。
更改将停留在内存中，直到您决定将更改写入磁盘。
使用写入命令前请三思。

命令(输入 m 获取帮助)： d			//删除windows中创建的一个分区
已选择分区 1
分区 1 已删除。

命令(输入 m 获取帮助)： n			//创建新分区
分区类型
   p   主分区 (0个主分区，0个扩展分区，4空闲)
   e   扩展分区 (逻辑分区容器)
选择 (默认 p)： 

将使用默认回应 p。
分区号 (1-4, 默认  1):  						//使用默认
第一个扇区 (2048-7761886, 默认 2048): 		//使用默认
上个扇区，+sectors 或 +size{K,M,G,T,P} (2048-7761886, 默认 7761886): +200M  //第一个分区为200M大小

创建了一个新分区 1，类型为“Linux”，大小为 200 MiB。

命令(输入 m 获取帮助)： n
分区类型
   p   主分区 (1个主分区，0个扩展分区，3空闲)
   e   扩展分区 (逻辑分区容器)
选择 (默认 p)： 

将使用默认回应 p。
分区号 (2-4, 默认  2): 						//使用默认
第一个扇区 (411648-7761886, 默认 411648): 	//使用默认
Last sector, +/-sectors or +/-size{K,M,G,T,P} (411648-7761886, 默认 7761886):   //直接回车

创建了一个新分区 2，类型为“Linux”，大小为 3.5 GiB。

命令(输入 m 获取帮助)： w			//保存
分区表已调整。
将调用 ioctl() 来重新读分区表。
正在同步磁盘。

然后对创建的分区进行格式化：

sudo mkfs.vfat /dev/sdb1
sudo mkfs.ext4 /dev/sdb2

格式化完成后应该是以下结果：

之后就可以按照uboot源码中的README文档所述指令进行烧录：

sudo dd if=u-boot-sunxi-with-spl.bin of=/dev/sdb bs=1024 seek=8
sync

四、运行

将TF卡插入开发板，并连接串口和电源，串口提示如下：

从uboot和BL31的编译时间来看，应该是成功加载了，不过比较奇怪的是为什么uboot会加载两遍，而且从打印信息来看，貌似有一些功能没有正常启动，CPU的识别也有点问题，还有待继续研究。