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富乎 · 地问


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辗转探寻为富乎？《天问》无解向地问！

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U-Boot移植进阶版——基于香橙派5（RK3588S）

1、背景

2、原理简述

3、实现细节

首先要强调的是，现实中的情形并非是先理论后实践、且一气呵成的过程，因为即使有前面的参考材料， 也要费一番心思去阅读、梳理，更别提在对很多新概念和知识点一空二白的情况下，还要先费心找资料， 并在一堆沙子里找黄金，这就很考验一个人的探索和筛选能力了。下面将尽量还原此次经历的来龙去脉， 供各位参考（参考就好，不要照搬）。

第一个且极其重要的步骤，就是看用户手册，即使有些用户手册很烂。不看文档的人，踩坑完全不冤！ 得益于用户手册，才能获知这些信息：源码出处、构建工具是什么、产出的形式是DEB包、 开发板已自带烧录脚本等等。接下来要做的只是逐个击破即可。

回顾文章开头提到的绕开笨重的官方SDK而手动编译U-Boot，首先要做的当然是下载源码包。 这一步很简单，唯一需要注意的是，最好按散列码（commit hash）或标签（tag）下载， 而不是按分支（branch），例如：

$ wget -c -O u-boot-orangepi-752ac3f2fdcfe9427ca8868d95025aacd48fc00b.tar.gz \
    'https://github.com/orangepi-xunlong/u-boot-orangepi/archive/752ac3f2fdcfe9427ca8868d95025aacd48fc00b.tar.gz'

而不是：

$ wget -c -O u-boot-orangepi-v2017.09-rk3588.tar.gz \
    'https://github.com/orangepi-xunlong/u-boot-orangepi/archive/refs/heads/v2017.09-rk3588.tar.gz'

拿到源码之后，先不急着编译，而是先搞清楚需要编译出什么产物。由于用户手册已说明产物是DEB包， 且提供了解包命令，因而可获知结果文件的安装路径，然后直接在开发板上查看：

$ ls /usr/lib/u-boot
LICENSE  orangepi_5_defconfig  platform_install.sh
$
$ ls /usr/lib/linux-u-boot-*
idbloader.img  rkspi_loader.img  u-boot.itb

其中，/usr/lib/u-boot目录下的orangepi_5_defconfig可直接拿来覆盖源码包里的同名配置文件， 并用于make menuconfig；platform_install.sh是烧录脚本的其中一个组件，此时可先不理会。 至于/usr/lib/linux-u-boot-*（末尾的星号对应的是官方SDK定义的分支和发行版本号， 在此不关心）目录下的文件，则与前一章节列举的待烧录清单对应上了，接下来只需搞清楚如何把它们编译出来就行了。

可以肯定的是，直接在U-Boot源码根目录执行make大概率是得不到这些文件的， 因为仅从文件名就能看出它们多少有些特殊。要解决这个问题，还是要研读官方SDK的脚本逻辑， 不能仅靠前面的参考材料——原因也很简单，一来不同芯片有差异，二来代码和文章也有时效性， 所以即使很麻烦，官方SDK也是最接近正确答案的方案。不过，前面的参考材料并不算白读， 因为基础理论也同等重要，不可或缺。

现在稍微分析一下官方SDK的脚本逻辑。香橙派官方SDK叫orangepi-build， 在GitHub有开源。 为了避免脚本内容更新而导致与本文解说对应不上的情况，特意复刻了一份以冻结住相关状态， 读者若感兴趣，查阅复刻的这个仓库即可。 由于篇幅的限制以及不是本文重点，详细的分析就不在这里展开，仅列举部分核心逻辑。 首先，找出编译U-Boot的顶层函数，在scripts/compilation.sh文件， 剔除不重要以及与RK3588(S)无关的内容，其内部核心逻辑大致如下：

compile_uboot()
    |
    |-- ……
    |
    |-- while read -r target do ... done <<< $UBOOT_TARGET_MAP
    |       |
    |       |-- UBOOT_TARGET_MAP：定义在external/config/sources/families/include/rockchip64_common.inc，
    |       |       且取值由若干变量影响，这些变量定义在external/config/boards/orangepi5.conf，
    |       |       此处仅列举重要变量取值如下：
    |       |           BOARDFAMILY：rockchip-rk3588
    |       |           BOOTCONFIG：orangepi_5_defconfig
    |       |           BOOT_FDT_FILE：rockchip/rk3588s-orangepi-5.dtb
    |       |           BOOT_SCENARIO：spl-blobs
    |       |       因此，UBOOT_TARGET_MAP的值为：BL31=$RKBIN_DIR/$BL31_BLOB spl/u-boot-spl.bin u-boot.dtb u-boot.itb;;idbloader.img u-boot.itb
    |       |       很容易在同一文件内找到BL31_BLOB的取值应为：rk35/rk3588_bl31_v1.42.elf
    |       |       这对于后面下载瑞芯微闭源固件很重要。
    |       |
    |       |-- target_make=$(cut -d';' -f1 <<< "${target}")，即UBOOT_TARGET_MAP的值以分号分隔的第一部分内容：
    |       |       BL31=$RKBIN_DIR/$BL31_BLOB spl/u-boot-spl.bin u-boot.dtb u-boot.itb
    |       |
    |       |-- target_files=$(cut -d';' -f3 <<< "${target}")，逻辑与上相似，是第三部分：
    |       |       idbloader.img u-boot.itb
    |       |
    |       |-- make $BOOTCONFIG：根据orangepi_5_defconfig生成“.config”
    |       |
    |       |-- 微调“.config”里面部分编译选项
    |       |
    |       |-- make $target_make：即编译出spl/u-boot-spl.bin、u-boot.dtb、u-boot.itb
    |       |
    |       |-- uboot_custom_postprocess()：定义在external/config/sources/families/include/rockchip64_common.inc，
    |       |       作用是针对部分型号的板进行特定的后处理，例如若想从香橙派5的SPI NOR Flash启动，
    |       |       还需生成rkspi_loader.img
    |       |
    |       `-- 复制$target_files到待打包目录
    |
    |-- 生成platform_install.sh：主要作用是提供write_uboot_platform()、write_uboot_platform_mtd()
    |       等函数供烧录脚本/usr/sbin/nand-sata-install调用，
    |       它们均是定义在external/config/sources/families/include/rockchip64_common.inc
    |
    `-- 打DEB包：略

