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liangdi

@liangdi 在 [Happy Hacking Nezha Board] 小孩子才做选择,我全都要 BOOT 中说：

下载
更快的下载地址

http://2020-sd-static.qianguatech.com/d1-multi-kernel.zip

liangdi

@liangdi 在 [Happy Hacking Nezha Board] 掌握 Device Tree Oerlay 的魔法中说：

dtboverlay=pwm7-overlay

需要改为

dtoverlay=pwm7-overlay

liangdi

Device Tree 是目前嵌入式 Linux 系统最常用的设备解耦工具, 所以要玩转嵌入式 Linux , 这个东西必须掌握.

DTB, DTS , DTSI?

在 tina sdk 代码中, 有 board.dts , sun20iw1p1.dtsi 这些文件, 这些就是 device tree 的源文件,或者说描述文件.

dts 通过 dtc 这个编译器可以编译成 dtb 以及后面我们要用到的 dtbo(dtb overlay) , 它们是二进制文件, Linux 和 uboot 可以使用.

DTC

Device Tree Compiler , dts 的编译工具, Linux 下面可以使用包管理工具按照

# redora
sudo dnf install dtc

# ubuntu

sudo apt install device-tree-compiler

windows 参考(未验证):
https://github.com/lbmeng/dtc

dtb overlay 示例代码

在之前给出的 demo 镜像中, pwm7 这个设备的驱动部分在 dts 中被注释了, 所以我们尝试用 dtb overlay 给他弄回来.

dtbo 的编译只要 dtc 就可以, 但是我们会看到 dtsi 中有 c 语言的 #include 宏,所以还会用到 c编译根据展开宏,如果没有 #include ,就不需要.

使用 #include 宏展开示例, include 里面都是 dt-bindings 目录下的文件,该目录在 tina 中的位置是: lichee/linux-5.4/include , 你要展开需要将 lichee/linux-5.4/include/dt-bindings 拷贝到 dts 目录中来

cpp -nostdinc -I. -undef -x assembler-with-cpp board.dts > board-with-include.dts

执行后, board-with-include.dts 就是 include 展开后的代码.

pwm7-overlay.dts 示例代码

/dts-v1/;
/plugin/;

/ {
    fragment@0 {
    target-path = "/soc/pinctrl@2000000";
        __overlay__ {
             pwm7_pin_a: pwm7@0 {
                pins = "PD22";
                function = "pwm7";
                drive-strength = <10>;
                bias-pull-up;
            };

            pwm7_pin_b: pwm7@1 {
                pins = "PD22";
                function = "gpio_in";
            };
        };
    };

    fragment@1 {
        target-path = "/soc/pwm7@2000c17";
       
        __overlay__ {
            pinctrl-names = "active", "sleep";
            pinctrl-0 = <&pwm7_pin_a>;
            pinctrl-1 = <&pwm7_pin_b>;
            status = "okay";
        };
    };

};

头部是作为一个 overlay 的描述, 和 dts 相比多了 /plugin/; 这个节点

/dts-v1/;
/plugin/;

后面同样有个 / 根节点, 然后需要覆盖的地方用 fragment@x 作为节点名称

fragment 里面 target-path 为需要覆盖的节点路径, 也可以用 target 使用的是引用.

后面 overlay 里面就是需要覆盖的属性.

编译

dtc -I dts -O dtb -o ./pwm7-overlay.dtbo ./pwm7-overlay.dts

这样得到的 pwm7-overlay.dtbo 文件就是我们所要的. 可以用
fdtdump ./pwm7-overlay.dtbo 查看结果

测试

一个测试程序 (pwm.sh, 来自 RVBoards) 和蜂鸣器扩展版

#!/bin/bash
#pwm 节点
pwmnode=pwm$1
#输出提示pwm$1 通道
echo  /sys/class/pwm/pwmchip0/${pwmnode}
#申请pwm$1 通道
echo $1 > /sys/class/pwm/pwmchip0/export
#指定pwm$1 通道的频率
echo $2 > /sys/class/pwm/pwmchip0/${pwmnode}/period
#指定pwm$1 通道的占空比
echo $3 > /sys/class/pwm/pwmchip0/${pwmnode}/duty_cycle
#使能pwm$1 通道 
echo 1 > /sys/class/pwm/pwmchip0/${pwmnode}/enable
#使能pwm$1 通道 工作时间10s
sleep 10
#失能pwm$1 通道 
echo 0 > /sys/class/pwm/pwmchip0/${pwmnode}/enable
#等待pwm$1 通道 关闭
sleep 1
#注销pwm$1 通道
echo $1 > /sys/class/pwm/pwmchip0/unexport

