实验一 安装交叉编译工具链——给 x86 电脑配一位ARM 翻译官对应课件《第3章 移植U-Boot》3.4 节Slide 28-31系列说明本系列基于华清远见 FS-MP1ASTM32MP157A开发板对应课件《第3章 移植U-Boot》。本文覆盖 Slide 28-31。所有操作在 VMware Ubuntu 20.04 虚拟机中完成。一、为什么第一个实验是装工具链先想一个问题开发板上的 CPU 是ARM Cortex-A7我们电脑的 CPU 是x86-64两者指令集完全不同——在电脑上用普通 gcc 编译出的程序板子根本听不懂。要解决这个问题就需要交叉编译工具链cross toolchain它本身运行在 x86 电脑上产出的却是 ARM 机器码。可以把它理解成一位常驻 PC 的ARM 翻译官——我们用 x86 的语言下指令它负责翻译成板子听得懂的话。ST 把整套翻译团队交叉编译器、目标板 C 库、调试器、镜像制作工具……打包成了一个 SDK 压缩包。本实验要做的事很简单把它装好、激活、验证。这个实验看似只是装软件却是后面一切的地基——编译 U-Boot、内核、驱动全靠它所以排在整个系列的第一位。二、实验环境项目实际值虚拟机VMware Ubuntu 20.04focal主机名cnu-virtual-machine用户cnu网络桥接网卡共享文件夹~/Desktop/share/Linux/Test1工具链安装位置/opt/st/stm32mp1/3.1-openstlinux-5.4-dunfell-mp1-20-06-24三、实验步骤步骤 1先接好眼睛——验证串口做什么在 Windows 上用 MobaXterm 新建一个 Serial串口会话连接板载 ST-Link 的虚拟串口COM 口波特率设为115200ST 方案出厂默认值给开发板上电观察输出。为什么第一步不是装软件而是看串口因为接下来的一系列实验里板子上发生了什么、报了什么错全部要靠串口告诉我们。串口就是整个移植过程的眼睛——必须最先确认它是通的。否则以后编译、烧写出了问题你连板子到底是没跑起来还是跑了没输出都无从判断。在 Windows 上用 MobaXterm 新建 Serial 会话菜单 Session → SerialSpeed (bps) 选115200配置界面如下图MobaXterm 新建 Serial 会话的设置界面——Session → SerialSerial port 选Choose at session start连接时再选板子的 COM 口Speed (bps) 选 115200。给开发板上电后成功抓到出厂固件的启动日志............NOTICE: CPU: STM32MP157AAA Rev.Z NOTICE: Model: HQYJ FS-MP1A Discovery Board INFO: Reset reason (0x14): INFO: Pad Reset from NRST INFO: Using SDMMC INFO: Instance 1 INFO: Boot used partition fsbl1 NOTICE: BL2: v2.2-r1.0(debug):a70053f NOTICE: BL2: Built : 09:55:29, Nov 5 2020 INFO: Using crypto library stm32_crypto_lib INFO: BL2: Doing platform setup INFO: RAM: DDR3-DDR3L 16bits 533000Khz INFO: Memory size 0x20000000 (512 MB) INFO: BL2 runs SP_MIN setup INFO: BL2: Loading image id 4 INFO: Loading image id4 at address 0x2ffed000 INFO: Image id4 loaded: 0x2ffed000 - 0x2ffff000 INFO: BL2: Loading image id 5 INFO: Loading image id5 at address 0xc0100000 INFO: STM32 Image size : 855341 INFO: Image id5 loaded: 0xc0100000 - 0xc01d0d2d WARNING: Skip signature check (header option) NOTICE: ROTPK is not deployed on platform. Skipping ROTPK verification. NOTICE: BL2: Booting BL32 INFO: Entry point address 0x2ffed000 INFO: SPSR 0x1d3 INFO: Cannot find st,stpmic1 node in DT NOTICE: SP_MIN: v2.2-r1.0(debug):a70053f NOTICE: SP_MIN: Built : 09:55:29, Nov 5 2020 INFO: ARM GICv2 driver initialized INFO: stm32mp IWDG1 (12): Secure INFO: ETZPC: CRYP1 (9) could be non secure INFO: SP_MIN: Initializing runtime services INFO: SP_MIN: Preparing exit to normal world U-Boot 2020.01-stm32mp-r1-a-ged50d843 (Dec 12 2023 - 19:23:21 0800) CPU: STM32MP157AAA Rev.Z Model: STMicroelectronics STM32MP157A-DK1 Discovery Board Board: stm32mp1 