i.MX BSP Porting Guide - Porting U-Boot

정보
IMXBSPPG
Rev. LF5.15.5_1.0.0, 31 March 2022를 기준으로 작성

 

Chapter 3 Porting U-Boot

3.1 Introduction

이 장에서는 i.MX U-Boot를 다운로드, 빌드, 로드하는 방법을 설명한다. 독립 실행형(standalone) 환경과 Yocto Project로 하는 두 가지 방법을 설명한다.

 

3.1.1 How to build U-Boot in standalone envirnoment

독립 실행형 환경에서 U-Boot를 빌드하려면 아래 단계를 수행한다 :

1. 호스트 시스템에 배치하여 컴파일하기 위한 개발 SDK를 생성한다. 여기에는 툴, 툴 체인, 작은 rootfs가 포함된다. 동일한 SDK를 사용하여 독립형 커널을 빌드할 수 있다.
   
   1. 아래의 명령어를 사용하여 Yocto Project 빌드 환경에서 SDK를 생성한다. Yocto Project 빌드 환경을 설정하려면, i.MX Yocto Project User's Guide (IMXLXYOCTOUG)의 단계를 따른다. 아래의 명령어에서, 사용자가 빌드하기 원하는 머신을 Target-Machine에 설정한다. i.MX Yocto Project User's Guide (IMXLXYOCTOUG)의 "Build configurations" 섹션을 참조한다. populate_sdk는 Yocto Project 없이 독립 실행형 환경을 설정하는 스크립트 파일을 생성한다. 이 SDK는 현재 릴리즈에서 최신 헤더, 툴 체인, 툴을 선택하도록 각 릴리즈에 대해 업데이트되어야 한다.
      

      DISTRO=Target-Distro MACHINE=Target-Machine bitbake core-image-minimal -c populate_sdk

      
       유효한 DISTRO 옵션에 대해서  i.MX Yocto Project User's Guide (IMXLXYOCTOUG)의 "Build configurations"를 참조한다.
   2. BitBake가 실행된 빌드 디렉토리에서, .sh파일을 tmp/deploy/sdk에서 호스트 머신으로 복사하고 SDK를 설치하기 위해 스크립트를 실행한다. 기본 위치는 /opt이지만 호스트 머신의 어디에나 배치할 수 있다.
2. 호스트 시스템에서 U-Boot 빌드를 위해 다음 단계를 수행한다 :
   
   1. 호스트 머신에서, i.MX 8 SoC 용으로 빌드하기 전에 아래의 명령어로 환경을 설정한다.
      

      $ source/opt/fsl-imx-xwayland/5.15.5/environment-setup-aarch64-poky-linux
      $ export ARCH=arm64

   2. 호스트 머신에서, i.MX 6이나 i.MX 7 SoC 용으로 빌드하기 전에 아래의 명령어로 환경을 설정한다.
      

      $ export CROSS_COMPILE=/opt/fsl-imx-fb/5.15.5/environment-setup-cortexa9hf-vfp-neon-poky-linux-gnueabi
      $ export ARCH=arm

   3. 독립 실행형 환경에서 U-Boot를 빌드하려면, 아래의 명령어를 실행한다.
      
      clone으로 소스를 다운로드한다 :
      

      $ git clone https://source.codeaurora.org/external/imx/uboot-imx

   4. 독립 실행형 환경에서 U-Boot를 빌드하려면, uboot-imx 소스 코드의 configs/ 디렉토리에서 대상 boot에 대한 구성을 찾는다. 아래의 예는 i.MX 6ULL이 대상인 경우이다.
      

      $ cd uboot-imx
      $ make distclean
      $ make mx6ull_14x14_evk_defconfig
      $ make

   5. 사용자 보드를 생성하려면, 해당 SoC에 대한 레퍼런스 defconfig를 새 이름으로 복사하고 config 폴더에 저장하고 새로운 구성 이름을 사용하여 빌드한다.
   6. i.MX 8의 경우, imx-mkimage 툴을 사용하여 U-Boot 바이너리를 Arm Trusted Firmware (ATF) 및 SCFW 결합하여 최종 flash.bin 부팅 이미지를 생성하고, SD 카드에 저장한다. 자세한 내용은 imx-mkimage 툴을 참고한다.
   7. 부팅 이미지를 SD 카드에 저장하려면, 아래의 명령어를 실행한다 :
      

      dd if=<boot_image> of=/dev/sd<x> bs=1k seek=<offset> conv=fsync

       
      명령어 옵션 설명 :
      
