Qemu开发ARM篇-6、emmc/SD卡AB分区镜像制作

🕗 发布于 2024-09-26 00:04 arm开发 uboot kernel linux qemu

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1、AB分区镜像制作
2、uboot修改
3、镜像启动

在上一篇 Qemu开发ARM篇-5、buildroot制作根文件系统并挂载启动中，我们通过buildroot制作了根文件系统，并通过 SD卡的形式将其挂载到设备并成功进行了启动，但上一章中，我们的做法非常简单粗暴，并且没有进行分区，在本章中我们将对对 SD镜像进行分区，并制作 AB分区的镜像。

1、AB分区镜像制作

uboot环境变量镜像制作：
1、在工程目录新建etc文件，并在里面新建uboot_env.txt文件,该文件用来描述所使用的环境变量，后续我们将会将其制作为uboot_env的环境变量镜像，并将其写入emmc(SD)分区中，uboot将从这里面去读取环境变量。

mkdir etc && cd etc &&  touch uboot_env.txt

在这里插入图片描述
并在uboot_env.txt中输入如下内容：

bootcmd=mmc read 0x60003000 0x3800 0x10000;mmc read 0x60500000 0x1800 0x400;bootm 0x60003000 - 0x60500000
bootargs=root=/dev/mmcblk0p9 init=/usr/sbin/init console=ttyAMA0

上面参数以及地址什么意思？别急，我们先将整个镜像制作出来在来说明上述参数含义，因为上面的参数都是根据我们制作的镜像进行计算的.

2、在script目录使用touch make_AB_img.sh && chmod 777 make_AB_img.sh命令创建AB分区镜像制作脚本，并在制作脚本输入如下内容：

#!/bin/bash
ROOT_PATH=$(pwd)
OUT_PATH=$ROOT_PATH/out/ab_img
if [ -e $OUT_PATH ]
then
    rm -rf $OUT_PATH
fi
mkdir $OUT_PATH -p
cd $OUT_PATH
# 磁盘总大小为8G
dd if=/dev/zero of=vexpress_ab.img bs=1M count=8192
# msic part 512K
sgdisk -n 0:0:+512k -c 0:misc vexpress_ab.img
# ubootenv part 512K 环境变量存放位置
sgdisk -n 0:0:+512k -c 0:ubootenv vexpress_ab.img
# dtb_a 512k 设备树
sgdisk -n 0:0:+512k -c 0:dtb_a vexpress_ab.img
# dtb_b 512k 设备树
sgdisk -n 0:0:+512k -c 0:dtb_b vexpress_ab.img
# vbmeta_a part 512K 安全校验
sgdisk -n 0:0:+512k -c 0:vbmeta_a vexpress_ab.img
# vbmeta_b part 512K
sgdisk -n 0:0:+512k -c 0:vbmeta_b vexpress_ab.img
# boot_a partition 32M kernel分区
sgdisk -n 0:0:+32M -c 0:boot_a vexpress_ab.img
# boot_b partition 32M kernel分区
sgdisk -n 0:0:+32M -c 0:boot_b vexpress_ab.img
# rootfs_a partition 512M
sgdisk -n 0:0:+512M -c 0:rootfs_a vexpress_ab.img
# rootfs_b partition 512M
sgdisk -n 0:0:+512M -c 0:rootfs_b vexpress_ab.img
# userdata partition 剩余所有大小分配给userdata分区
sgdisk -n 0:0:0 -c 0:userdata vexpress_ab.img

sync
# 显示分区信息
sgdisk -p vexpress_ab.img

# 读取分区信息并挂载到回环设备
LOOPDEV=`losetup -f`
echo $LOOPDEV
sudo losetup $LOOPDEV vexpress_ab.img
sudo partprobe $LOOPDEV
sudo losetup -l
ls -l $LOOPDEV*

