eMMC启动配置

之前我们使用的都是TF卡启动，对应的硬件接口是SD0。现在要更改启动方式，从eMMC启动系统，就要在之前的配置上做一些更改：

修改vivado配置

在vivado的block design中需使能SD1（eMMC在核心板上挂载在SD1接口上）：

继续后续的操作：“Generate Bitstream"-->Export Hardware"--->导出.xsa文件。

更改petalinux相关配置

• 将.xsa文件通过共享文件夹从Windows拷贝到虚拟机上，再将共享文件夹里的xsa文件复制到工作目录里：

• 在工作目录里运行petalinux环境，进行相关配置：使用命令：

​x
speta
petalinux-config --get-hw-description=.#导入新的xsa并完成配置

• 将uboot配置到qspi-flash，image和rootfs都配置到eMMC中：

对qspi-flash进行分区：

xxxxxxxxxx
petalinux-config --get-hw-description=.
Subsystem AUTO Hardware Settings-->Flash Settings-->

• 文件系统在mmcblk1p2，对应emmc的第二个分区

  xxxxxxxxxx
  petalinux-config --get-hw-description=.
  Image Packaging Configuration--->
  

• 选择ps7_sd_1. ps7_sd_1对应eMMC

  xxxxxxxxxx
  petalinux-config --get-hw-description=.
  Subsystem AUTO Hardware Settings-->SD/SDIO Settings-->
  

   

• xxxxxxxxxx
  petalinux-config --get-hw-description=.
  petalinux-config -> u-boot configuration ->u-boot script configuration -> QSPI/SPI image offsets
  # 这里zynq使用的是image.ub(里面包含kernel和dtb, image.ub属于fit image)
  

  

• xxxxxxxxxx
  petalinux-config -c u-boot  
   ARM architecture -> (0xFE0000) Boot script offset
  # 0xFE0000 对应qspi flash中的bootsrc的起始地址
  

  

• 编译并打包

  xxxxxxxxxx
  petalinux-build
  petalinux-package --boot --fsbl ./images/linux/zynq_fsbl.elf --u-boot --fpga --force
  #至此生成boot.src/BOOT.bin/image.ub/roofs.tar.gz
  

QSPI-Flash加载uboot和image，eMMC加载rootfs

• 先将开发板配置成SD卡启动模式，接上网线，上电启动后，在其/home/root目录下创建image文件夹。然后通过ftp的方式，把虚拟机上生成的image.ub、roofs.tar.gz拷贝到image下。至此eMMC模式下的内核镜像和文件系统都已经临时保存在TF卡上了。

• 将产生BOOT.bin/image.ub/zynq_fsbl.elf/boot.src文件拷贝到windows环境下。将开发板设置成JTAG模式，上电后通过vitis的program flash工具将BOOT.bin/image.ub/zynq_fsbl.elf/boot.src文件烧写到qspi-flash中（具体烧入的地址参考前面的qspi-flash的分区信息）：

（1）烧写BOOT.bin：image file选择BOOT.bin，offset填0x0000000

（2）烧写image.ub：先把image.ub改名成image.ub.bin；然后image file选择image.ub.bin，offeset填0x5A0000

（3）烧写boot.src：先把boot.src改名成boot.src.bin；然后image file选择boot.src.bin，offeset填0xFE0000：

uboot启动后，会去加载boot.src脚本，在该脚本中会根据当前的启动模式，进行相应的读取和加载以及bootm。

• 对eMMC格式化并分区

  断电后，将启动模式设置为SD卡，并将TF卡插入卡槽，上电后进入到TF卡中的linux系统。

  • 删除emmc原有分区并重新分区

    xxxxxxxxxx
    # 查看emmc当前的分区是否有挂载点
    mount
    # 如果有挂载，则先umount
    umount /dev/mmcblk1p1
    umount /dev/mmcblk1p2
    # 格式化emmc
    #fdisk /dev/mmcblk1
    

    • 删除分区

    输入“p”，会看到当前分区情况。

    输入"d"，将一个分区删除，如果有多个分区，则需要输入多次d。

    再输入“p”，会看到当前分区情况。

    • 创建第一个分区

    输入“n”，将创建一个分区。输入“p”（primary partition），然后依次输入“1”(partiton number)、“2048”（first sector）、“+1G”（第一个分区分配1GB）或者直接指定last sector。

    输入“t”，设置分区类型，输入“b”，将类型设置为“W95 FAT32”。

    再输入“p”，会看到当前分区情况，包括当前该分区的结束扇区号(对应EndLBA)。

    • 创建第二个分区

    使用“n”命令，输入“p”（primary partition），然后依次输入“2”、将剩余空间都留给第二个分区，直接回车就可以了。

    如果创建第二个分区时，first sector没有在第一个分区的结束扇区号的基础上自己增加的话，则输入前一个分区的EndLBA值+1。

    • 检查分区表

    输入“p”，检查一下是不是两个分区；都没问题则输入“w”，将分区表写入tf卡。

    • 格式化分区表

    xxxxxxxxxx
    # 将第一个分区格式化为FAT32
    mkfs.vfat -F 32 /dev/mmcblk1p1
    # 将第二个分区格式化为EXT4
    mkfs.ext4 /dev/mmcblk1p2 
    