in trusted mode (st,stm32mp157a-dk1) DRAM: 512 MiB Clocks: - MPU : 650 MHz - MCU : 208.878 MHz - AXI : 266.500 MHz - PER : 24 MHz - DDR : 533 MHz WDT: Started with servicing (32s timeout) NAND: 0 MiB MMC: STM32 SD/MMC: 0, STM32 SD/MMC: 1 Loading Environment from MMC... OK In: serial Out: serial Err: serial Net: eth0: ethernet5800a000 Hit any key to stop autoboot: 0 ethernet5800a000 Waiting for PHY auto negotiation to complete...........................这段日志值得精读——它按时间顺序讲了一个完整的启动故事而且埋着后面两个实验的伏笔前半段是 TF-A 在说话BL2那些行TF-A 是板子的第一级引导固件它完成了平台初始化和 DDR 内存初始化Memory size 0x20000000 (512 MB)然后加载下一段镜像——Loading image id 5加载的那 855341 字节就是 U-Boot。后半段是 U-Boot 在说话U-Boot 2020.01-stm32mp-r1起它接过控制权报告 CPU、内存、时钟、MMC 控制器等一串硬件信息。两个关键线索Board: stm32mp1 in trusted mode (st,stm32mp157a-dk1)——出厂固件跑的是trusted 模式。U-Boot 有 basic 和 trusted 两种启动模式本系列会先移植 basic 再移植 trusted这里先混个脸熟Model: ... STM32MP157A-DK1——出厂设备树用的是ST 官方 DK1 开发板。FS-MP1A 和 DK1 用的是同一颗 STM32MP157A 芯片这正是后面实验三复制 dk1 设备树做模板的依据源头就在这行日志里。结论板子硬件正常、串口链路正常可以放心往下走。步骤 2安装并配置 git——为打补丁备好工具做什么安装 git 并配置全局用户名、邮箱。为什么现在就装 git下一个实验要给 U-Boot 源码打上 ST 的 6 个补丁课件指定用git am命令来做。git am会把每个补丁里的作者、提交说明原样还原成一条 git 提交——而创建提交就必须知道作者是谁这正是user.name/user.email的用途。不先配置好到时候git am会直接拒绝工作。所以这一步是实验二的前置条件现在顺手做完。sudoaptupdatesudoaptinstallgit实际执行节选命中:1 http://mirrors.ustc.edu.cn/ubuntu focal InRelease ... 将会同时安装下列软件 git-man liberror-perl 下列【新】软件包将被安装 git git-man liberror-perl ... 正在设置 git (1:2.25.1-1ubuntu3.14) ... 正在处理用于 man-db (2.9.1-1) 的触发器 ...配置并验证gitconfig--globaluser.nameGsheep0729gitconfig--globaluser.email2697438381qq.comcnucnu-virtual-machine:~/Desktop/share/Linux/Test1$ git config --global user.name Gsheep0729 cnucnu-virtual-machine:~/Desktop/share/Linux/Test1$ git config --global user.email 2697438381qq.com步骤 3解压 SDK 压缩包做什么把 ST 提供的 SDK 压缩包从 Windows 拷进虚拟机用tar解压。为什么要解压两步走先cd再解压没有特殊讲究只是解压会按包内的目录结构展开出一个同名目录先固定好工作目录后面的路径都好写。cd~/Desktop/share/Linux/Test1tar-xfen.SDK-x86_64-stm32mp1-openstlinux-5.4-dunfell-mp1-20-06-24.tar.xztar -xf会自动识别压缩格式这里是 xz且不删除原始压缩包——万一后面要重装包还在。实际执行记录cnucnu-virtual-machine:~/Desktop/share/Linux/Test1$ ls en.SDK-x86_64-stm32mp1-openstlinux-5.4-dunfell-mp1-20-06-24.tar.xz cnucnu-virtual-machine:~/Desktop/share/Linux/Test1$ tar -xf en.SDK-x86_64-stm32mp1-openstlinux-5.4-dunfell-mp1-20-06-24.tar.xz cnucnu-virtual-machine:~/Desktop/share/Linux/Test1$ cd stm32mp1-openstlinux-5.4-dunfell-mp1-20-06-24/ cnucnu-virtual-machine:~/Desktop/share/Linux/Test1/stm32mp1-openstlinux-5.4-dunfell-mp1-20-06-24$ cd sdk/步骤 4认清安装脚本——别被长文件名吓住解压出的sdk目录里有 6 个长名字文件ls一看st-image-weston-openstlinux-weston-stm32mp1-x86_64-toolchain-3.1-openstlinux-5.4-dunfell-mp1-20-06-24.host.manifest