# 将userdata格式化为ext4格式
# sudo mkfs.ext4 ${LOOPDEV}p9
# sudo mkfs.ext4 ${LOOPDEV}p10
sudo mkfs.ext4 ${LOOPDEV}p11

# 拷贝rootfs、kernel
mkdir tem_file
cp $ROOT_PATH/out/kernel-arm/arch/arm/boot/uImage tem_file/kernel
cp $ROOT_PATH/out/kernel-arm/arch/arm/boot/dts/vexpress-v2p-ca9.dtb tem_file/vexpress-v2p-ca9.dtb
cp $ROOT_PATH/out/rootfs-arm/images/rootfs.ext4 tem_file/rootfs.ext4
# 制作环境变量
mkenvimage -s 524288 -o tem_file/env.img $ROOT_PATH/etc/uboot_env.txt

# 将对应分区数据写入对应分区
sudo dd if=tem_file/env.img of=${LOOPDEV}p2 conv=notrunc
sudo dd if=tem_file/kernel of=${LOOPDEV}p7 conv=notrunc
sudo dd if=tem_file/vexpress-v2p-ca9.dtb of=${LOOPDEV}p3 conv=notrunc
sudo dd if=tem_file/rootfs.ext4 of=${LOOPDEV}p9 conv=notrunc

# rootfs是ext4格式，为了能让磁盘空间占满，这里我们进行resize
sudo resize2fs -f ${LOOPDEV}p9

# 可以使用下面挂载copy的方式进行rootfs的创建，这里我们采用上面的dd方式
# # 创建临时挂载目录，用来像分区中copy数据
# mkdir tem_rootfs_a
# mkdir tem_userdata
# # 挂载rootfs_a和userdata分区
# sudo mount -t ext4 ${LOOPDEV}p7 ./tem_rootfs_a -o loop
# sudo mount -t ext4 ${LOOPDEV}p9 ./tem_userdata -o loop
# sudo cp -rf rootfs-arm/* ./tem_rootfs_a
# sudo umount ./tem_rootfs_a
# sudo umount ./tem_userdata

# 取消回环设备
sudo losetup -d $LOOPDEV
# rmdir ./tem_rootfs_a ./tem_userdata

上面其他命令对应都在代码中进行了相应的注释，这里不在过多的阐述，我们来解释一下上面 mkenvimage -s 524288 -o tem_file/env.img $ROOT_PATH/etc/uboot_env.txt这条制作uboot镜像的命令的含义：
其中-s用来指定制作的uboot环境变量分区的大小（env.img），因为我们在进行分区划分的时候划分的为512k(sgdisk -n 0:0:+512k -c 0:ubootenv vexpress_ab.img),512k=512*1024=524288字节，因此在这里我们制作的uboot环境变量的大小也为512k。

注意：上面镜像中未包含uboot，这是因为我们qemu需要重uboot启动，需要手动指定uboot镜像，因此在AB分区中，我们不制作uboot镜像，另外vbmeta用作安全的，目前我们还未使用到，因此这里暂做保留。

然后运行./script/make_AB_img.sh 制作AB分区镜像。
在这里插入图片描述
运行完成之后，会在out/ab_img/目录下生vexpress_ab.img镜像文件。

使用sgdisk查看镜像文件：

可以看到，和我们制作时候指定镜像大小是一致的。

3、uboot_env.txt中环境变量的含义
现在我们已经将镜像制作出来了，现在我们就可以来深究一下上面uboot_env.txt中环境变量的含义了，为什么这么设置，以及为什么要设置为这些值。

