Linux驱动学习实战(2) Linux Kernal 移植

干什么

尝试根据正点原子提供的教程将6.1版本的 Linux Kernal 移植到开发板上。

怎么干

NXP 官方开发板 Linux 内核编译

NXP 提供的 Linux 源码肯定是可以在自己的 I.MX6ULL EVK 开发板上运行下去的，所以我们肯定是以 I.MX6ULL EVK 开发板为参考，然后将 Linux 内核移植到 I.MX6U-ALPHA 开发板上的。

在顶层 Makefile 中合适的地方添加如下语句：

CROSS_COMPILE = /home/hcw/toolchain/gcc-arm-11.2-2022.02-x86_64-arm-none-linux-gnueabihf/bin/arm-none-linux-gnueabihf-
ARCH = arm

在终端中输入如下命令

make clean
make imx_v6_v7_defconfig
make -j16

Linux 内核编译完成以后会在 arch/arm/boot 目录下生成 zImage 镜像文件，如果使用设备树的话还会在 arch/arm/boot/dts 目录下开发板对应的.dtb(设备树)文件，比如 imx6ull-14x14-evk.dtb 就是 NXP 官方的 I.MX6ULL EVK 开发板对应的设备树文件。

如何将编译好的 linux 的镜像传到开发板中呢，我们在虚拟机上搭建tftp服务器即可，具体操作百度教程。

搭建好服务器后，我们将编译好的镜像和设备树复制到服务器传输目录，输入如下命令

sudo cp arch/arm/boot/zImage /srv/tftp/ -f
sudo cp arch/arm/boot/dts/imx6ull-14x14-evk.dtb /srv/tftp/ -f

紧接着，串口连接开发板，输入以下命令

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

出现如下界面就算进入成功了：

图 1 进入成功

在 Linux 中添加自己的开发板

添加默认配置文件

将arch/arm/configs 目录下的 imx_v6_ v7_defconfig 重新复制一份，命名为 imx_hcw_e mmc_defconfig，命令如下

cd arch/arm/configs
cp imx_v6_v7_defconfig imx_hcw_emmc_defconfig

打开imx_hcw_emmc_defconfig 文件，找到“CONFIG_ARCH_MULTI_V6=y”这一行，将其屏蔽掉。i.MX6ULL 是 ARMv7-A，只启用 v7 可以避免 v6 平台的旧兼容代码被选入，从而减少 Kconfig 冲突和模块 ABI 差异风险。以后 imx_alientek_emmc_defconfig 就是正点原子的 EMMC 版开发板默认配置文件了。运行make imx_hcw_emmc_defconfig。

添加开发板对应的设备树文件

EMMC 版开发板的设备树文件，进入目录 arch/arm/boot/dts 中，复制一份 imx6ull-14x14-evk.dts，然后将其重命名为 imx6ull-alientek-emmc.dts，命令如下：

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

dts 是设备树源码文件，编译 Linux 的时候会将其编译为.dtb 文件。imx6ull-alientek-emmc.dts 创建好以后我们还需要修改文件 arch/arm/boot/dts/Makefile，找到“dtb-$(CONFIG_SOC_IM X6ULL)”配置项，在此配置项中加入“imx6ull-alientek-emmc.dtb” ，如下所示:

1
2
3

dtb-$(CONFIG_SOC_IMX6UL) += \
    imx6ull-hcw-emmc.dtb \
    ...

编译尝试

可以创建如下编译脚本

make distclean  
make imx_hcw_emmc_defconfig
make menuconfig
make all -j16

编译完成后，将镜像文件和设备树文件复制到 tftp 文件夹，在开发板上通过网络下载后启动。

图 2 添加成功

Linux 内核启动成功，说明我们已经在 NXP 提供的 Linux 内核源码中添加了正点原子 I.MX6UL-ALPHA 开发板。

CPU 主频

进入到目录/sys/bus/cpu/devices/cpu0/cpufreq 中，此目录下会有很多文件，如图 3 所示：

图 3 文件夹

此目录中记录了CPU频率等信息，这些文件的含义如下:

cpuinfo_cur_freg:当前cpu工作频率，从CPU寄存器读取到的工作频率。
cpuinfo_max_freq:处理器所能运行的最高工作频率(单位:KHz)。
cpuinfo_min_freg:处理器所能运行的最低工作频率(单位:KHz)。
cpuinfo_transition_latency:处理器切换频率所需要的时间(单位:ns)。
scaling_available_frequencies:处理器支持的主频率列表(单位:KHz)。
scaling_available_governors:当前内核中支持的所有goveror(调频)类型。
scaling_cur_freg:保存着cpufreq模块缓存的当前CPU频率，不会对CPU硬件寄存器进行检查。
scaling_driver:该文件保存当前CPU所使用的调频驱动。
scaling_governor:governor(调频)策略,Linux内核一共有5中调频策略：
    1、Performance，最高性能，直接用最高频率，不考虑耗电。
    2、Interactive，一开始直接用最高频率，然后根据CPU负载慢慢降低。
    、Powersave，省电模式，通常以最低频率运行，系统性能会受影响，一般不会用这个!
    4、Userspace,可以在用户空间手动调节频率。
    5、Ondemand,定时检查负载，然后根据负载来调节频率。负载低的时候降低CPU频率，这样省电，负载高的时候提高CPU频率，增加性能。

scaling_max_freq:governor(调频)可以调节的最高频率。
cpuinfo_min_freg:governor(调频)可以调节的最低频率。
stats目录下给出了CPU各种运行频率的统计情况，比如CPU在各频率下的运行时间以及变频次数。