在没有配置 dtb overlay 的系统中执行

# 设置 7 号 pwm 引脚数据
./pwm.sh 7 300000 150000

会出现错误

然后将 pwm7-overlay.dtbo 复制到 boot 分区的 overlay 目录下, 在编辑 config.txt 添加配置
dtboverlay=pwm7-overlay , 配置中不需要加 .dtbo, 系统会自动添加.

重启后, 在执行
./pwm.sh 7 300000 150000 , 蜂鸣器就会响了.

如果没有蜂鸣器扩展版,可以查看 /sys/class/pwm/ 里面的内容,进行前后对比,也会发现 dtb overlay 生效了.

后记

dtb 以及相关技术需要去掌握,掌握了就可以把开发板玩的更溜了, 如果你去使用各种大的扩展板, 基本都会涉及到 dtb overlay.

liangdi

乘胜追击

前面完成引导 rt-smart 后, 开始继续其他功能的研究.

常规我们使用 raspberry pi 以及其他 Linux 系统的时候, 一般我们的 kernel 等信息都是放在 /boot 目录下的,大多数会格式化成独立的一个分区.

那么我们就照着这个方向去改造哪吒板子, 目前已经初见成效了, 我做了一个 demo 的 image , 供大家测试, 后续 RVBoards 会发布正式的 Debian 版本.

下载地址: d1-multi-kernel

说明

镜像前面几个 1-3 分区是全志的预留的几个分区,占用空间很间,这里不去动他.

第 4 分区是 vfat 格式的 boot 分区, kernel 和 dtbo 等文件存放在这里面

demo 镜像 boot 分区文件说明

overlay : 存放 dtb overlay 文件
boot_debian.img debian 内核
boot_tina.img tina 内核
config.txt 引导配置文件
rt-smart rt-smart 执行程序

config.txt 配置说明

配置示例

# mode 
# 0 boot bare metal bin
# 1 boot linux kernel
mode=1
bin=rt-smart
kernel=boot_debian.img

# dtb overlay
# load overlay/${dtoverlay}.dtbo
dtoverlay=test-overlay

# uboot vars
# for debian
mmc_root=/dev/mmcblk0p6
# for tina
#mmc_root=/dev/mmcblk0p5

详细说明

mode:

配置引导模式 0 为引导二进制程序 1 为引导linux 内核 (目前这个版本的内核文件需要使用 mkbootimage 打包生成,就是 tina sdk 中 pack 命令生成的 boot.img 文化)
bin

mode=0 的时候引导的文件
kernel

mode=1 的时候引导的文件
dtoverlay

dtb overlay 配置, 将会加载 overlay/${dtoverlay}.dtbo 这个文件,后续将会支持多个文件加载
mmc_root

这个是作为 bootargs 中 root 参数传递给内核的,告诉内核 root 在什么分区,默认是 /dev/mmcblk0p5 , demo 镜像中有多个内核,多个 rootfs ,所以需要配置一下.
注意
- 配置项"="两边不能有空格
- config.txt 是作为 uboot 的环境变量加载的,可以配置其他变量覆盖 uboot 内部的变量

原理

主要就是利用 uboot 的 fatload 这个指令,从 mmc 中 vfat 文件系统中加载指定文件到内存中使用.