首先是boot_cmd:我们设置的值为：bootcmd=mmc read 0x60003000 0x3800 0x10000;mmc read 0x60500000 0x1800 0x400;bootm 0x60003000 - 0x60500000
在uboot运行时候，会自动运行bootcmd的值命令进行内核启动，我们在bootcmd中也就是设置启动参数。

mmc read 0x60003000 0x3800 0x10000 解释
这条命令的意思是从emmc的0x3800块地址处读取0x10000块数据到0x60003000内存中。这里其实就是读取kernel的镜像，为什么呢？
使用sgdisk -p 命令可以看到制作分区情况，也就是在上面图中，我们可以看到，boot_a的起始块地址为14336，注意这是块地址，每块是512字节，而我们mmc read命令中需要的就是块地址，因此我们这里在使用mmc read读取地址就是14336，将其转换为16进制就是0x3800,
从上图分区情况我们还可以知道，boot_a分区大小为：32M=321024k=3210241024=33554432字节=321024*1024/512=65,536块，转换为16进制为：0x1 0000块，所以上面最后一个参数为0x1 0000。
至于为什么将kernel内容读到内存0x60003000这个地址出，这是因为我们在编译kernel的时候指定了其链接地址为0x60003000,忘记了的可以参考之前的文章：Qemu开发ARM篇-4、kernel交叉编译运行演示

mmc read 0x60500000 0x1800 0x400 解释
这条命令意思和上面kernel差不多，这里就快速过一下：
dtb_a起始块地址:6144=0x1800
dtb_a分区大小：512k=5121024字节=5121024/512块=1024块=0x400块
0x60500000 ：这里不将kernel覆盖掉的地址理论都可以，这里设置为：0x60500000

bootm 0x60003000 - 0x60500000 解释
这条命令是启动kernel的标准命令，前面是内核的地址，后面的dtb的地址，都是上面我们进行指定的。

然后是boot_args:bootargs=root=/dev/mmcblk0p9 init=/usr/sbin/init console=ttyAMA0

bootargs的参数会传递给内核，用于挂载根文件系统以及指定系统初始化程序，这里根文件系统位于/dev/mmcblk0p9分区，初始化程序选择/usr/sbin/init,这个其实就是systemd，我们在制作根文件系统选择的，如果忘记的可以参考之前的文章：Qemu开发ARM篇-5、buildroot制作根文件系统并挂载启动

2、uboot修改

因为我们将环境变量设置在了分区2，因此我们需要对uboot进行配置，告诉uboot在哪里去获取环境变量：
运行我们之前编译uboot的脚本：./script/build_uboot.sh进入到图形配置界面：

1、找到环境变量配置选项
在这里插入图片描述
选项配置如下：

取消掉in flash选项，选中in mmc选项，然后修改环境变量偏移为：0x200000,这是因为我们环境变量起始块地址为：4096块=4096512=2,097,152字节=0x200000,因此偏移为：0x200000
环境变量size设置为0x80000这是因为我们环境变量大小为512k=5121024=524,288字节=0x80000，因此大小为：0x80000
下面分区设备以及分区号都填0，因为我们上面偏移都是从0开始计算的。

设置好之后，保持配置，为了不用每次都进行配置，我们将该配置进行保存，并替换原配置文件，这样我们就不用每次都进行配置了，使用如下命令保存该配置：

cp ./src/uboot/u-boot-2022.07-rc3/configs/vexpress_ca9x4_defconfig ./src/uboot/u-boot-2022.07-rc3/configs/vexpress_ca9x4_defconfig_bak
cp ./out/u-boot-arm/.config ./src/uboot/u-boot-2022.07-rc3/configs/vexpress_ca9x4_defconfig

这样我们下次再编译的时候就会使用我们刚刚配置的配置了。

3、镜像启动

1、uboot信息确认

编译完新的uboot以及制作完分区镜像之后，我们在script目录使用touch run_uboot_with_img.sh && chmod 777 run_uboot_with_img.sh命令创建启动脚本，并在启动脚本输入如下内容：

#!/bin/bash
qemu-system-arm  -M vexpress-a9 -m 512M  -kernel ~/project/qemu/out/u-boot-arm/u-boot -nographic -no-reboot -sd out/ab_img/vexpress_ab.img

然后运行./script/run_uboot_with_img.sh启动uboot: 启动是按下回车先看看uboot内部情况。
在这里插入图片描述
可以看到环境变量加载成功，使用printenv查看一下环境变量是不是我们刚才设置的：

了可以看到环境变量和我们上面设置的一致，在看看其他内容。