图 4 几个cpufreq信息

可以看出，当前CPU支持198MHz、396MHz、528Mhz和792MHz四种频率切换，其中调频策略为ondemand，也就是定期检查负载，然后根据负载情况调节CPU频率。因为当前我们开发板并没有做什么工作，因此CPU频率降低为198MHz以省电。如果开发板做一些高负载的工作，比如播放视频等操作那么CPU频率就会提升上去。查看stats目录下的time instate文件可以看到CPU在各频率下的工作时间，命令如下:

cat /sys/bus/cpu/devices/cpu0/cpufreq/stats/time_in_state

图 5 各个状态运行时间

在 menuconfig 中可以对 CPU 运行策略进行调整，运行 make menuconfig 命令打开图形化配置，进入如下路径

CPU Power Management
-> CPU Frequency scaling
-> Default CPUFreq governor

然后就可以选择你想要用的电源策略了。

EMMC驱动修改

接下来我们修改 EMMC 驱动，正点原子 EMMC 版本核心板上的EMMC采用8位数据线：

图 6 EMMC原理图

Linux 内核驱动里面 EMMC 默认是 4 线模式的，4 线模式肯定没有 8 线模式的速度快，所以本节我们将 EMMC 的驱动修改为 8 线模式。修改方法很简单，直接修改设备树即可，打开文件 imx6ull-hcw-emmc.dts，发现其引用了 imx6ul-14x14-evk.dtsi 和 imx6ull.dtsi 两个文件。根据之前移植 U-Boot的经验，我们复制一份 imx6ul-14x14-evk.dtsi 并将其重命名为 imx6ull-hcw-emmc.dtsi，将 imx6ull-hcw-emmc.dts 文件中的路径改掉。然后打开 imx6ull-hcw-emmc.dtsi，在引脚组中添加以下内容

pinctrl_usdhc2_8bit: usdhc2grp8bit {
    fsl,pins = <
        MX6UL_PAD_NAND_RE_B__USDHC2_CLK     0x17059
        MX6UL_PAD_NAND_WE_B__USDHC2_CMD     0x17059
        MX6UL_PAD_NAND_DATA00__USDHC2_DATA0 0x17059
        MX6UL_PAD_NAND_DATA01__USDHC2_DATA1 0x17059
        MX6UL_PAD_NAND_DATA02__USDHC2_DATA2 0x17059
        MX6UL_PAD_NAND_DATA03__USDHC2_DATA3 0x17059
        MX6UL_PAD_NAND_DATA04__USDHC2_DATA4 0x17059
        MX6UL_PAD_NAND_DATA05__USDHC2_DATA5 0x17059
        MX6UL_PAD_NAND_DATA06__USDHC2_DATA6 0x17059
        MX6UL_PAD_NAND_DATA07__USDHC2_DATA7 0x17059
    >;
};

将 usdhc2 的配置改为以下代码

&usdhc2 {
    pinctrl-names = "default";
    pinctrl-0 = <&pinctrl_usdhc2_8bit>;
    bus-width = <8>;
    non-removable;
    no-1-8-v;
    status = "okay";
};

这里说明物理引脚的复用也切换到了8bit。最后是关闭 1.8V 驱动 emmc 的选项。

网卡驱动修改(这次已失败)

有了 UBoot 移植的经验，直接操作即可

①、在引脚组中添加以下代码

pinctrl_enet1_reset: enet1resetgrp {
    fsl,pins = <
        MX6ULL_PAD_SNVS_TAMPER7__GPIO5_IO07 0x00000
    >;
};
pinctrl_enet2_reset: enet2resetgrp {
    fsl,pins = <
        MX6UL_PAD_SNVS_TAMPER8__GPIO5_IO08 0x00000
    >;
};

②、修改 fec1 和 fec2 节点的 pinctrl-0 属性
先添加 ENET1 网络复位引脚所使用的 IO 为 GPIO5_IO07，低电平有效。复位低电平信号持续时间为 200ms；ENET2 网络复位引脚所使用的 IO 为 GPIO5_IO08，同样低电平有效，持续时间同样为 200ms。smsc,disable-energy-detect 是 SMSC/Microchip PHY 的一个可选特性配置，用于关闭能量检测功能，不参与驱动匹配。修改后的代码如下所示