• 将TF中保存的emmc启动用的image.ub和roofs.tar.gz拷贝和解压到emmc的分区中

  xxxxxxxxxx
  # 创建两个文件夹作为emmc两个分区的挂载点
  mkdir /media/mmcblk1p1
  mkdir /media/mmcblk1p2
  # 将/dev/mmcblk1p1挂载到/media/mmcblk1p1
  mount /dev/mmcblk1p1 /media/mmcblk1p1
  # 将/dev/mmcblk1p2挂载到/mnt/mmcblk1p2
  mount /dev/mmcblk1p2 /media/mmcblk1p2
  # image.ub拷贝到/dev/mmcblk1p1
  cp /home/root/image/image.ub /media/mmcblk1p1
  sync
  
  # rootfs.tar.gz解压到/dev/mmcblk1p2
  tar -xzf /home/root/image/rootfs.tar.gz -C /media/mmcblk1p2
  sync
  

  注：因为image是从qspi-flash中加载，所以image.ub不拷贝到第一个分区也可以。

  断电后，将启动模式设置为spi-flash模式，并上电。这时uboot和内核会从qspi-flash加载，文件系统会从eMMC加载。

boot.src文件分析

uboot启动后，会去加载boot.src脚本，在该脚本中会根据当前的启动模式，进行相应的读取和加载以及bootm。

以下是默认的boot.src文件的内容

xxxxxxxxxx
# 遍历boot模式（JTAG/QSPI/MMC/NAND）
for boot_target in ${boot_targets};
do
    echo "Trying to load boot images from ${boot_target}"
    if test "${boot_target}" = "jtag" ; then
        bootm 0x00200000 0x04000000 0x00100000
    fi
    if test "${boot_target}" = "mmc0" || test "${boot_target}" = "mmc1" ; then
        # 如果从mmc启动，则判断mmc下是否有uEnv.txt文件（目前的petalinux不会包含该文件）
        if test -e ${devtype} ${devnum}:${distro_bootpart} /uEnv.txt; then
            # 加载uEnv.txt文件
            fatload ${devtype} ${devnum}:${distro_bootpart} 0x02080000 uEnv.txt;
            echo "Importing environment(uEnv.txt) from ${boot_target}..."
            env import -t 0x02080000 $filesize
            if test -n $uenvcmd; then
                echo "Running uenvcmd ...";
                run uenvcmd;
            fi
        fi
        # 如果mmc包含image.ub文件
        if test -e ${devtype} ${devnum}:${distro_bootpart} /image.ub; then
            # 加载image.ub文件到0x10000000
            fatload ${devtype} ${devnum}:${distro_bootpart} 0x10000000 image.ub;
            # 从0x10000000启动
            bootm 0x10000000;
        fi
        
        # 如果从mmc启动，则正常情况下，以下代码不会执行到
        # 如果mmc包含uImage文件和system.dtb文件
        if test -e ${devtype} ${devnum}:${distro_bootpart} /uImage; then
            fatload ${devtype} ${devnum}:${distro_bootpart} 0x00200000 uImage;;
        fi
        if test -e ${devtype} ${devnum}:${distro_bootpart} /system.dtb; then
            fatload ${devtype} ${devnum}:${distro_bootpart} 0x00100000 system.dtb;
        fi
        # 如果mmc包含ramdisk.cpio.gz.u-boot文件
        if test -e ${devtype} ${devnum}:${distro_bootpart} /ramdisk.cpio.gz.u-boot && test "${skip_tinyramdisk}" != "yes"; then
            fatload ${devtype} ${devnum}:${distro_bootpart} 0x04000000 ramdisk.cpio.gz.u-boot;
            bootm 0x00200000 0x04000000 0x00100000
        fi
        if test -e ${devtype} ${devnum}:${distro_bootpart} /rootfs.cpio.gz.u-boot && test "${skip_ramdisk}" != "yes"; then
            fatload ${devtype} ${devnum}:${distro_bootpart} 0x04000000 rootfs.cpio.gz.u-boot;
            bootm 0x00200000 0x04000000 0x00100000
        fi
        bootm 0x00200000 - 0x00100000
    fi
    