      • offset는
        
        • 1 - i.MX 6이나 i.MX 7 용
        • 33 - i.MX 8QuadMax A0, i.MX 8QuadXPlus A0, i.MX 8M Quad, i.MX 8M Mini 용
        • 32 - i.MX 8QuadXPlus B0, i.MX 8QuadMax B0, i.MX 8DXL, i.MX 8M Nano, i.MX 8M Plus
      • sd<x>는
        
        • SD 카드에 대한 디바이스 노드
      • boot_image는
        
        • u-boot.imx - i.MX 6이나 i.MX 7 용
        • flash.bin - i.MX 8

 

3.1.2 How to build and load U-Boot in Yocto Project

Yocto Project에서 U-Boot 변경 사항을 통합하려면, 아래의 단계를 수행한다 :

1. 매니페스트(manifest) 브랜치나 릴리즈 레이어의 README 지침에 따라 Yocto Project의 i.MX 레퍼런스 보드에 해당되는 SoC를 빌드하기 위한 환경을 설정한다. 여기에는 Yocto Project 메타 데이터와 빌드 환경 설정을 위한 imx-setup-release를 다운로드하기 위한 리포지토리(저장소) 초기화와 리포지토리 동기화 사용이 포함된다.
2. 해당되는 SoC에 대한 레퍼런스 보드 커널을 빌드한다. 아래는 예이다. 처음으로, 이빌드는 필요한 모든 툴과 종속 관계의 것 들을 빌드하기 때문에 긴 시간이 걸린다.
   

   $ MACHINE=imx6qsabresd bitbake u-boot-imx

3. 사용자 보드에 대한 커널 변경 사항을 보관할 사용자 정의 레이어를 만든다. 사용자 정의 레이어를 생성하는 더 간단한 예로 기존 i.MX 데모의 XBMC나 IOTG를 살펴본다. 사용자 정의 레이어는 <build-dir>/conf 디렉토리의 bblayer.conf에 추가하여 통합된다. 레이어에는 레이어를 설명하는 conf/layer.conf 파일이 있어야한다.
4. 사용자 보드 SoC에 해당되는 기존 머신 파일을 사용자 정의 레이어에 복사한다 :
   

   $ cp sources/meta-freescale/conf/machine/imx6qsabresd.conf <new layer>/conf/machine/<custom_name>.conf

5. UBOOT_CONFIG 옵션을 사용하여 머신 구성을 편집한다.
6. 아래 줄을 conf/local.conf에 추가하여 u-boot-imx로 빌드할 커널의 기본 버전을 변경한다. 여러 U-Boot 공급자가 있어서, 이로 인해 u-boot-imx 버전을 지정해서 사용해야 한다.
   

   PREFERRED_PROVIDER_virtual/bootloader_<custom_name> = "u-boot-imx"

7. 사용자 머신 빌드
   

   $ MACHINE=<custom_name> bitbake u-boot-imx

    <build-dir>/tmp/work/<custom_name>-poky-linux-gnueabi/u-boot-imx/<version>을 확인하여 빌드 출력을 찾는다. 또한  <build-dir>/tmp/deploy/images/<custom_name>에서 부팅 바이너리를 찾는다.
8. 사용자 머신과 defconfig에 대한 U-Boot 패치는 u-boot-imx_%.bbappend에 제공될 수 있으며, 이러한 행을 예제로 patch1.patch은 sources/<custom_layer>/recipes-bsp/uboot-imx/files에 배치된 패치이다.
   

   FILESEXTRAPATHS_prepend := "${THISDIR}/${PN}:"
   SRC_URI_append = "file://patch1.patch".

 

3.2 Customizing the i.MX custom board code

새로운 i.MX 사용자 보드는 U-Boot 소스 트리의 일부이지만, i.MX 레퍼런스 보드 코드의 복제본이고 사용자 정의해야 한다.

 

DDR 기술은 두 보드 사이(사용자 보드와 레퍼런스 보드)에 잠재적인 주요 차이점이다. DDR 기술에 차이가 있는 경우, DDR 초기화를 포팅해야 한다. DDR 초기화는 U-Boot 이미지의 부트 헤더 내부에 있는 DCD 테이블에 코드로 되어 있다. 부트로더, 커널 또는 드라이버 코드를 포팅할 때, 레퍼런스를 위해 쉽게 접근할 수 있는 회로도가 있어야 한다.

