內核移植

半導體廠商會從 Linux內核官網下載某個版本，將其移植到自己的 CPU上，測試成功后就會將其開放給該半導體廠商的 CPU開發者。 開發者下載其提供的 Linux內核，然后將其移植到自己的產品上。

本文使用 NXP提供的 Linux內核源碼進行移植，文件名為：

linux-imx-rel_imx_4.1.15_2.1.0_ga.tar.bz2

1.NXP官方開發板Linux內核編譯測試

編譯內核之前需要先在ubuntu上安裝 lzop庫，另外，圖形化配置工具還需要 ncurses庫支持，安裝命令為：

sudo apt-get install lzop
sudo apt-get install build-essential 
sudo apt-get install libncurses5-dev

在 Ubuntu中新建一個文件夾，然后將 linux內核壓縮包拷貝到文件夾中并解壓，解壓命令為：

tar -vxf linux-imx-rel_imx_4.1.15_2.1.0_ga.tar.bz2

1.1 配置并編譯內核

編譯 Linux內核之前要先配置 Linux內核。 每個板子都有對應的默認配置文件，保存在“arch/arm/configs”目錄中。 imx_v7_defconfig和imx_v7_mfg_defconfig都可以作為 NXP官方開發板 IMX6ULL EVK的默認配置文件，一般使用后者，因為后者編譯出來的 zImage可通過 NXP官方提供的 MfgTool工具進行燒寫

進入到 Ubuntu中的 Linux源碼根目錄下，執行如下命令：

#編譯之前先清理
make ARCH=arm CROSS_COMPILE=arm-linux-gnueabihf- distclean 	
#配置Linux內核
make ARCH=arm CROSS_COMPILE=arm-linux-gnueabihf- imx_v7_mfg_defconfig 
#編譯Linux內核
make ARCH=arm CROSS_COMPILE=arm-linux-gnueabihf- all -j16

編譯完成后，會得到兩個重要文件：

• Linux內核鏡像文件：存放路徑為 arch/arm/boot/zImage
• IMX6ULL EVK開發板對應的設備樹文件：存放路徑為 arch/arm/boot/dts/imx6ull-14x14-evk.dtb

1.2 內核啟動測試

將上一節中生成的 zImage和 imx6ull-14x14-evk.dtb這兩個文件下載到 IMX6U-ALPHA開發板上進行測試。

首先檢查 uboot中的環境變量 bootargs

console=ttymxc0,115200 root=/dev/mmcblk1p2 rootwait rw

然后拷貝 zImage和 imx6ull-14x14-evk.dtb這兩個文件到 Ubuntu的 tftp目錄下

cp arch/arm/boot/zImage /home/andyxi/linux/tftp
cp arch/arm/boot/dts/imx6ull-14x14-evk.dtb /home/andyxi/linux/tftp

最后啟動開發板，進入 uboot命令行模式，輸入如下命令以上兩個文件下載到開發板中并啟動

tftp 80800000 zImage
tftp 83000000 imx6ull-14x14-evk.dtb
bootz 80800000 - 83000000

內核啟動后，如果 EMMC中存在根文件系統，就可以進入到 Linux系統里使用命令進行操作，如下圖示

1.3 根文件系統缺失錯誤

Linux內核啟動以后是需要根文件系統的，根文件系統存在哪里由 uboot的 bootargs環境變量決定的，bootargs會傳遞給 Linux內核作為命令行參數，比如上一節的 bootargs環境變量值為：

console=ttymxc0,115200 root=/dev/mmcblk1p2 rootwait rw

其中“root=/dev/mmcblk1p2”表示根文件系統存儲在 /dev/mmcblk1p2中（即EMMC的分區2），IMX6UL-ALPHA開發板在出廠時已經將根文件系統燒寫到了 EMMC的分區2中

如果不設置文件系統路徑或者路徑設置錯誤，開發板從網絡啟動后會提示內核崩潰，VFS（虛擬文件系統）不能掛在文件系統。 下圖中為不設置文件系統路徑以及后續出現的報錯信息

