Linux--系统烧写

前面几篇文章，已经搞定了Linux移植三巨头：uboot、kernel(包含dtb)和rootfs，除了uboot是烧写在SD中的，其它的都是在ubuntu虚拟机的nfs服务器中，运行时必须通过网络将这些文件加载到开发板的内存中运行。

本篇就来研究，将这几个文件打包烧写到板子的eMMC中，实现嵌入式Linux系统的烧写，这样，在没有网络的情况下，板子也可以正常运行。系统烧写使用的是NXP官方的MfgTool工具，通过USB OTG口来烧写。

一、MfgTool工具简介

MfgTool 工具是 NXP 提供的专门用于给 I.MX 系列 CPU 烧写系统的软件，可以在 NXP 官网下载到。该软件需要在Windows环境下使用。

这是使用正点原子提供的已经下载好的NXP烧写工具：L4.1.15_2.0.0-ga_mfg-tools.tar.gz。

将软件包解压，里面还有2个.gz 压缩包，一个是带rootfs，一个是不带rootfs，我们是需要烧写文件系统的，所以选择 mfgtools-with-rootfs.tar.gz 这个压缩包，继续解压。

进入目录 mfgtools-with-rootfs\mfgtools 中，在此目录下有几个文件夹和很多的.vbs 文件:

Profiles文件夹：要烧写的文件就放到这个文件夹中。
MfgTool2.exe：烧写软件，但不需要直接打开这个软件烧写。
众多的.vbs 文件：烧写配置脚本，指定烧写的芯片和地址，烧写的时候通过双击这些.vbs文件来打开烧写工具。这些.vbs 烧写脚本既可以根据处理器的不同，由用户选择向 I.MX6D、I.MX6Q、I.MX6S、I.MX7、I.MX6UL 和 I.MX6ULL 等的哪一款芯片烧写系统。也可以根据存储芯片的不同，选择向 EMMC、NAND 或 QSPI Flash 等的哪一种存储设备烧写，功能非常强大。

我们先来简单了解一下 MfgTool 烧写的原理：

MfgTool 其实是先通过 USB OTG 先将 uboot 、 kernel 和 .dtb( 设备树 )这是三个文件下载到开发板的 DDR 中，注意不需要下载 rootfs 。就相当于直接在开发板的 DDR 上启动 Linux 系统，等 Linux 系统启动以后再向 EMMC 中烧写完整的系统，包括 uboot 、 linux 、kernel、 .dtb( 设备树 ) 和 rootfs ，因此 MfgTool 工作过程主要分两个阶段：

①、将 firmware 目录中的 uboot 、 linux kernel 和 .dtb( 设备树 ) ，然后通过 USB OTG 将这个文件下载到开发板的 DDR 中，目的就是在 DDR 中启动 Linux 系统，为后面的烧写做准备。

②、经过第①步的操作，此时 Linux 系统已经运行起来了，系统运行起来以后就可以很方便的完成对 EMMC 的格式化、分区等操作。 EMMC 分区建立好以后就可以从 files 中读取要烧写的 uboot 、 linux kernel 、 .dtb( 设备树 ) 和 rootfs 这 4 个文件，然后将其烧写到 EMMC 中，这个就是 MfgTool 的大概工作流程。

二、 MfgTool烧写步骤

2.1 连接USB OTG

MfgTool是通过USB OTG接口将系统烧写进EMMC中的，使用USB线连接电脑（使用USB OTG连接时，需要先把SD卡拔出）。

2.2 切换拨码开关模式

将拨码开关拨到USB下载模式

连接电源，进入USB模式，连接成功后电脑右下角会有提示

2.3 系统烧写

双击“mfgtool2-yocto-mx-evk-emmc.vbs” ，出现如下窗口：

如果出现“符合HID标准的供应商定义设备”就说明连接正常，可以进行烧写。若硬件连接完毕，烧写文件也配置好了，点击Start按钮即可一键烧写。

3 MfgTool烧写原理

我们需要烧写uboot、kernel、.dtb 和 rootfs这四个文件，它们一起构成了linux系统。

进入如下的系统固件目录中：

L4.1.15_2.0.0-ga_mfg-tools/mfgtools-with-rootfs/mfgtools/Profiles/Linux/OS Firmware

我们重点关注files、firmware这两个文件夹，以及ucl2.xml这个文件。

MfgTool烧写的工作过程主要分两个阶段：

第一阶段：MfgTool先通过USB OTG先将firmware目录中uboot、kernel和.dtb这是三个文件下载到开发板的DDR内存中（注意不需要下载 rootfs），就相当于直接在开发板的内存上启动Linux系统。
第二阶段：等Linux 系统启动以后（这时可以方便的完成对EMMC的格式化、分区等操作），再向EMMC中烧写完整的系统，包括files目录中的uboot、linux kernel、.dtb和rootfs这4个文件。