用到相关的指令 fatload, env import ,fdt 等

核心配置

# demo 镜像中的 
bootcmd=run boot_check setargs_mmc boot_mmc
# 其中 setargs_mmc 是全志默认的,设置 mmc 加载的 bootrags 的指令

# boot_check 检测 mmc 是否启用,然后加载 config.txt 文件,再加载 dtbo 文件
boot_check=run card_init;mmcinfo;mmc part;fatload mmc ${mmc_dev}:${mmc_boot_part} 47000000 config.txt;env import -t 47000000 ${filesize}; test -n "$dtoverlay" && fatload mmc ${mmc_dev}:${mmc_boot_part} 48000000 overlay/${dtoverlay}.dtbo; fdt apply 48000000

# boot_mmc 就是根据 mode 引导不同系统了
boot_mmc=if test ${mode} -eq 0; then fatload mmc ${mmc_dev}:${mmc_boot_part} 45000000 ${bin}; go 45000000; else fatload mmc ${mmc_dev}:${mmc_boot_part} 45000000 ${kernel}; bootm 45000000; fi

原理和实现其实很简单, 后续还可以继续改进,支持多个 dtbo 加载, tftp 加载(方便快速调试) 等等.

后记

完成多系统引导就这么简单了, 后续文章我会再写一个 dtb overlay 的 demo.
注意事项: demo 镜像中, debain 的 rootfs 大小太小,更大空间,需要自行处理一下.

liangdi

@whycan https://gitlab.eduxiji.net/lizhirui/project325618-83178.git
用 riscv64-unknown-elf 的工具链就可以

liangdi

每一个程序员都有一个 OS 梦!
                  - Liangdi

前言

我属于提前批拿到哪吒开发板的,兴奋之余开始研究如何去运行自己的裸机程序,美其名曰:操作系统.

和 mcu 不一样, sbc 级别的 cpu 跑起来要复杂的多,不过好在系统级别的领域,不同的软件分工明确, 我们的裸机程序作为 kernel 部分,等着被引导就好.

尽管 sbc 的系统很复杂, 不过要跑起我们的小小的代码,我们刚开始关心的东西不必要很多.

走出第一步,才能看到后面的广阔天空.

由于没有自己的 OS , 这里用 rt-thread 的 rt-smart 来作为实验验证对象.

uboot

和我们接触的第一个对象就是 uboot , uboot 是哪吒开发板的 bootloader,所以我们要和他搞好关系,了解他,才能让他帮我们完成 kernel 的引导.

哪吒开发板的引导路径大致是这样: BROOM -> spl -> uboot -> [nand | mmc]

通过简单的把玩,发现以下规律, BROOM 中的一级 bootloader 会检测 mmc 和 nand 设备, 如果存在 mmc 设备就会 load mmc boot 分区中的 spl 继续工作, nand 同理.

开发板上有 256MB 的 nand flash, 可以有足够的空间存放我们的程序了, 所以就不考虑 mmc 了.

哪吒的 uboot 和 nand

开发板,接上串口工具,上电,串口中就可以看到系统启动信息了, 如果你什么都不操作就会进入 tina 环境了, 所以开机的时候,连按 s 键盘(和 PC 开机按 F2或者 F10 一样吧) 就可以进入 uboot 环境

如下界面:

先用 mtdparts 查看 nand 信息

mdtparts default
mtdparts
# 输出如下:
device nand0 <nand>, # parts = 4
 #: name                size            offset          mask_flags
 0: boot0               0x00100000      0x00000000      1
 1: uboot               0x00300000      0x00100000      1
 2: secure_storage      0x00100000      0x00400000      1
 3: sys                 0x0fb00000      0x00500000      0

active partition: nand0,0 - (boot0) 0x00100000 @ 0x00000000

defaults:
mtdids  : nand0=nand
mtdparts: mtdparts=nand:1024k@0(boot0)ro,3072k@1048576(uboot)ro,1024k@4194304(secure_storage)ro,-(sys)

从上面可以看到, nand 有四个分区, 前面两个 bootloader , 第三 secure_storage 和我们也没有什么关系, 第四个分区 sys 就是保存用户 os 的地方, 目前就是 tina linux 系统.