 

두 보드 사이의 DDR 기술에 차이가 있는 경우, DDR 초기화를 포팅해야 한다. DDR 초기화는 U-Boot 이미지의 부트 헤더 내부에 있는 DCD 테이블에 코드로 되어 있다. 부트로더, 커널 또는 드라이버 코드를 포팅할 때, 레퍼런스를 위해 쉽게 접근할 수 있는 회로도가 있어야 한다.

 

3.2.1 Changing the DCD table for i.MX DDR initialization

메모리 인터페이스를 초기화하기 전에, 해당 I/O 핀을 적확한 모드와 임피던스로 구성하고 MMDC 모듈을 초기화한다.

 

DDR에 대한 캘리브레이션 파라미터를 생성하는 방법은, i.MX 6 Series DDR Calibration (AN4467)을 참조한다. 또한 사용자는 DDR 초기화를 위해 i.MX Design and Tool Lists에서 DDR script Aid 및 DDR stress tools를 사용할 수 있다.

1. 사용자 보드에 포팅하려면, DDR을 정확하게 초기화해야 한다.
2. i.MX 6Quad 사용자 보드로 예를 들어 본다. board/freescale/mx6<customer_board_name>/imximage.cfg to mx6q.cfg 파일을 연다.
3. 메모리 사양과 일치하도록 이 파일의 모든 항목을 수정한다. 이 코드 블록은 DDR 메모리를 초기화하기 위해 ROM 코드에서 읽혀진다.
4. i.MX 8QuadMax A0와 i.MX 8QuadXPlus A0의 경우, U-Boot는 DDR 초기화를 위한 DCD 테이블을 포함하지 않는다. 최종 imx-boot 이미지를 생성하려면, 사용자는 imx-mkimage에서 DCD 테이블을 업데이트해야 한다.
5. i.MX 8QuadXPlus B0, i.MX 8QuadMax B0, i.MX 8DXL의 경우, DDR 초기화 코드는 SCFW에 있다. 사용자는 SCFW에서 DCD 테이블을 업데이트하고, imx-mkimage로 새로운 SCFW을 빌드해야 한다.
6. i.MX 8M Quad, i.MX 8M Mini, i.MX 8M Nano, i.MX 8M Plus의 경우, U-Boot에 DCD가 포함되지 않는다. DDR 초기화는 SPL에 따라 다르다. SPL은 DDR PHY, DDR 컨트롤러 초기화, DDR PHY 트레이닝 코드가 포함된다. 그래서 사용자가 코드를 수정해야 한다.

 

3.2.2 Booting with the modified U-Boot

이 섹션에서는 u-boot.imx를 컴파일하고 SD 카드에 저장하는 방법을 설명한다.

 

DDR 구성(board/freescale/<customer_board_name>/imximage.cfg)을 성공적으로 수정하면, 사용자는 u-boot.imx를 컴파일하고 SD 카드에 저장할 수 있다. 이를 확인하려면, SD 카드를 CPU 보드의 SD 카드 소켓에 삽입하고 보드의 전원을 켠다.

 

보드가 i.MX 6Quad SABRE-SD를 기반으로 하는 경우, 콘솔에 아래 메세지가 표시되어야 한다 :

U-Boot 2017.03-00240-gb8760a1 (March 10 2017 - 14:32:18)
CPU: Freescale i.MX6Q rev1.2 at 792 MHz
CPU: Temperature 36 C
Reset cause: POR
Board: MX6Q-Sabreauto revA
I2C: ready
DRAM: 2 GiB
PMIC: PFUZE100 ID=0x10
NAND: 0 MiB
MMC: FSL_SDHC: 0, FSL_SDHC: 1
No panel detected: default to Hannstar-XGA
Display: Hannstar-XGA (1024x768)
In: serial
Out: serial
Err: serial
switch to partitions #0, OK
mmc1 is current device
Net: FEC [PRIME]
Normal Boot
Hit any key to stop autoboot: 0
=>

사용자 보드가 i.MX 8QuadMax Validation 보드를 기반으로 하는 경우, 콘솔에 다음 메세지가 표시되어야 한다 :