&fec1 {

    status = "disabled";
};

&fec2 {
    pinctrl-names = "default";
    pinctrl-0 = <&pinctrl_enet2>;
    phy-mode = "rmii";
    phy-handle = <&ethphy1>;
    phy-reset-gpios = <&gpio5 8 GPIO_ACTIVE_LOW>;
    phy-reset-duration = <200>;
    phy-supply = <&reg_peri_3v3>;
    status = "okay";

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

        ethphy0: ethernet-phy@2 {
            compatible = "ethernet-phy-ieee802.3-c22";
            reg = <2>;
            micrel,led-mode = <1>;
            clocks = <&clks IMX6UL_CLK_ENET_REF>;
            clock-names = "rmii-ref";

        };

        ethphy1: ethernet-phy@1 {
            compatible = "ethernet-phy-id0022.1560";
            reg = <1>;
            micrel,led-mode = <1>;
            clocks = <&clks IMX6UL_CLK_ENET2_REF>;
            clock-names = "rmii-ref";
        };
    };
};

③、修改 fec_main.c 文件（这是临时验证手段，不推荐长期保留，正确方式应使用设备树 reset 时序。）
要在I.MX6ULL 上使用 SR8201F，需要修改一下 Linux 内核源码，打开 drivers/net/ethernet/freescale/fec_main.c，找到函数 fec_reset_phy，在 fec_reset_phy 函数的最后中加入如下代码:

msleep(200);

测试与修复

修改好设备树和 Linux 内核以后重新编译一下，得到新的 zImage 镜像文件和 imx6ull-alien tek-emmc.dtb 设备树文件。由图可知EMMC识别成功

图 7 EMMC识别成功

但是输入 ifconfig -a 后，eth0显示网卡连接失败，我们来排查问题。

输入命令 dmesg | grep -E “fec|ethernet|phy|mdio” 查看日志

root@ATK-IMX6U:~# dmesg | grep -E "fec|ethernet|phy|mdio"
[ 0.000000] Booting Linux on physical CPU 0x0
[ 4.929905] gpio-505 (eth0-phy): hogged as output/high
[ 4.935809] gpio-506 (eth1-phy): hogged as output/high
[ 5.003515] fec 20b4000.ethernet: failed to get phy-reset-gpios: -16
[ 5.010341] fec: probe of 20b4000.ethernet failed with error -16
[ 5.184764] usbcore: registered new interface driver MOSCHIP usb-ethernet driver

可以看出 phy-reset-gpios 这根 GPIO 已经被别人占用了，FEC 驱动想申请它时失败。-16 在 Linux 里基本就是 EBUSY（资源忙 / 已被占用）。于是 FEC 驱动 probe 失败 → eth0 后面要么不出现，要么出现又立刻废掉。找到使用了gpio5 7/8 引脚的代码并删除。

再次编译烧录，继续查看日志

root@ATK-IMX6U:~# dmesg | grep -E "fec|ethernet|phy|mdio"
[ 0.000000] Booting Linux on physical CPU 0x0
[ 4.956137] gpio-505 (eth0-phy): hogged as output/high
[ 4.962020] gpio-506 (eth1-phy): hogged as output/high
[ 5.287607] mdio_bus 20b4000.ethernet-1: MDIO device at address 2 is missing.
[ 5.338766] fec 20b4000.ethernet eth0: registered PHC device 0
[ 5.504852] usbcore: registered new interface driver MOSCHIP usb-ethernet driver
[22.560239] Micrel KSZ8081 or KSZ8091 20b4000.ethernet-1:01: attached PHY driver (mii_bus:phy_addr=20b4000.ethernet-1:01, irq=POLL)
[   25.714492] fec 20b4000.ethernet eth0: Link is Up - 100Mbps/Full - flow control rx/tx

可以看出 gpio 占用的问题已经解决。第五行表明只有一个phy设备，地址为1，另一个未找到。第 8 行说明已经跑通了。接下来我们设置 ip 地址，将其和电脑处于同一网段下，成功ping通！

图 8 网络成功

最终的网口配置代码如下

&fec1 {

    status = "disabled";
};

&fec2 {
    pinctrl-names = "default";
    pinctrl-0 = <&pinctrl_enet2>;
    phy-mode = "rmii";
    phy-handle = <&ethphy1>;
    phy-reset-gpios = <&gpio5 8 GPIO_ACTIVE_LOW>;
    phy-reset-duration = <200>;
    phy-supply = <&reg_peri_3v3>;
    status = "okay";

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

        ethphy1: ethernet-phy@1 {
            compatible = "ethernet-phy-id0022.1560";
            reg = <1>;
            micrel,led-mode = <1>;
            clocks = <&clks IMX6UL_CLK_ENET2_REF>;
            clock-names = "rmii-ref";
        };
    };
};

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