查看一下 sys 中的信息

ubi part sys
ubi info l
# 输出如下:
Volume information dump:
        vol_id          0
        reserved_pebs   1
        alignment       1
        data_pad        0
        vol_type        4
        name_len        3
        usable_leb_size 258048
        used_ebs        1
        used_bytes      258048
        last_eb_bytes   258048
        corrupted       0
        upd_marker      0
        name            mbr
Volume information dump:
        vol_id          1
        reserved_pebs   1
        alignment       1
        data_pad        0
        vol_type        3
        name_len        13
        usable_leb_size 258048
        used_ebs        1
        used_bytes      258048
        last_eb_bytes   258048
        corrupted       0
        upd_marker      0
        name            boot-resource
Volume information dump:
        vol_id          2
        reserved_pebs   1
        alignment       1
        data_pad        0
        vol_type        3
        name_len        3
        usable_leb_size 258048
        used_ebs        1
        used_bytes      258048
        last_eb_bytes   258048
        corrupted       0
        upd_marker      0
        name            env
Volume information dump:
        vol_id          3
        reserved_pebs   1
        alignment       1
        data_pad        0
        vol_type        3
        name_len        10
        usable_leb_size 258048
        used_ebs        1
        used_bytes      258048
        last_eb_bytes   258048
        corrupted       0
        upd_marker      0
        name            env-redund
Volume information dump:
        vol_id          4
        reserved_pebs   29
        alignment       1
        data_pad        0
        vol_type        3
        name_len        4
        usable_leb_size 258048
        used_ebs        29
        used_bytes      7483392
        last_eb_bytes   258048
        corrupted       0
        upd_marker      0
        name            boot
...

我们看到了一些熟悉的信息,系统镜像的分区表, 就是 tina sdk 打包出来的产物.

那么 uboot 如何引导 nand 中的系统的呢?
使用 printenv 查看一下 uboot 的环境变量,下面列出重要的部分:

boot_normal=sunxi_flash read 45000000 ${boot_partition};bootm 45000000
boot_partition=boot
bootcmd=run setargs_nand_ubi boot_normal

partitions=mbr@ubi0_0:boot-resource@ubi0_1:env@ubi0_2:env-redund@ubi0_3:boot@ubi0_4:rootfs@ubi0_5:dsp0@ubi0_6:recovery@ubi0_7:UDISK@ubi0_8:
root_partition=rootfs

setargs_nand_ubi=setenv bootargs ubi.mtd=${mtd_name} ubi.block=0,${root_partition} earlyprintk=${earlyprintk} clk_ignore_unused initcall_debug=${initcall_debug} console=${console} loglevel=${loglevel} root=${nand_root} rootfstype=${rootfstype} init=${init} partitions=${partitions} cma=${cma} snum=${snum} mac_addr=${mac} wifi_mac=${wifi_mac} bt_mac=${bt_mac} specialstr=${specialstr} gpt=1
ubi_attach_mtdnum=3

就以上这几行就可以了, 对我们来说关键作用的只有前 3 行.
bootcmd 这个是 uboot 启动时候执行的变量, 内容是 run setargs_nand_ubi 和 boot_normal

其中 setargs_nand_ubi 是设置 bootargs 的, 是 Linux 关心的东西.
我们主要看 boot_normal

boot_normal 大致含义是 flash 工具读取 ${boot_partition}(解析后是 boot) 位置的数据到内存 0x45000000 的位置, 然后 bootm 引导 0x45000000 位置的内核.

所以,简单的方法就是我们把我们自己的 OS 程序,写入到 nand 中 boot 分区的位置,理论上就可以了.

构建 nand 和引导自己的系统

起初本来想用 xboot 的 xfel 工具将数据写入 nand, 然后发现没有实现,所以先跳过, 等后续支持了就会更方便了.

tina sdk 中 device/config/chips/d1/configs/nezha_min/sys_partition.fex 这个文件是 pack 的配置信息 , 根据文件知道 pack 命令会把 boot.img 打包到 nand 的 boot 分区, 这个就是我们所要的,所以最简单的方法就是把我们自己的 bin 文件替换调 boot.img , 然后 tina sdk 中执行pack ,生成的产物tina_d1-nezha_min_uart0.img中就包含了我们的代码了.

然后用全志的工具,将 tina_d1-nezha_min_uart0.img 烧录到哪吒主板上.第一步就完成了.

这样就可以正常引导了么? 答案是否定的.

在前面 uboot 的引导指令用的是 bootm 45000000, bootm 是引导 linux kernel 的,包含了引导协议的一些东西, 我们作为一个裸机程序,我们可以使用 uboot 的 go 命令之间跳转到 0x45000000处运行, 将 boot_normal 改为 sunxi_flash read 45000000 ${boot_partition};go 45000000 即可, 但是目前 tina 默认的 uboot 没有编译 go 指令, 进入 lichee/brandy-2.0/u-boot-2018 目录, 执行 make menuconfig, 然后在 Command line interface --> Boot commands 中选中 go 指令,保存后,重新编译, 在打包一次就可以了.

tina uboot 默认的环境变量信息在文件 device/config/chips/d1/configs/nezha/env.cfg 里面,可以将 boot_normal 改好后再编译,就不用在 uboot 交互界面中修改环境变量了.

