【正点原子I.MX6U-MINI】从零到系统启动：uboot编译与EMMC固化的完整实践

1. 环境准备搭建你的嵌入式开发“厨房”拿到一块像正点原子I.MX6U-MINI这样的开发板就像得到了一套高级的半成品食材。你想让它跑起来第一步不是直接下锅而是得先准备好你的“厨房”——也就是交叉编译环境。很多新手朋友一上来就卡在这里看着一堆命令发懵其实没那么复杂跟着我一步步来保证你能搞定。首先你得有一台运行Ubuntu的电脑虚拟机或者实体机都行。我强烈建议用Ubuntu 20.04 LTS稳定性好社区支持也完善。接下来我们要安装“秘密武器”交叉编译工具链。你可以把它理解成一套特殊的厨具它能在你的x86电脑上编译出能在ARM架构开发板上运行的“菜肴”也就是程序。正点原子提供的资料里通常会有工具链但为了通用性我们直接用Linaro官方的。打开终端执行下面这条命令来安装必要的依赖库这是为了让工具链能正常工作sudo apt-get update sudo apt-get install libncurses5-dev device-tree-compiler bison flex libssl-dev然后我们去下载工具链。这里我推荐使用gcc-linaro-7.5.0-2019.12-x86_64_arm-linux-gnueabihf这个版本和I.MX6U系列芯片匹配度很高。你可以用wget命令直接下载或者去官网找到链接。下载解压后记得把工具链的路径加到系统的环境变量里。具体操作是编辑你用户目录下的.bashrc文件在末尾加上类似这样的一行export PATH$PATH:/你的工具链解压路径/gcc-linaro-7.5.0-2019.12-x86_64_arm-linux-gnueabihf/bin加完之后执行source ~/.bashrc让它生效。最后在终端里输入arm-linux-gnueabihf-gcc -v如果能看到一长串版本信息恭喜你你的“厨房”已经准备就绪了。这一步虽然看起来繁琐但就像做饭前洗菜切菜一样是必不可少的基础磨刀不误砍柴工。2. 源码获取与初步探索认识你的“食材”工具链装好了接下来就要处理我们的“主食材”——uboot源码。正点原子的资料光盘或者官网下载页面里你能找到一个名为uboot-imx-2016.03-2.1.0-gee88051-v1.6.tar.bz2的压缩包版本号可能略有不同。我建议你在Ubuntu系统里专门创建一个清晰的工作目录比如~/workspace/imx6ull/把源码放进去这样以后管理起来会非常方便。通过FTP工具比如FileZilla或者直接拖拽到虚拟机共享文件夹把源码包上传到你的Ubuntu里。接着在终端进入存放目录用tar -vxjf命令解压。解压完成后你会看到一个充满文件和文件夹的uboot源码目录。先别急着编译我们花几分钟时间简单逛逛这个“食材仓库”。arch/目录下存放着不同CPU架构的代码我们关心的是arch/arm/。board/目录里是不同板级的支持文件正点原子的板子配置文件通常就在这里。include/configs/目录下则存放着板级的头文件配置。最重要的根目录下有一个Makefile它是整个编译过程的“总指挥”。对于I.MX6U-MINI这块板子正点原子已经为我们做好了默认的配置文件名字通常是mx6ull_14x14_ddr512_emmc_defconfig。这个文件定义了这块板子用的是多少内存DDR512、存储介质是EMMC等关键信息。你可以在源码根目录下执行find . -name *mx6ull*defconfig*来快速找到它。了解这些不是为了让你马上能修改而是让你心里有个底知道编译时到底发生了什么出了问题也知道该去哪里找原因而不是完全抓瞎。3. 编译uboot烹饪你的第一道“主菜”好了厨房和食材都齐了现在开始动手烹饪第一道硬菜——编译uboot。这个过程其实就三条核心命令但里面的门道不少。我们一条条来拆解确保你不仅会做还知道为什么这么做。首先进入你解压好的uboot源码根目录。第一步执行清理命令make ARCHarm CROSS_COMPILEarm-linux-gnueabihf- distclean。这条命令相当于把厨房操作台彻底擦洗干净清除掉所有之前可能残留的中间文件和配置。尤其是当你从别处拷贝源码或者之前编译失败过这一步至关重要能避免很多稀奇古怪的错误。第二步加载针对我们这块板子的默认配置make ARCHarm CROSS_COMPILEarm-linux-gnueabihf- mx6ull_14x14_ddr512_emmc_defconfig。这条命令执行后终端会打印出一些配置信息。它干了什么呢它把上面我们提到的那个defconfig文件里的配置项应用到整个uboot源码树生成一个隐藏的.config文件。这个文件就是后续编译的“菜谱”。你可以用cat .config | grep -v ^# | head -30命令瞥一眼这个菜谱的前几行感受一下。第三步也是最激动人心的一步开始正式编译make V1 ARCHarm CROSS_COMPILEarm-linux-gnueabihf- -j12。这里有几个参数值得说道V1表示输出详细的编译过程方便出错时调试第一次编译可以加上熟悉后可以去掉让屏幕更干净。-j12表示用12个线程并行编译这个数字通常设为你CPU核心数的1到2倍能极大加快编译速度。我实测在6核12线程的机器上用-j12比不用快了好几倍。编译过程会持续一两分钟屏幕上滚过无数行信息。只要最后没有出现红色的error字样并且以生成u-boot.bin和u-boot.imx文件为结束就说明成功了。