U-Boot 2017.03-imx_4.9.51_8qm_beta1_8qxp_alpha+gc1ec08e (Nov 22 2017 - 00:39:31 -0600)
CPU: Freescale i.MX8QM revA A53 at 1200 MHz at 12C
Model: Freescale i.MX8QM ARM2
Board: iMX8QM LPDDR4 ARM2
Boot: SD1
DRAM: 6 GiB
start sata init
SATA link 0 timeout.
MMC: Actual rate for SDHC_0 is 396000000
Actual rate for SDHC_1 is 396000000
Actual rate for SDHC_2 is 396000000
FSL_SDHC: 0, FSL_SDHC: 1, FSL_SDHC: 2
Run CMD11 1.8V switch
*** Warning - bad CRC, using default environment
[pcie_ctrla_init_rc] LNK DOWN 8600000
In: serial
Out: serial
Err: serial
 BuildInfo:
 - SCFW 9f3fa3da, IMX-MKIMAGE 90fbac1a, ATF
 - U-Boot 2017.03-imx_4.9.51_8qm_beta1_8qxp_alpha+gc1ec08e
switch to partitions #0, OK
mmc1 is current device
SCSI: Net:
Warning: ethernet@5b040000 using MAC address from ROM
eth0: ethernet@5b040000 [PRIME]
Error: ethernet@5b050000 address not set.
Normal Boot
Hit any key to stop autoboot: 0

사용자 보드가 i.MX 8M Quad EVK 보드를 기반으로 하는 경우, 콘솔에 다음 메세지가 표시되어야 한다 :

U-Boot SPL 2017.03-imx_v2017.03_4.9.51_imx8m_ga+gb026428 (Mar 01 2018 - 03:15:20)
PMIC: PFUZE100 ID=0x10
start to config phy: p0=3200mts, p1=667mts with 1D2D training
check ddr4_pmu_train_imem code
check ddr4_pmu_train_imem code pass
check ddr4_pmu_train_dmem code
check ddr4_pmu_train_dmem code pass
config to do 3200 1d training.
Training PASS
check ddr4_pmu_train_imem code
check ddr4_pmu_train_imem code pass
check ddr4_pmu_train_dmem code
check ddr4_pmu_train_dmem code pass
config to do 3200 2d training.
Training PASS
check ddr4_pmu_train_imem code
check ddr4_pmu_train_imem code pass
check ddr4_pmu_train_dmem code
check ddr4_pmu_train_dmem code pass
pstate=1: set dfi clk done done
Training PASS
Load 201711 PIE
Normal Boot
Trying to boot from MMC2
U-Boot 2017.03-imx_v2017.03_4.9.51_imx8m_ga+gb026428 (Mar 01 2018 - 03:15:20 -0600)
CPU: Freescale i.MX8MQ rev2.0 1500 MHz (running at 1000 MHz)
CPU: Commercial temperature grade (0C to 95C) at 21C
Reset cause: POR
Model: Freescale i.MX8MQ EVK
DRAM: 3 GiB
TCPC: Vendor ID [0x1fc9], Product ID [0x5110]
MMC: FSL_SDHC: 0, FSL_SDHC: 1
*** Warning - bad CRC, using default environment
No panel detected: default to HDMI
Display: HDMI (1280x720)
In: serial
Out: serial
Err: serial
 BuildInfo:
 - ATF d2cbb20
 - U-Boot 2017.03-imx_v2017.03_4.9.51_imx8m_ga+gb026428
switch to partitions #0, OK
mmc1 is current device
Net:
Warning: ethernet@30be0000 using MAC address from ROM
eth0: ethernet@30be0000
Normal Boot
Hit any key to stop autoboot: 0
u-boot=>

 

3.2.3 Adding new driver initialization code to board files

아래 단계는 새로운 드라이버를 추가하는 방법과 코드를 초기화하는 방법을 설명한다.

1. board/freescale/mx<customer_board>/에서 mx<customer_board>.c를 찾는다.
2. mx<customer_board>.c를 편집하고, clock, IOMUX, GPIO를 포함한 새로운 드라이버 초기화 코드를 추가한다.
3. 드라이버 초기화 함수를 board_init이나 board_late_init에 배치한다.