2.在Linux內核中添加自已的開發板

2.1 添加開發板默認配置文件

將arch/arm/configs目錄下的 imx_v7_mfg_defconfig文件重新復制一份并命名為 imx_andyxi_emmc_defconfig，此后該文件就是自已開發板的默認配置文件了

cd arch/arm/configs
cp imx_v7_mfg_defconfig imx_andyxi_emmc_defconfig

2.2 添加開發板對應的設備樹文件

將arch/arm/boot/dts目錄下的 imx6ull-14x14-evk.dts文件重新復制一份并命名為 imx6ull-andyxi-emmc.dts，.dts是設備樹源碼文件，編譯Linux的時候會將其編譯成.dtb文件

cd arch/arm/boot/dts
cp imx6ull-14x14-evk.dts imx6ull-andyxi-emmc.dts

修改arch/arm/boot/dts目錄下的Makefile文件，添加開發板設備樹文件

########## arch/arm/boot/dts/Makefile代碼段 ##########
dtb-$(CONFIG_SOC_IMX6ULL) += 		\\
  imx6ull-14x14-ddr3-arm2.dtb		\\
  imx6ull-14x14-ddr3-arm2-adc.dtb		\\
  ......
  ......
  imx6ull-14x14-evk-usb-certi.dtb		\\
  imx6ull-andyxi-emmc.dtb			\\
  ......
  ......

2.3 編譯測試

添加完 IMX6UL-ALPHA EMMC開發板后，可以創建一個編譯腳本imx6ull_andyxi_emmc.sh

#!/bin/sh
make ARCH=arm CROSS_COMPILE=arm-linux-gnueabihf- distclean
make ARCH=arm CROSS_COMPILE=arm-linux-gnueabihf- imx_andyxi_emmc_defconfig
make ARCH=arm CROSS_COMPILE=arm-linux-gnueabihf- all -j16

執行 shell腳本編譯 Linux內核， 命令如下：

chmod 777 imx6ull_andyxi_emmc.sh   #給予可執行權限
./imx6ull_andyxi_emmc.sh           #執行shell腳本編譯內核

編譯完成后，將 zImage和 imx6ull-andyxi-emmc.dtb文件拷貝至 tftp目錄下，然后重啟開發板，在 uboot命令模式中使用tftp命令下載這兩個文件并啟動開發板

tftp 80800000 zImage
tftp 83000000 imx6ull-andyxi-emmc.dtb
bootz 80800000 – 83000000

出現如下圖示內容就表示 Linux內核啟動成功

3.內核網絡驅動修改

3.1 使能8線EMMC驅動

IMX6UL-ALPHA EMMC開發板上的EMMC采用8位數據線，而Linux內核里的EMMC默認是4線模式的，可以通過修改為8線模式來提高運行速度

修改方法：直接修改設備樹源碼文件 imx6ull-andyxi-emmc.dts，修改完成后使用"make dtbs"命令重新編譯設備樹即可

########## 修改后的imx6ull-andyxi-emmc.dts代碼段 ##########
&usdhc2 {
  pinctrl-names = "default", "state_100mhz", "state_200mhz";
  pinctrl-0 = <&pinctrl_usdhc2_8bit>;
  pinctrl-1 = <&pinctrl_usdhc2_8bit_100mhz>;
  pinctrl-2 = <&pinctrl_usdhc2_8bit_200mhz>;
  bus-width = <8>;
  non-removable;
  status = "okay";
};

3.2 網絡驅動修改

IMX6UL-ALPHA EMMC開發板的網絡和 NXP官方開發板的網絡硬件不同，網絡 PHY芯片由 KSZ8081換為了 LAN8720A，兩個網絡PHY芯片的復位IO也不同，所以 Linux內核自帶的網絡驅動無法驅動IMX6UL-ALPHA EMMC開發板的網絡，需要做如下更改

修改LAN8720的復位引腳驅動：ENET1復位引腳ENET1_RST連接在IMX6ULL的SNVS_TAMPER7引腳上； ENET2復位引腳ENET_RST連接在IMX6ULL的SNVS_TAMPER8引腳上