上电

bingo!

少年, 下一步就开始在哪吒上运行你的 Dreeam OS 吧!

最后的补充注意事项: RISC-V 芯片运行在 SBI 环境, S Mode 下,所以如果裸机程序 M 模式的代码是无法正常运行的.

liangdi

d1 的 tina 环境由于工具链比较老旧, 很多开发者的机器上的环境没法正常使用
所以,我写一篇使用 Docker 编译 tina 的文章,继续抛砖引玉,欢迎交流.
PS: 还是希望全志官方升级一下工具链版本

准备工作

安装好 docker , 执行 docker info 可以查看是否安装正常
下载好 tina sdk 的代码, 参考: tina sdk 下载

使用 Docker 编译

# 假设下载的 tina-sdk 目录是 /opt/tina-sdk
# 执行如下 docker 命令
docker run  -v /opt/tina-sdk:/sdk -it liangdi/d1-tina-build-env /bin/bash
# 第一次执行的时候,需要下载镜像,会耗时比较久一点
# 执行完上面 docker 命令后, 会将本机 /opt/tina-sdk 映射到 docker 中的 /sdk 下,就可以在 docker 中编译 tina 了
cd /sdk
source ./build/envsetup.sh
# 选择编译内容
lunch

# 需要设置 FORCE_UNSAFE_CONFIGURE 变量解决 root 检测, 后面 -jx  x为配置编译线程数量,可以根据 cpu 数量来配置
make FORCE_UNSAFE_CONFIGURE=1 -j8
# 备注: 第一次编译,会编译一批 host 的依赖比较慢,但是编译一次后,下次重新编译就会跳过了,速度会快很多

# 打包
pack

以上就可以正常编译 d1 的 tina 了, 编译完成后, 在本机 tina-sdk 目录下的 out 目录中就可以看到编译产物了, 采用路径映射的方式,本机更新代码后,再运行 docker , docker 里面就是最新的代码

附上 Dockerfile

# D1 tina build env

FROM ubuntu:14.04
RUN apt update
RUN apt install build-essential subversion git-core libncurses5-dev zlib1g-dev gawk flex quilt libssl-dev xsltproc libxml-parser-perl mercurial bzr ecj cvs unzip lib32z1 lib32z1-dev lib32stdc++6 libstdc++6 -y
RUN apt install bc busybox wget -y

可以自行修改构建, 完善这个 docker

liangdi

单板机,上手比较烦人的就是要准备配套的鼠标键盘以及显示器,通过 SSH 或者 VNC 就可以在自己电脑上远程进行操作,更加方便.

准备材料

哪吒开发板 (RVBoards Debian 系统)
串口调试线
网络已经联通(联网不在这里讨论,可以另外写一篇文章了)

开启 SSH

系统默认配置禁用了 root 远程 ssh 登陆, 如果是普通权限用户没有这个问题.

开启 root ssh 远程登陆

编辑 /etc/ssh/sshd_config

将 #PermitRootLogin without-password 修改为 PermitRootLogin yes

systemctl restart sshd 重启 ssh 服务即可
ssh 访问

使用 ssh root@ip 就可以登陆访问了,默认密码是 rvboards

使用 ssh-copy-id root@ip 可以设置公钥访问,省掉密码输入

开启 VNC 服务

Linux 上有很多 vnc 服务程序,这里我们选择 tigervnc

安装软件

apt update
apt install tigervnc-standalone-server -y

tigervnc server 常规使用方法

启动服务: vncserver -localhost no -display :1

上述命令启动 vncserver 并且使用 :1 编号的显示器, :0 默认被启动的 xserver使用了, -localhost no 表示可以远程访问

第一次启用的时候会提示输入密码, 建议使用和 root 一样的密码,便于记忆, 同时可以配置使用 linux 系统认证, 这个哪吒玩家可以自己去查看相关资料.