    # 如果从qspi启动
    if test "${boot_target}" = "xspi0" || test "${boot_target}" = "qspi" || test "${boot_target}" = "qspi0"; then
        sf probe 0 0 0;
        # 将qspi偏移地址0x5A0000，长度0xA40000的内容加载到0x10000000
        # 0x5A0000和0xA40000对应前面qspi的空间划分的image.ub
        sf read 0x10000000 0x5A0000 0xA40000
        # 从0x10000000启动
        bootm 0x10000000;
        echo "Booting using Fit image failed"

        sf read 0x00200000 0x1000000 0x500000
        sf read 0x04000000 0x1580000 0xA00000
        bootm 0x00200000 0x04000000 0x00100000;
        echo "Booting using Separate images failed"
    fi
    if test "${boot_target}" = "nand" || test "${boot_target}" = "nand0"; then
        nand info;
        nand read 0x10000000 0x1080000 0x6400000
        bootm 0x10000000;
        echo "Booting using Fit image failed"

        nand read 0x00200000 0x1000000 0x3200000
        nand read 0x04000000 0x4600000 0x3200000
        bootm 0x00200000 0x04000000 0x00100000;
        echo "Booting using Separate images failed"
    fi
done

如果boot mode是qspi，那么uboot和image都会从qspi flash加载。

如果boot mode是mmc0或者mmc1，则uboot和image都会从mmc加载。

QSPI-Flash加载uboot, eMMC加载image和rootfs

根据前面对boot.src文件的分析，如果想从qspi flash加载uboot，从mmc加载image，那么就需要修改boot.src文件。

因为boot.src文件本身是带crc校验的，所以直接修改boot.src内容，会导致boot.src校验失败，从而无法启动内核。

boot.src是通过components/yocto/layers/meta-xilinx/meta-xilinx-bsp/recipes-bsp/u-boot/u-boot-zynq-scr/boot.cmd.generic为模板而生成的，所以可以修改boot.cmd.generic文件。

但是boot.cmd.generic文件在petalinux-config时可能会被自动覆盖。

合理的修改办法是通过在project-spec/meta-user/recipes-bsp/uboot/的增加一个u-boot-zynq-scr.bbappend和一个u-boot-zynq-scr文件夹来解决。

Patching U-Boot boot script in Petalinux 2021.1

• qspi-falsh可以还是按照上述步骤进行空间划分；包括petalinux-config和uboot config；

• 在project-spec/meta-user/recipes-bsp/uboot/下创建u-boot-zynq-scr.bbappend文件和u-boot-zynq-scr文件夹

xxxxxxxxxx
# u-boot-zynq-scr.bbappend文件内容如下：

FILESEXTRAPATHS_prepend := "${THISDIR}/u-boot-zynq-scr:"

SRC_URI += "file://boot.cmd.generic"

将components/yocto/layers/meta-xilinx/meta-xilinx-bsp/recipes-bsp/u-boot/u-boot-zynq-scr/boot.cmd.generic文件拷贝到u-boot-zynq-scr文件夹下，然后修改该文件：

xxxxxxxxxx
# This is a boot script for U-Boot
# Generate boot.scr:
# mkimage -c none -A arm -T script -d boot.cmd.default boot.scr
#
################
@@PRE_BOOTENV@@