3.1 firmeare文件夹

mfgtools/Profiles/Linux/OS Firmware/firmware文件夹里有很多NXP官方开发板使用的文件，包括.imx 结尾的uboot文件、一个zImage镜像文件、很多.dtb结尾的设备树文件，我们需要注意其中三个文件：

zImage：NXP官方I.MX6ULL EVK开发板的Linux镜像文件
u-boot-imx6ull14x14evk_emmc.imx：NXP官方I.MX6ULL EVK开发板的uboot文件
zImage-imx6ull-14x14-evk-emmc.dtb：NXP 官方I.MX6ULL EVK开发板的设备树

这3个文件即第一阶段需要烧写的文件，如果要烧写我们的系统，就要用自己编译的文件替换这3个文件。

3.2 files文件夹

mfgtools/Profiles/Linux/OS Firmware/files目录中的文件和firmware 目录中的基本差不多，这里就要注意下面4个文件

zImage：同上
u-boot-imx6ull14x14evk_emmc.imx：同上
zImage-imx6ull-14x14-evk-emmc.dtb：同上
rootfs_nogpu.tar.bz2：根文件系统（nogpu表示不包含GPU的内容）

这4个文件即第二阶段需要烧写的文件，如果要烧写我们的系统，就要用自己编译的文件替换这4个文件。

3.3 ucl2.xml文件

mfgtools/Profiles/Linux/OS Firmware/ucl2.xml是一种XML格式的文件，用来指定files和firmware目录要烧写的uboot和设备树文件。

ucl2.xml 以 “<UCL>” 开始，以 “</UCL>” 结束。 “<CFG>”和“</CFG>”之间是配置相关内容，“<LIST>”和“</LIST>”之间的是针对不同存储芯片的烧写命令。

ucl2.xml文件有600多行，这里抽取主干结构来看一个该文件的主要运行流程：

<UCL>
  <CFG>
    <!-- 判断向 I.MX 系列的哪个芯片烧写系统 --> 
    <STATE name="BootStrap" dev="MX6SL" vid="15A2" pid="0063"/>
    <!-- ...省略若干行参数配置 -->
  </CFG>

  <LIST name="SDCard" desc="Choose SD Card as media">
    <!-- 向 SD 卡烧写 Linux 系统 --> 
    <!-- ...省略若干行烧写配置 -->
  </LIST>
  <LIST name="eMMC" desc="Choose eMMC as media">
    <!-- [1]向 EMMC 烧写 uboot(.imx) -->
    <CMD state="BootStrap" type="boot" body="BootStrap" file ="firmware/u-boot-imx6ul%lite%%6uluboot%_emmc.imx" ifdev="MX6ULL">Loading U-boot</CMD>
    <!-- [2]向 EMMC 烧写 Kernel(zImage) -->
    <CMD state="BootStrap" type="load" file="firmware/zImage" address="0x80800000"
        loadSection="OTH" setSection="OTH" HasFlashHeader="FALSE" ifdev="MX6SL MX6SX MX7D MX6UL MX6ULL">Loading Kernel.</CMD>
    <!-- [3]向 EMMC 烧写 initramfs -->
    <CMD state="BootStrap" type="load" file="firmware/%initramfs%" address="0x83800000"
        loadSection="OTH" setSection="OTH" HasFlashHeader="FALSE" ifdev="MX6SL MX6SX MX7D MX6UL MX6ULL">Loading Initramfs.</CMD>
    <!-- [4]向 EMMC 烧写 device tree(.dtb) -->
    <CMD state="BootStrap" type="load" file="firmware/zImage-imx6ul%lite%-%6uldtb%-emmc.dtb" address="0x83000000"
        loadSection="OTH" setSection="OTH" HasFlashHeader="FALSE" ifdev="MX6ULL">Loading device tree.</CMD>
    <!-- ...省略若干行烧写配置 -->
      
    <!-- [5]跳转到系统镜像 -->
    <CMD state="BootStrap" type="jump" > Jumping to OS image. </CMD>
  </LIST>

  <!-- burn uboot only because spi-nor flash is small (4M). kernel is beyond 5M now -->
  <LIST name="Nor Flash" desc="Choose Nor flash as media">
    <!-- 向 Nor Flash 烧写 Linux 系统 -->
    <!-- ...省略若干行烧写配置 -->
  </LIST>

  <LIST name="Quad Nor Flash" desc="Choose Quad Nor flash as media">
    <!-- 向 Quad Nor Flash 烧写 Linux 系统 -->
    <!-- ...省略若干行烧写配置 -->
  </LIST>
  