查看服务: vncserver -list
```
TigerVNC server sessions:
  X DISPLAY #	RFB PORT #	PROCESS ID	SERVER
  :1         	5901      	647       	Xtigervnc
```
停止服务 vncserver -kill
```
vncserver -kill :1 
# 结束 :1 display 的 vnc 服务
```
配置分辨率, 使用 -geometry 1280x800 参数

目前哪吒支持的分辨率
```
 1920x1080     60.00  
 1600x1200     60.00  
 1680x1050     60.00  
 1400x1050     60.00  
 1360x768      60.00  
 1280x1024     60.00  
 1280x960      60.00  
 1280x720      60.00  
 1024x768      60.00  
 800x600       60.00  
 640x480       60.00  
```

配置 VNC server 开机启动

开机启动最简单的方式是在 /etc/rc.local 中加入启动脚本,以下是示例

echo "start vnc server"
export HOME=/root
/usr/bin/vncserver -localhost no -display :1 -geometry 1280x800
echo "vnc server started"
# 这里需要先配置 HOME 环境变量, vncserver 需要

VNC 远程连接
VNC 有很多客户端, ReadVNC 的 VNC Viewer 推荐一下,并且有 Chrome 的插件, 输入ip和端口号就可以连接了,密码就是初次启动 vncserver 配置的密码

总结

linux 生态下, 远程访问是比较容易的, SBC 级别的设备,大多比较精简,需要自己去安装配置,借此文抛砖引玉,欢迎一起交流.

吐槽一下目前系统层面对 D1 的显示驱动优化的比较差, 性能弱,使用 VNC 操作 gui 大大提升用户体验.

liangdi

那就把 PI 的 Compute Module 模式也借鉴一下, 做小批量产品研发真的很方便

liangdi

CanSat- - 易拉罐卫星，顾名思义，就是卫星的结构壳体是用最普通的易拉罐尺寸大小，卫星部组件和载荷全部按照相关标准放入易拉罐尺寸大小中，成为一颗具备卫星基本功能和易拉罐外形的Cansat。虽然看起来只是一个易拉罐，其实是真实卫星的模拟。

这一次，我们将使用全志在线D1开发板【哪吒】作为整个卫星的控制中枢。
开发板主控使用的是搭载阿里平头哥 C906 核心的RISC-V芯片——D1, 这是全球首颗量产的 RISC-V架构AIoT处理器。
我们的计划代号【风火轮】，因为开发板的代号正好是【哪吒】，寓意风火轮送哪吒上天！

这是一枚真正的火箭, 可以升空到1万米高度的探空火箭, 它将把我们的哪吒开发板送到2-3千米的高度。

在这个暑假，让我们相约海南文昌！

挑战任务

卫星整体设计

回收设计
卫星升空到2千米高度后, 会和火箭分离, 需要做回收设计, 让卫星顺利回地面, 要设计降落伞机构, 抗摔等.
平衡设计
保证火箭能正常升空, 卫星在搭载各种载荷的基础上, 保证平衡性满足火箭的升空需求
通讯设计
升空后的卫星,要和地面进行无线电通讯
数据采集
卫星需求采集各种数据,完成实验需求,包含气压、磁力计、温度计、GPS模块等.

地面站设计

通讯系统设计
设计天线系统和通讯系统完成地面站和卫星的通讯.
TT&C 交互界面
TT&C 是 Telemetry, Tracking and Command 的缩写,我们将设计一个炫酷的交互界面,让地面人员身心愉悦的完成与卫星的交互工作.

发射回收任务

本次设计的卫星,最终将在海南文昌完成发射和回收任务.
时间：在2021年7月下旬，视天气决定

开放社区建设

我叫吴亮弟, 来自一个叫 404 的工作室, 我们从事于产品研发和K12科创教育的工作.
感兴趣的朋友可以联系我们:
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“你承诺给我殖民火星,我却得到 Facebook!”——人类登月的第二人 Buzz Aldrin 曾经这样抱怨说。现在，要衷于我们儿时的梦想，奔向太空！只有天空，才是我们的极限！

本次活动致力于推广 RISC-V 在科创教育领域的应用, 推动 PBL 教育在该领域的发展, 所有设计和研发成果将在社区开源。

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