for boot_target in ${boot_targets};
do
    echo "Trying to load boot images from ${boot_target}"
    if test "${boot_target}" = "jtag" ; then
        @@KERNEL_BOOTCMD@@ @@KERNEL_LOAD_ADDRESS@@ @@RAMDISK_IMAGE_ADDRESS@@ @@DEVICETREE_ADDRESS@@
    fi
    if test "${boot_target}" = "mmc0" || test "${boot_target}" = "mmc1" ; then
        if test -e ${devtype} ${devnum}:${distro_bootpart} /@@UENV_TEXTFILE@@; then
            fatload ${devtype} ${devnum}:${distro_bootpart} @@UENV_MMC_LOAD_ADDRESS@@ @@UENV_TEXTFILE@@;
            echo "Importing environment(@@UENV_TEXTFILE@@) from ${boot_target}..."
            env import -t @@UENV_MMC_LOAD_ADDRESS@@ $filesize
            if test -n $uenvcmd; then
                echo "Running uenvcmd ...";
                run uenvcmd;
            fi
        fi
        if test -e ${devtype} ${devnum}:${distro_bootpart} /@@FIT_IMAGE@@; then
            fatload ${devtype} ${devnum}:${distro_bootpart} @@FIT_IMAGE_LOAD_ADDRESS@@ @@FIT_IMAGE@@;
            bootm @@FIT_IMAGE_LOAD_ADDRESS@@;
                fi
        if test -e ${devtype} ${devnum}:${distro_bootpart} /@@KERNEL_IMAGE@@; then
            fatload ${devtype} ${devnum}:${distro_bootpart} @@KERNEL_LOAD_ADDRESS@@ @@KERNEL_IMAGE@@;;
        fi
        if test -e ${devtype} ${devnum}:${distro_bootpart} /system.dtb; then
            fatload ${devtype} ${devnum}:${distro_bootpart} @@DEVICETREE_ADDRESS@@ system.dtb;
        fi
        if test -e ${devtype} ${devnum}:${distro_bootpart} /@@RAMDISK_IMAGE1@@ && test "${skip_tinyramdisk}" != "yes"; then
            fatload ${devtype} ${devnum}:${distro_bootpart} @@RAMDISK_IMAGE_ADDRESS@@ @@RAMDISK_IMAGE1@@;
            @@KERNEL_BOOTCMD@@ @@KERNEL_LOAD_ADDRESS@@ @@RAMDISK_IMAGE_ADDRESS@@ @@DEVICETREE_ADDRESS@@
        fi
        if test -e ${devtype} ${devnum}:${distro_bootpart} /@@RAMDISK_IMAGE@@ && test "${skip_ramdisk}" != "yes"; then
            fatload ${devtype} ${devnum}:${distro_bootpart} @@RAMDISK_IMAGE_ADDRESS@@ @@RAMDISK_IMAGE@@;
            @@KERNEL_BOOTCMD@@ @@KERNEL_LOAD_ADDRESS@@ @@RAMDISK_IMAGE_ADDRESS@@ @@DEVICETREE_ADDRESS@@
        fi
        @@KERNEL_BOOTCMD@@ @@KERNEL_LOAD_ADDRESS@@ - @@DEVICETREE_ADDRESS@@
    fi
    if test "${boot_target}" = "xspi0" || test "${boot_target}" = "qspi" || test "${boot_target}" = "qspi0"; then
        ### 这个if是增加的部分
        ### 判断mmc 1:${distro_bootpart}上是否有image.ub文件
        ### 即eMMC第一个分区是否有image.ub文件
        if test -e mmc 1:${distro_bootpart} /@@FIT_IMAGE@@; then
            echo "try to boot using mmc1 Fit image"
            # 如果有，则加载到FIT_IMAGE_LOAD_ADDRESS地址（对应的是0x1000000）
            fatload mmc 1:${distro_bootpart} @@FIT_IMAGE_LOAD_ADDRESS@@ @@FIT_IMAGE@@;
            # 从FIT_IMAGE_LOAD_ADDRESS地址启动
            bootm @@FIT_IMAGE_LOAD_ADDRESS@@;
            echo "Booting using mmc1 Fit image failed"
        fi
        # 如果mmc上没有image.ub文件，则还是会从qspi上加载image.ub
        echo "try to boot using qspi Fit image"
        sf probe 0 0 0;
        sf read @@FIT_IMAGE_LOAD_ADDRESS@@ @@QSPI_FIT_IMAGE_OFFSET@@ @@QSPI_FIT_IMAGE_SIZE@@
        bootm @@FIT_IMAGE_LOAD_ADDRESS@@;
        echo "Booting using Fit image failed"

        sf read @@KERNEL_LOAD_ADDRESS@@ @@QSPI_KERNEL_OFFSET@@ @@QSPI_KERNEL_SIZE@@
        sf read @@RAMDISK_IMAGE_ADDRESS@@ @@QSPI_RAMDISK_OFFSET@@ @@QSPI_RAMDISK_SIZE@@
        @@KERNEL_BOOTCMD@@ @@KERNEL_LOAD_ADDRESS@@ @@RAMDISK_IMAGE_ADDRESS@@ @@DEVICETREE_ADDRESS@@;
        echo "Booting using Separate images failed"
    fi
    if test "${boot_target}" = "nand" || test "${boot_target}" = "nand0"; then
        nand info;
        nand read @@FIT_IMAGE_LOAD_ADDRESS@@ @@NAND_FIT_IMAGE_OFFSET@@ @@NAND_FIT_IMAGE_SIZE@@
        bootm @@FIT_IMAGE_LOAD_ADDRESS@@;
        echo "Booting using Fit image failed"

        nand read @@KERNEL_LOAD_ADDRESS@@ @@NAND_KERNEL_OFFSET@@ @@NAND_KERNEL_SIZE@@
        nand read @@RAMDISK_IMAGE_ADDRESS@@ @@NAND_RAMDISK_OFFSET@@ @@NAND_RAMDISK_SIZE@@
        @@KERNEL_BOOTCMD@@ @@KERNEL_LOAD_ADDRESS@@ @@RAMDISK_IMAGE_ADDRESS@@ @@DEVICETREE_ADDRESS@@;
        echo "Booting using Separate images failed"
    fi
done

• 按照之前的步骤：petalinux-build以及打包后，将BOOT.bin、boot.src、image.ub、zynq_fsbl.elf拷贝到windows下，使用vitis烧入qspi-flash即可；image.ub文件拷贝eMMC的第一个分区，rootfs解压到eMMC的第二个分区即可。