참고

• 사용자가 CONFIG_BOARD_EARLY_INIT_F를 정의하면, board_early_init_f() 함수는 매우 이른 단계에서 호출된다. 사용자는 매우 이른 단계에서 설정해야 하는 UART/SPI-NOR/NAND IOMUX 설정 함수를 배치할 수 있다.
• board_init() 함수는 board_early_init_f와 board_late_init 사이에서 호출된다. 사용자는 여기에서 일반적인 보드 레벨의 설정을 수행할 수 있다. 사용자가 CONFIG_BOARD_EARLY_INIT_F를 정의하지 않으면, UART 설정이 완료되기 전에 printf를 호출하지 않는다. 그렇지 않으면, 시스템이 다운될 수 있다.
• board_late_init() 함수는 나중에 호출된다. 초기화 코드를 디버그하려면, 초기화 함수를 그 안에 배치한다.

 

3.2.4 Futher customization at system boot

사용자 U-Boot 보드 프로젝트에 추가로 사용자 정의하려면, 시스템 부트에서 호출하는 첫 번째 함수를 사용한다 :

board_init_f in "common/board_f.c"
board_early_init_f()
board_init()

모든 보드 초기화는 이 함수 내에서 실행된다. 함수 포인터인 init_requence_f[] array와 init_sequence_r[] array을 통해 실행하는 것으로 시작한다.

 

init_sequence_f[] array 내부의 첫 번재 보드에 종속된 함수는 board_early_init_f()이다. board_early_init_f()는 board/freescale/mx6<custom board name>.c 내부에 구현되어 있다.

 

아래 코드 라인은 매우 중요하다 :

...
setup_iomux_uart();
...

참고
디바이스 트리를 사용하는 경우, machine ID는 사용되지 않는다. DTS 파일의 호환 가능한 문자열은 보드를 일치하는 데 사용된다. 변형된 각 부트 파일에 대한 디바이스 트리는 arch/arm/dts 디렉토리의 머신 구성 파일에서 지정된다.

 

3.2.5 Customizing the printed board name

출력되는 보드 이름을 사용자 정의하려면, checkboard() 함수를 사용한다.

 

이 함수는 board/freescale/mx6<custom board name>.c 내부에 구현된 init_sequence_f[] array에서 호출된다. 출력되는 보드 이름을 사용자 정의하는 데 checkboard()를 사용하는 두 가지 방법이 있다. 무차별 대입(brute force) 방식 또는 사용자 보드에서 구현되는 경우 보다 유연한 식별 방법을 사용하는 것이다.

 

무차별 대입 방식으로 사용자 정의하려면, checkboard() 내부에서 identify_board_id()를 삭제하고 printf("Board: "); 를 printf("Board: i.MX on <custom board>\n"); 로 변경한다.

 

이 교체가 이루어지지 않으면, 사용자 보드는 다른 식별 방법을 사용할 수 있다. 사용자 보드 식별 방법에 따라서 식별은 감지할 수 있고 __print_board_info() 함수를 구현하여 출력할 수 있다.

 

3.3 Debugging

디버깅을 하는 두 가지 방법이 있다 :

• JTAG 툴을 사용하는 방법
• printf를 사용하는 방법

 

3.3.1 Using JTAG tool for debugging

일반적으로 JTAG 툴은 UART 초기화 전과 같이 아주 이른 단계에서 디버그하거나 printf로 디버그하기 어려운 경우에 사용된다.

1. JTAG 툴이 i.MX 6의 Arm® Cortex® -A9 코어, i.MX 7Dual, 6UltraLite의 Arm Cortex-A7 코어, i.MX 8QuadMax의 Arm Cortex-A53/A72, i.MX 8QuadXPlus의 Arm Cortex-A35를 지원하는지 확인한다. TRACE32 사용을 권장한다.
2. ELF 파일인 U-Boot를 U-Boot 루트 디렉토리에 완전히 로드하거나 단지 심볼(빠르게)만 로드하여 단계별로 디버깅한다.

참고
JTAG 툴에서 디버깅하기 더 쉽도록 컴파일 최적화 수준을 0으로 만든다. 

 

3.3.2 Using printf for debugging

이는 디버깅에 사용되는 가장 일반적인 방법이다. 사용자는 디버깅을 위해 드라이버에서 값을 출력할 수 있다.

참고
board_init와 같은 초기 단계에서 printf를 사용하려면, board_early_init_f()와 같이 UART 초기화 코드를 초기에 배치한다.