st-image-weston-openstlinux-weston-stm32mp1-x86_64-toolchain-3.1-openstlinux-5.4-dunfell-mp1-20-06-24.license st-image-weston-openstlinux-weston-stm32mp1-x86_64-toolchain-3.1-openstlinux-5.4-dunfell-mp1-20-06-24-license_content.html st-image-weston-openstlinux-weston-stm32mp1-x86_64-toolchain-3.1-openstlinux-5.4-dunfell-mp1-20-06-24.sh st-image-weston-openstlinux-weston-stm32mp1-x86_64-toolchain-3.1-openstlinux-5.4-dunfell-mp1-20-06-24.target.manifest st-image-weston-openstlinux-weston-stm32mp1-x86_64-toolchain-3.1-openstlinux-5.4-dunfell-mp1-20-06-24.testdata.json别慌名字虽长结构都是前缀 后缀按后缀分类一下就清楚了后缀含义.sh安装脚本——我们要执行的就是它.host.manifest装到 PC宿主机上的文件清单.target.manifest目标板侧文件的清单.license/-license_content.html开源许可证及全文.testdata.json安装自测数据这里有个小坑想当然敲./install.sh会报没有那个文件或目录——ST 没有给脚本起这个名.sh结尾的长名字文件才是安装脚本。拿到陌生软件包先ls看清楚再动手这个习惯贯穿整个嵌入式开发。步骤 5运行安装脚本./st-image-weston-openstlinux-weston-stm32mp1-x86_64-toolchain-3.1-openstlinux-5.4-dunfell-mp1-20-06-24.sh安装器会依次问三件事每一件都值得明白它在问什么Enter target directory for SDK (default: /opt/st/stm32mp1/...):——你想装到哪直接回车即可。默认的/opt是 Linux 文件系统层次标准FHS里约定的第三方大型软件安装位置ST 的工具链放这里最合适。注意这里只能直接回车或输入绝对路径——输相对路径的话SDK 会装进当前目录下的一个子文件夹里位置不受控。另外切记不要装到虚拟机共享文件夹里共享文件夹不支持 Linux 符号链接而工具链内部大量使用符号链接装在那里后面编译必踩坑。Proceed [Y/n]?——确认继续输入y。[sudo] password for cnu:——要往/opt/st这个系统目录写文件需要 root 权限所以索取当前用户密码。实际执行结果Extracting SDK................................................................................................................................................................................................................done Setting it up...done SDK has been successfully set up and is ready to be used. Each time you wish to use the SDK in a new shell session, you need to source the environment setup script e.g. $ . /opt/st/stm32mp1/3.1-openstlinux-5.4-dunfell-mp1-20-06-24/environment-setup-cortexa7t2hf-neon-vfpv4-ostl-linux-gnueabi注意最后一行提示——它已经把每次使用工具链前该做什么告诉我们了这正是下一步的内容。步骤 6激活工具链并验证为什么要激活安装只是把文件放到了磁盘上当前终端并不知道它们的存在。environment-setup-...脚本的作用就是设置一串环境变量把工具链的bin目录加入PATH、定义CC变量指向交叉 gcc、指定--sysroot目标板的 C 库根目录等等。每次新开终端都要重新执行一遍——这是后面最容易忘、也最容易坑自己的地方。为什么必须用source或.执行而不能./运行source是在当前 shell 进程里执行这段脚本设置的环境变量能留下来而./xxx.sh会启动一个子进程脚本跑完子进程退出环境变量也随之消失——白忙一场。课件的标准做法是先在根目录建一个符号链接以后所有命令统一写source /stm32env简短好记sudoln-s/opt/st/stm32mp1/3.1-openstlinux-5.4-dunfell-mp1-20-06-24/environment-setup-cortexa7t2hf-neon-vfpv4-ostl-linux-gnueabi /stm32envsource/stm32env直接 source 完整路径完全等价。软链接建过一次就一直在重复执行ln -s会报文件已存在无害——链接已在直接source /stm32env即可。下方实际输出记录的是当初用完整路径激活的终端效果与source /stm32env一致本系列后续实验的激活命令统一写source /stm32env。