在設備樹源碼文件中找到如下代碼段，此處SNVS_TAMPER7/8兩個引腳被初始化為了SPI4的IO，所以需要刪除

########## imx6ull-andyxi-emmc.dts 代碼段 ##########
pinctrl_spi4: spi4grp {
  fsl,pins = <
    MX6ULL_PAD_BOOT_MODE0__GPIO5_IO10 0x70a1
    MX6ULL_PAD_BOOT_MODE1__GPIO5_IO11 0x70a1
    #MX6ULL_PAD_SNVS_TAMPER7__GPIO5_IO07 0x70a1	#刪除此行
    #MX6ULL_PAD_SNVS_TAMPER8__GPIO5_IO08 0x80000000  #刪除此行
  >;
};

在設備樹源碼文件中找到如下代碼段，此處SNVS_TAMPER7/8兩個引腳被設置為了SPI4的功能IO，所以需要刪除

########## imx6ull-andyxi-emmc.dts 代碼段 ##########
spi4 {
  compatible = "spi-gpio";
  pinctrl-names = "default";
  pinctrl-0 = <&pinctrl_spi4>;
  #pinctrl-assert-gpios = <&gpio5 8 GPIO_ACTIVE_LOW>; #刪除此行
  ......
  ......
  #cs-gpios = <&gpio5 7 0>;	#刪除此行
};

在設備樹源碼文件中找到名為“iomuxc_snvs”節點，在里面添加網絡復位引腳配置信息

########## imx6ull-andyxi-emmc.dts 代碼段 ##########
&iomuxc_snvs {
  pinctrl-names = "default_snvs";
  pinctrl-0 = <&pinctrl_hog_2>;
  imx6ul-evk {
......
......
# enet1 復位配置
    pinctrl_enet1_reset: enet1resetgrp {
      fsl,pins = <
        # used for enet1 reset #
        MX6ULL_PAD_SNVS_TAMPER7__GPIO5_IO07 0x10B0
      >;
};
#enet2 復位配置
    pinctrl_enet2_reset: enet2resetgrp {
      fsl,pins = <
        # used for enet2 reset #
        MX6ULL_PAD_SNVS_TAMPER8__GPIO5_IO08 0x10B0
      >;
    };
};
};

修改LAN8720的網絡時鐘引腳驅動

在設備樹源碼文件中找到如下代碼段，將ENET1和ENET2的網絡時鐘引腳的電氣屬性值由0x4001b031（默認值）改為0x4001b009

########## imx6ull-andyxi-emmc.dts 代碼段 ##########
pinctrl_enet1: enet1grp {
  fsl,pins = <
    MX6UL_PAD_ENET1_RX_EN__ENET1_RX_EN 0x1b0b0
    MX6UL_PAD_ENET1_RX_ER__ENET1_RX_ER 0x1b0b0
    MX6UL_PAD_ENET1_RX_DATA0__ENET1_RDATA00 0x1b0b0
    MX6UL_PAD_ENET1_RX_DATA1__ENET1_RDATA01 0x1b0b0
    MX6UL_PAD_ENET1_TX_EN__ENET1_TX_EN 0x1b0b0
    MX6UL_PAD_ENET1_TX_DATA0__ENET1_TDATA00 0x1b0b0
    MX6UL_PAD_ENET1_TX_DATA1__ENET1_TDATA01 0x1b0b0
    MX6UL_PAD_ENET1_TX_CLK__ENET1_REF_CLK1 0x4001b009#默認為0x4001b031
  >;
};

pinctrl_enet2: enet2grp {
  fsl,pins = <
    MX6UL_PAD_GPIO1_IO07__ENET2_MDC 0x1b0b0
    MX6UL_PAD_GPIO1_IO06__ENET2_MDIO 0x1b0b0
    MX6UL_PAD_ENET2_RX_EN__ENET2_RX_EN 0x1b0b0
    MX6UL_PAD_ENET2_RX_ER__ENET2_RX_ER 0x1b0b0
    MX6UL_PAD_ENET2_RX_DATA0__ENET2_RDATA00 0x1b0b0
    MX6UL_PAD_ENET2_RX_DATA1__ENET2_RDATA01 0x1b0b0
    MX6UL_PAD_ENET2_TX_EN__ENET2_TX_EN 0x1b0b0
    MX6UL_PAD_ENET2_TX_DATA0__ENET2_TDATA00 0x1b0b0
    MX6UL_PAD_ENET2_TX_DATA1__ENET2_TDATA01 0x1b0b0
    MX6UL_PAD_ENET2_TX_CLK__ENET2_REF_CLK2 0x4001b009#默認為0x4001b031
  >;
};