  <!-- ...省略若干行其它存储位置的烧写 -->
</UCL>

ucl2.xml 首先会判断当前要向I.MX系列的哪个型号的芯片烧写系统：

通过读取芯片的VID和PID，即可判断要烧什么处理器的系统，如VID=0X15A2，PID=0080，就表示要给I.MX6ULL烧写系统。

3.4 xxx.vbs文件

ucl2.xml文件中确定了要烧写的处理器型号以后，还要确定向什么存储设备烧写系统，这是在mfgtools/mfgtool2-yocto-mx-evk-emmc.vbs中配置，右键，用文本编辑器打开这个文件（不要双击）：

Set wshShell = CreateObject("WScript.shell")
wshShell.run "mfgtool2.exe -c ""linux"" -l ""eMMC"" -s ""board=sabresd"" -s ""mmc=1"" -s ""6uluboot=14x14evk"" -s ""6uldtb=14x14-evk"""
Set wshShell = Nothing

注意“wshShell.run”这一行，调用了 mfgtool2.exe 这个软件，还给出了一堆的参数，包含“eMMC”字样，表示是向 EMMC 烧写系统

下面继续分析ucl2.xml文件中的烧写过程

前面说了烧写分两个阶段，第一步是通过 USB OTG 向 DDR中下载系统，第二步才是正常的烧写。

根据当前是EMMC的板子，第1步烧写uboot的命令如下：

<CMD state="BootStrap" type="boot" body="BootStrap" file ="firmware/u-boot-imx6ul%lite%%6uluboot%_emmc.imx" ifdev="MX6ULL">Loading U-boot </CMD>

“file” 表示要下载的文件位置：

firmware/u-boot-imx6ul%lite%%6uluboot%_emmc.imx

“%lite%”和“%6uluboot%”分别表示取lite和6uluboot的值，那lite和6uluboot的值是多少呢？在cfg.ini文件中有定义。

3.5 cfg.ini文件

mfgtools/cfg.ini文件是一个配置文件，内容如下：

[profiles]
chip = Linux

[platform]
board = SabreSD

[LIST]
name = SDCard

[variable]
board = sabresd
mmc = 0
sxuboot=sabresd
sxdtb=sdb
7duboot=sabresd
7ddtb=sdb
6uluboot=14x14ddr3arm2
6uldtb=14x14-ddr3-arm2
6ulldtb=14x14-ddr3-arm2
ldo=
plus=
lite=l
initramfs=fsl-image-mfgtool-initramfs-imx_mfgtools.cpio.gz.u-boot
seek = 1
sxnor=qspi2
7dnor=qspi1
6ulnor=qspi1
nor_part=0

可以看到，lite=l，6uluboot=14x14evk。

继续分析ucl2.xml文件中的烧写过程，将lite和6uluboot的值代入以后，要烧写的uboot文件名就是：

firmware/u-boot-imx6ull14x14evk _emmc.imx

同样的方法将.dtb(设备树)和zImage都下载到DDR中以后就会跳转去运行OS，这个时候会在MfgTool工具中会有“Jumping to OS image”提示语句，ucl2.xml中的跳转命令如下：

<CMD state="BootStrap" type="jump" > Jumping to OS image. </CMD>

启动Linux系统以后就可以在EMMC上创建分区，然后烧写uboot、zImage、.dtb(设备树)和根文件系统。

三、烧写自己的系统

准备要烧写的文件：

自己移植编译出来的uboot文件：u-boot.imx（位于u-boot源码主目录中）
自己移植编译出来的zImage镜像文件（位于Kernel源码的arch/arm/boot目录中）和开发板对应的.dtb(设备树)mx6ull-myboard.dtb（位于Kernel源码的arch/arm/boot/dts目录中）
自己构建的根文件系统rootfs
rootfs需要先打包成rootfs.tar.bz2，进入Ubuntu中的nfs目录下的rootfs目录，使用tar命令打包：
cd rootfs/
tar -vcjf rootfs.tar.bz2 *

将这4个文件复制到Windows系统中准备烧录。

总结一下要准备的文件，如下图：

烧写时，这里有两种修改方式进行烧写，一种是将自己的4个文件按照NXP官方的文件进行重命名，并替换掉官网的文件，即可直接烧录。另一种是改造MfgTool烧写工具，使得该烧写工具能够兼容自己板子的文件名。因为第2种修改比较麻烦，先使用第1种简单的方式进行烧写，只需要修改文件名即可，并且必须对其进行重命名，否则的话 ucl2.xml 是识别不出来的。

需要替换的名称为：