验证——看$CC变量echo$CC实际输出cnucnu-virtual-machine:~/Desktop/share/Linux/Test1/stm32mp1-openstlinux-5.4-dunfell-mp1-20-06-24/sdk$ . /opt/st/stm32mp1/3.1-openstlinux-5.4-dunfell-mp1-20-06-24/environment-setup-cortexa7t2hf-neon-vfpv4-ostl-linux-gnueabi cnucnu-virtual-machine:~/Desktop/share/Linux/Test1/stm32mp1-openstlinux-5.4-dunfell-mp1-20-06-24/sdk$ echo $CC arm-ostl-linux-gnueabi-gcc -mthumb -mfpuneon-vfpv4 -mfloat-abihard -mcpucortex-a7 --sysroot/opt/st/stm32mp1/3.1-openstlinux-5.4-dunfell-mp1-20-06-24/sysroots/cortexa7t2hf-neon-vfpv4-ostl-linux-gnueabi这一串输出同样值得逐段读懂——它就是翻译官的工作方式说明书片段含义arm-ostl-linux-gnueabi-gcc目标平台三元组命名的交叉 gccARM 架构 / OpenSTLinux / gnueabi 接口-mcpucortex-a7按 Cortex-A7 核生成指令-mthumb使用 Thumb 指令集代码密度更高-mfpuneon-vfpv4 -mfloat-abihard使用 NEON 硬件浮点浮点参数走寄存器传递--sysroot...编译时找头文件、链接时找库都到目标板的根目录下找——保证链接的是板子上的 C 库绝不混入 PC 的 glibc顺带一提直接执行$CC会报fatal error: no input files没给它源文件这是正常现象只要出现了arm-ostl-linux-gnueabi-gcc字样就说明工具链已生效。步骤 7安装辅助工具为什么 SDK 装完了还要再装一堆因为 SDK 只覆盖了翻译官团队而编译 U-Boot 的过程中构建系统本身还需要一些 PC 侧的基础工具。分工如下软件包用途bison/flex语法/词法分析器生成器。U-Boot 的配置系统 Kconfigmenuconfig的后台和设备树编译器dtc都要用它们现场生成解析代码——不装配置和编译设备树阶段直接报错libncurses5-dev字符终端图形库。make menuconfig那个蓝色菜单界面就是它画出来的libssl-devOpenSSL 开发库。U-Boot 的主机端工具如mkimage制作签名镜像编译时需要它的头文件libyaml-devYAML 解析库本课程后续内容会用到sudoaptinstallbison flex libncurses5-dev libyaml-dev libssl-dev实际执行节选cnucnu-virtual-machine:~/Desktop/share/Linux/Test1/stm32mp1-openstlinux-5.4-dunfell-mp1-20-06-24/sdk$ sudo apt install bison flex libncurses5-dev libyaml-dev libssl-dev 正在读取软件包列表... 完成 将会同时安装下列软件 libfl-dev libfl2 libncurses-dev libncurses6 libncursesw6 libsigsegv2 libssl1.1 libtinfo6 m4 下列【新】软件包将被安装 bison flex libfl-dev libfl2 libncurses-dev libncurses5-dev libsigsegv2 libssl-dev libyaml-dev m4 升级了 4 个软件包新安装了 10 个软件包要卸载 0 个软件包有 502 个软件包未被升级。 需要下载 4,833 kB 的归档。 ... 正在设置 libyaml-dev:amd64 (0.2.2-1) ... ... 正在设置 bison (2:3.5.1dfsg-1) ... update-alternatives: 使用 /usr/bin/bison.yacc 来在自动模式中提供 /usr/bin/yacc (yacc) 正在设置 flex (2.6.4-6.2) ... ... 正在处理用于 man-db (2.9.1-1) 的触发器 ...安装成功无报错。四、注意事项踩坑记录目录里没有install.sh安装脚本就是长名字的st-image-weston-...sh。拿到任何安装包先ls看清楚再执行。source只对当前窗口有效新开终端必须重新激活否则make会找不到交叉编译器后果见实验三的实战案例。工具链必须装在虚拟机本地磁盘/opt/st——不要装到共享文件夹里共享文件夹不支持 Linux 符号链接。五、实验结果检查项结果串口验证MobaXterm115200抓到出厂固件启动日志git 安装并完成全局配置完成SDK 安装到/opt/st/stm32mp1/3.1-openstlinux-5.4-dunfell-mp1-20-06-24successfully set up激活后echo $CC出现arm-ostl-linux-gnueabi-gccsysroot 指向 /opt/stbison / flex / libncurses5-dev / libyaml-dev / libssl-dev安装成功六、下一步工具链这位翻译官已经就位但巧妇难为无米之炊——我们还缺料U-Boot 源码本身。下一实验获取 ST 的源码包并用 git 给它打上 6 个厂商补丁请看《实验二 获取 U-Boot 源码并打 ST 补丁》。