修改 fec1和 fec2節點的 pinctrl1-0屬性

在設備樹源碼文件中找到“fec1”和“fec2”這兩個節點，修改其中的“pinctrl-0”屬性值，修改后的代碼如下示

########## imx6ull-andyxi-emmc.dts 代碼段 ##########
&fec1 {
  pinctrl-names = "default";
  pinctrl-0 = <&pinctrl_enet1
		 &pinctrl_enet1_reset>;
  phy-mode = "rmii";
......
  status = "okay";
};

&fec2 {
  pinctrl-names = "default";
  pinctrl-0 = <&pinctrl_enet2
		 &pinctrl_enet2_reset>;
  phy-mode = "rmii";
......
};

修改LAN8720的PHY地址

在設備樹源碼文件中找到如下代碼段，設置ENET1的LAN8720A地址（0x0），設置ENET2的LAN8720A地址（0x1），以及其他相關設置，修改后的代碼如下示

########## imx6ull-andyxi-emmc.dts 代碼段 ##########
&fec1 {
  pinctrl-names = "default";
  pinctrl-0 = <&pinctrl_enet1
		 &pinctrl_enet1_reset>;
  phy-mode = "rmii";
  phy-handle = <ðphy0>;
  phy-reset-gpios = <&gpio5 7 GPIO_ACTIVE_LOW>;#ENET1復位引腳，低電平有效
  phy-reset-duration = <200>;	#復位低電平持續時間為200ms
  status = "okay";
};

&fec2 {
  pinctrl-names = "default";
  pinctrl-0 = <&pinctrl_enet2
		 &pinctrl_enet2_reset>;
  phy-mode = "rmii";
  phy-handle = <ðphy1>;
  phy-reset-gpios = <&gpio5 8 GPIO_ACTIVE_LOW>;#ENET2復位引腳，低電平有效
  phy-reset-duration = <200>;#復位低電平持續時間為200ms
  status = "okay";

  mdio {
    #address-cells = <1>;
    #size-cells = <0>;

    ethphy0: ethernet-phy@0 {#ethernet-phy@后面的數字式PHY的地址
      compatible = "ethernet-phy-ieee802.3-c22";
      #表明PHY芯片是SMSC公司的，內核會找到PHY芯片驅動來驅動LAN8720A
      smsc,disable-energy-detect;	
      reg = <0>;	#也表示PHY地址
    };

    ethphy1: ethernet-phy@1 {#ethernet-phy@后面的數字式PHY的地址
      compatible = "ethernet-phy-ieee802.3-c22";
      #表明PHY芯片是SMSC公司的，內核會找到PHY芯片驅動來驅動LAN8720A
      smsc,disable-energy-detect;
      reg = <1>;
    };
};
};

修改fec_main.c文件

要在 I.MX6ULL上使用LAN8720A，還需要修改內核源碼，打開

drivers/net/ethernet/freescale/fec_main.c，找到函數 fec_probe，在 fec_probe 中加入如下代碼

staticintfec_probe(structplatform_device*pdev)
{
structfec_enet_private*fep;
structfec_platform_data*pdata;
structnet_device*ndev;
int i, irq, ret =0;
structresource*r;
conststructof_device_id*of_id;
staticint dev_id;
structdevice_node*np = pdev->dev.of_node,*phy_node;
int num_tx_qs;
int num_rx_qs;
/* 設置 MX6UL_PAD_ENET1_TX_CLK 和 MX6UL_PAD_ENET2_TX_CLK
   * 這兩個 IO 的復用寄存器的 SION 位為 1,以下為添加的代碼 */
void __iomem *IMX6U_ENET1_TX_CLK;
void __iomem *IMX6U_ENET2_TX_CLK;

  IMX6U_ENET1_TX_CLK =ioremap(0X020E00DC,4);
writel(0X14, IMX6U_ENET1_TX_CLK);

  IMX6U_ENET2_TX_CLK =ioremap(0X020E00FC,4);
writel(0X14, IMX6U_ENET2_TX_CLK);
......
return ret;
}