从上面可以看出，除了有一个rk3588_bl31_v*.elf固件是闭源、需要手动获取之外，其余内容都是开源的， 而且也不复杂。还应注意到有若干个关键函数定义在external/config/sources/families/include/rockchip64_common.inc， 可以简单看看其实现：

uboot_custom_postprocess()
{
    if [[ $BOOT_SUPPORT_SPI == yes ]]; then
        if [[ $BOARDFAMILY == "rockchip-rk3588" ]]; then
            tools/mkimage -n rk3588 -T rksd -d $RKBIN_DIR/$DDR_BLOB:spl/u-boot-spl.bin idbloader.img
            dd if=/dev/zero of=rkspi_loader.img bs=1M count=0 seek=4
            /sbin/parted -s rkspi_loader.img mklabel gpt
            /sbin/parted -s rkspi_loader.img unit s mkpart idbloader 64 1023
            /sbin/parted -s rkspi_loader.img unit s mkpart uboot 1024 7167
            dd if=idbloader.img of=rkspi_loader.img seek=64 conv=notrunc
            dd if=u-boot.itb of=rkspi_loader.img seek=1024 conv=notrunc
        elif [[ $BOARDFAMILY == "rockchip-rk356x" ]]; then
            ...
        fi
    fi
}

#
# 用法：write_uboot_platform <镜像所在目录> <储存卡对应的设备节点>
# 示例：write_uboot_platform /usr/lib/linux-u-boot-current-orangepi5_1.1.8_arm64 /dev/mmcblk1
#
write_uboot_platform()
{
    if [[ -f $1/rksd_loader.img ]]; then # legacy rk3399 loader
        ...
    elif [[ -f $1/u-boot.itb ]]; then # $BOOT_USE_MAINLINE_ATF == yes || $BOOT_USE_TPL_SPL_BLOB == yes
        dd if=$1/idbloader.img of=$2 seek=64 conv=notrunc status=none >/dev/null 2>&1
        dd if=$1/u-boot.itb of=$2 seek=16384 conv=notrunc status=none >/dev/null 2>&1
    elif [[ -f $1/uboot.img ]]; then # $BOOT_USE_BLOBS == yes
        ...
    else
        echo "[write_uboot_platform]: Unsupported u-boot processing configuration!"
        exit 1
    fi
}

#
# 用法同write_uboot_platform()
#
write_uboot_platform_mtd()
{
    if [[ -f $1/rkspi_loader.img ]]; then
        dd if=$1/rkspi_loader.img of=$2 conv=notrunc status=none >/dev/null 2>&1
    else
        echo "SPI u-boot image not found!"
        exit 1
    fi
}

当然，还会有一些边边角角的小逻辑，读者感兴趣的话可自行查看其余脚本，但最重要最核心的逻辑已在上面列出， 看明白之后就可以开始编译了。编译环境方面，使用电脑或香橙派5开发板均可， 但最好是Ubuntu 22.04，参考命令如下（先解压前述U-Boot源码压缩包并进入其根目录）：

$ sudo apt install gcc-11-aarch64-linux-gnu # 若使用电脑，则需要先安装交叉编译器
$
$ wget -c -O bl31.elf 'https://github.com/armbian/rkbin/raw/master/rk35/rk3588_bl31_v1.42.elf'
$ sed -i '1s/\(python\)2/\1/' arch/arm/mach-rockchip/decode_bl31.py
$ make all u-boot.dtb u-boot.itb ARCH=arm CROSS_COMPILE=aarch64-linux-gnu-
$
$ make tpl/u-boot-tpl.bin spl/u-boot-spl.bin ARCH=arm CROSS_COMPILE=aarch64-linux-gnu-
$ tools/mkimage -n rk3588s -T rksd -d tpl/u-boot-tpl.bin idbloader.img
$ cat spl/u-boot-spl.bin >> idbloader.img

当然，若要作为一个项目，肯定要为其增加版本管理，具体可通过本文开头的基础版文章链接去进一步了解， 在这里就不继续重复述说，至于代码仓库，详见U-Boot移植项目的orange-pi-5子目录。

成功编译后，便可以烧录了，只需在开发板执行以下命令：

$ source /usr/lib/u-boot/platform_install.sh # 为了导入一个镜像目录变量DIR
$ sudo cp u-boot.itb idbloader.img ${DIR}/ # 要先拷贝镜像到特定目录才能烧录；若之前在电脑编译，此处就用scp命令
$ sudo nand-sata-install && sudo reboot # 烧录并重启

至此，本文到了收尾阶段。至于开头提到的移植网络功能的需求，与本文的U-Boot核心逻辑关系不大， 而且还未实现，所以就不作为本文内容了，感兴趣的可继续关注前述的U-Boot移植项目， 但由于日常繁忙，完工的日期无法预料。