这里要特别解释一下这两个文件的区别u-boot.bin是纯粹的、可执行的二进制代码但I.MX6U这类芯片在上电启动时需要一些额外的头部信息比如IVT、DCD数据来告诉芯片怎么初始化DDR从哪里开始执行。u-boot.imx就是在u-boot.bin前面加上了这些头部信息后形成的最终镜像只有这个u-boot.imx文件才能被我们的烧写工具识别并正确烧录到开发板。所以请认准u-boot.imx这个文件把它复制到一个安全的地方我们下一步就要用它。4. 使用MfgTool固化系统把“菜”装盘上桌编译出u-boot.imx只是做好了菜接下来得把它和系统其他部分一起“装盘”到开发板的EMMC存储里这个过程就叫固化或烧录。正点原子推荐使用他们定制过的NXP官方工具MfgTool它通过USB OTG线进行烧写非常方便。这里我分享几个我踩过坑才总结出来的关键步骤。首先从正点原子的资料包里找到mfgtool这个工具文件夹。关键操作来了我们需要用自己刚编译好的u-boot.imx替换掉工具里自带的uboot。找到mfgtool\Profiles\Linux\OS Firmware\files\boot这个路径里面会有一个类似u-boot-imx6ull-14x14-emmc.imx的文件。把你编译生成的u-boot.imx文件复制过来并且重命名完全覆盖掉原来的那个文件文件名必须保持和原来一模一样否则工具会找不到。这是第一个容易出错的地方。接着用USB OTG线连接开发板和电脑开发板的启动拨码开关拨到USB模式。然后双击运行Mfgtool2-eMMC-ddr512-eMMC.vbs这个脚本文件注意根据你的板子EMMC版本选择正确的vbs文件。如果一切正常MfgTool软件界面上会显示“符合HID标准的供应商定义设备”之类的字样。如果没显示别慌按这个顺序排查1. USB线是否插好换条线试试。2. 开发板电源是否接通3. 拨码开关位置是否正确4. 电脑的USB驱动是否正常通常在设备管理器里能看到一个USB Download Gadget之类的设备。注意在点击“Start”开始烧写前我强烈建议你先打开一个串口调试终端如MobaXterm、Putty等设置好正确的串口号和波特率通常是115200。这样你就能在烧写过程中看到开发板输出的详细日志这对判断烧写进度和排查问题有巨大帮助。点击“Start”后烧写就开始了。MfgTool的工作原理很巧妙它分两步走第一步先把一个最小的、包含uboot、kernel和dtb的“临时系统”通过USB下载到开发板的内存DDR里并运行起来第二步在这个临时Linux系统的环境下再去格式化EMMC并把完整的四大件uboot、kernel、dtb、rootfs从电脑拷贝到EMMC的相应分区。所以你会看到进度条走两遍第一遍很快下载到内存第二遍很慢写入EMMC尤其是rootfs文件系统很大。耐心等待直到显示“Done”和“烧写成功”。完成后先点“Stop”再点“Exit”退出最后把拨码开关拨回EMMC启动模式重启开发板。5. 系统启动与基础配置让开发板“活”起来开发板重启后如果一切顺利你应该能在串口终端里看到uboot的启动倒计时然后是Linux内核的启动信息翻滚最后出现一个登录提示符。正点原子出厂系统的默认用户名是root没有密码直接回车就能进入。恭喜你你的系统已经从EMMC成功启动了不过先别急着庆祝现在的系统还是个“毛坯房”。首先网络很可能是不通的。这是因为uboot虽然移植时支持了网络但相关的环境变量比如开发板的IP地址、服务器的IP地址等还没有设置。我们需要在uboot阶段设置这些。在uboot启动倒计时时按任意键进入uboot命令行然后依次设置请根据你的实际网络环境修改setenv ipaddr 192.168.1.100 # 开发板的IP地址 setenv ethaddr 00:04:9f:04:d2:35 # 开发板的MAC地址同一局域网内需唯一 setenv gatewayip 192.168.1.1 # 网关地址 setenv netmask 255.255.255.0 # 子网掩码 setenv serverip 192.168.1.50 # 你的Ubuntu主机的IP地址 saveenv # 保存环境变量到EMMC设置完后可以用ping 192.168.1.50你的服务器IP来测试网络是否通畅。看到host 192.168.1.50 is alive就说明网络通了这是后续进行内核调试、网络挂载文件系统的前提。还有一个常见问题是IP地址不固定。因为板载的LAN8720 PHY芯片没有内置MAC地址每次启动Linux系统都会生成一个随机的MAC导致DHCP获取的IP每次都变很不方便。解决办法是设置静态IP。进入系统后编辑/etc/rc.local文件这个文件在系统启动的最后阶段执行在exit 0这一行之前添加如下内容ifconfig eth0 192.168.1.100 netmask 255.255.255.0 up route add default gw 192.168.1.1 echo nameserver 114.114.114.114 /etc/resolv.conf这样每次启动eth0网卡都会固定设置为192.168.1.100。做完这些你的开发板就有了一个稳定的网络身份可以通过ssh远程登录也可以用它来从服务器下载文件整个开发环境就真正搭建完成了。从编译到烧写再到配置这个过程虽然步骤不少但每一步都有其明确的目的亲手走一遍你对嵌入式系统启动流程的理解会深刻很多。下次我们就可以尝试修改uboot代码或者编译自己的Linux内核了那又是另一片有趣的天地。