配置Linux內核，使能LAN8720驅動

輸入“make menuconfig”，打開圖形化配置解密，選擇使能LAN8720A的驅動，路徑如下:

-> 設備驅動程序 -> 網絡設備支持 -> PHY 設備支持和基礎結構 -> 用于 SMSC PHY 的驅動程序

修改smsc.c文件

在 Linux中對 LAN8720A進行一次軟復位，找到LAN8720A的驅動文件 “drivers/net/phy/smsc.c”，在函數“smsc_phy_reset”中添加LAN8720A復位代碼，修改后的代碼如下

staticintsmsc_phy_reset(structphy_device*phydev){
int err, phy_reset;
int msec =1;
structdevice_node*np;
int timeout =50000;
if(phydev->addr ==0)/* 獲取FEC1網卡對應的設備節點 */{
    np =of_find_node_by_path("/soc/aips-bus@02100000/
				ethernet@02188000");
    if(np ==NULL){
      return-EINVAL;
    }
}

if(phydev->addr ==1)/* 獲取FEC2網卡對應的設備節點 */{
    np =of_find_node_by_path("/soc/aips-bus@02000000/
				ethernet@020b4000");
    if(np ==NULL){
      return-EINVAL;
    }
}
//從設備樹中獲取復位時間
  err =of_property_read_u32(np,"phy-reset-duration",&msec);
/* A sane reset duration should not be longer than 1s */
if(!err && msec >1000)
    msec =1;
  //從設備樹中獲取復位IO
  phy_reset =of_get_named_gpio(np,"phy-reset-gpios",0);
  if(!gpio_is_valid(phy_reset))
    return;
  //設置PHY的復位IO，復位LAN8720A
  gpio_direction_output(phy_reset,0);
  gpio_set_value(phy_reset,0);
  msleep(msec);
  gpio_set_value(phy_reset,1);

  int rc =phy_read(phydev, MII_LAN83C185_SPECIAL_MODES);
  if(rc <0)
    return rc;
  /* If the SMSC PHY is in power down mode, then set it
   * in all capable mode before using it.*/
  if((rc & MII_LAN83C185_MODE_MASK)==
	MII_LAN83C185_MODE_POWERDOWN){
    /* set "all capable" mode and reset the phy */
    rc |= MII_LAN83C185_MODE_ALL;
    phy_write(phydev, MII_LAN83C185_SPECIAL_MODES, rc);
  }
  //未修改之前在上面的函數里面，只有Powerdown模式時才會軟復位LAN8720A
  //此處將其移出來，這樣每次調用smsc_phy_reset函數，LAN8720A都會被軟復位
  phy_write(phydev, MII_BMCR, BMCR_RESET);
  /* wait end of reset (max 500 ms) */
  do{
    udelay(10);
    if(timeout--==0)
      return-1;
    rc =phy_read(phydev, MII_BMCR);
  }while(rc & BMCR_RESET);
return0;
}

因為smsc_phy_reset函數中用到了gpio_direction_output和gpio_set_value函數，所以需要在“smsc.c”中添加如下頭文件

#include 
#include

網絡驅動測試：修改好設備樹和內核后重新編譯，下載并啟動開發板后，使用如下步驟進行測試

輸入"ifconfig -a"來查看開發板中存在的網卡（eth0已打開）

輸入"ifconfig eth1 up"命令，可打開eth1（ENET1）

使用"ifconfig eth1 192.168.10.51"命令，配置網卡IP地址，更換網口，成功掛載文件系統后，ping一下Ubuntu主機（192.168.10.100），ping成功說明網絡驅動修改成功

4.Linux內核移植總結

Linux內核移植的步驟總結如下：

• 一般情況下，設計自已的硬件時都會參考半導體廠商官方的開發板
• 在半導體廠商維護的Linux內核中查找可以參考的板子（半導體廠商官方開發板）
• 編譯出參考板子對應的zImage和.dtb文件，嘗試在自已的板子上啟動
• 大部分情況下會啟動起來，如果不能的話就需要調試Linux內核
• 修改相應的驅動，NAND/EMMC/SD卡等，內核已經提供，重點是網絡驅動，需要根據自已的外設PHY芯片設置復位引腳、地址信息等
• Linux內核啟動以后需要根文件系統，如果沒有的話系統會崩潰