Embedded Linux using Beaglebone Black

[hyunsik-yoon]

from https://www.udemy.com/course/embedded-linux-step-by-step-using-beaglebone/learn/lecture/7243952

[hyunsik-yoon]

Single Board Computer (SBC)

• 보드 하나로 이루어진 시스템
• 반대로, multi board computer로 있음.
  • 예를 들어, Blade systems
  • modular server
  • Blades are inserted into a chassis that provides shared power, cooling, and connectivity infrastructure
  • Multiple blades can work together to provide powerful computing resources.
  • 보통 모듈러, 확장성, redundancy 등을 고려하여 설계한다고.

SoC (System on Chip)

• single chip에 여러 component를 구현 (e.g., CPU + GPU + peripheral + I/O interfaces

eMMC (embedded Multi Media Card/Controller)

• non-volatile, solid-state storage 의 한가지 종
• budget and mid-range devices 에서 사용됨

[hyunsik-yoon]

BBB board layout

UART

another layout

• eMMC 로 부팅이 디폴트
• SD로 부팅하려면 Boot Button을 누르고 있으면

[hyunsik-yoon]

Booting

1. RBL
   • ROM Boot Loader
   • written by the vendor (e.g., TI). The code cannot be changed.
   • role: load and execute the second stage boot load in the internal memory of SoC
2. SPL/MLP
   • Secondary Program Loader / Memory Loader
   • role: 3rd stage boot load 를 로드함
3. U-boot
   • role: load/exec of linux kernel from DDR memory of the board.
4. Linux Kernel
5. RFS
   • root file system

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RBL

• 순서
  • stack setup
  • watchdog timer (3분동안 second boot loader 시작 안하면 리부팅됨)
  • system clock configuration using PLL
  • BBB는 24MHz clock 이 기반 하단에 달려있음. PLL을 통과하면 500MHz 의 higher clock신호로 변함
  • SYSBOOT[15:14] pin 으로 입력이 24MHz인지 25MHz 인지 등을 결정
  • second booting device 파악
  • boot image는 internal SRAM 으로 복사됨 (120KB on chip memory)
  • boot image header 가 있음 (RBL이 읽고 처리해야 하므로... TI 가 정의)
    • load_address 0x40000000
    • image size
  • SPL 시작

MLO/SPL

• key work
  • UART console initialize (디버그 메시지 출력)
  • PLL을 reconfiguration (as your project decided)
  • DDR memory register 초기화하여 DDR 을 읽을 준비를 함
  • U-Boot를 읽기 위함
  • Muxing configuration of boot peripheral pin
  • boot peripheral 로부터 U-Boot를 읽기 위함
  • PIN 들이 다양한 목적으로 쓰이기 때문
  • 예를 들어, U-Boot 가 MMC1 로부터 읽으려면 그에 맞는 PIN 세팅을 해야 함
  • DDR 로 U-boot 이미지를 읽어들임
  • load_addr = 0x88000000
  • control을 U-boot로 넘김
• RBL 이 U-boot 을 로드 못하나요? MLO/SPL이 꼭 필요한 단계인가요?
  • U-boot이 너무 커서 internal SRAM으로 읽어들이기때문이라고 함
• 그럼 RBL이 U-boot을 DDR로 못 읽어들이나요?
  • 그게... DDR의 종류 등은 board-specific 한거라.. ROM이 알수가 없어요.
  • DDR2냐 DDR3냐, 누가 생산한 거냐에 따라 register setting param (예: speed, bandwidth, clock, size 등) 이 다르다고

[hyunsik-yoon]

U-boot

• Universal Boot Loader
• open-source boot loader widely used in embedded systems
• step
  • peripheral 초기화 (e.g., I2C, NAND, Flash, Ethernet, UART, USB, MMC, ...)
  • load linux kernel to DDR
  • uImage = zImage (ELF) + u boot image header (64B, image size, date, entry point addr, OS 정보 등이 들어 있음)
  • boot source: USB, eMMC, SD, Ethernet, serial port, NAND flash, etc.
  • pass boot arg to kernel
• uEnv.txt
  • U-boot 이 이 파일을 읽고 boot behavior를 결정
  • 예를 들어, uimage 파일은 path가 뭔가? 등 (보통 ROOTFS 파티션의 /boot/uimage... 파일)
  • DDR memory의 어디에 kernel 을 포드해야 하는가
  • 아래에서 load, setenv, run, bootm 등은 U-boot 명령어라 함
  • load: 파일을 메모리 특정 주소로 읽어들일 것
  • bootm: 메모리로부터 부팅할 것
  • 아래에서 abc=def 형식은 env var 셋팅
  • 아래에서 a;b 는 a 를 실행하고 b를 실행하라.

    console=ttyO0,115200n8
    ipaddr=192.168.7.2
    serverip=192.168.7.1
    loadaddr=0x82000000
    fdtaddr=0x88000000
    loadfromsd=load mmc 0:2 ${loadaddr} /boot/uImage;load mmc 0:2 ${fdtaddr} /boot/am335x- 
    boneblack.dtb
    linuxbootargs=setenv bootargs console=${console} root=/dev/mmcblk0p2 rw 
    uenvcmd=setenv autoload no; run loadfromsd; run linuxbootargs; bootm ${loadaddr} - ${fdtaddr}

• uboot 까지만 부팅해서 나오는 prompt에서 위의 명령으를 입력해도 동작함
  • help, md, load` 등의 명령어들이 존재

    U-Boot# help load
    usage : load <inteface> <dev[:partition]> <addr>
    U-Boot# load mmc 0:2 0x82000000 /boot/uImage
    4310624 bytes read
    U-Boot# md  0x82000000 4        # memory display
    # 로드된 uImage 파일의 4 바이트를 보여줌. (uBoot image header)