NXP iMX8 SCFW和Boot Container Image编译
By Toradex秦海
1).?簡介
NXP iMX8系列ARM處理器是NXP目前性能最強勁確也是架構最復雜的ARM處理器，和之前的ARMv7系列處理器比如iMX6系列不同，在iMX8系列芯片中NXP加入了SCU模塊來管理芯片的啟動和關鍵外設初始化（如PMIC、時鐘等），iMX8QM處理器的簡單框圖如下：
SCU(System Control Unit)的框圖放大如下，其中包含一個基于Cortex-M4內核的SCU CM4 Complex模塊，其運行的固件就是SCFW，還有一基于Cortex-M0內核的SECO模塊，運行SECO固件，負責安全認證相關的工作。
本文就簡單介紹下iMX8處理器的啟動流程，然后結合來自于Toradex Apalis?iMX8?的ARM嵌入式平臺，演示一下包含了SCFW以及SECO固件等的boot container image的編譯流程。
2).?準備
a).?Apalis iMX8QM?4GB?WB IT?ARM核心版配合Ioxra?載板，連接調試串口UART1（載板X22）到開發主機方便調試。
3).?NXP iMX8?啟動流程
a).?NXP iMX8啟動流程圖如下所示，首先SCU boot rom代碼加載啟動，然后通過芯片的SCU boot mode相關管腳配置，來選擇進入那種啟動模式，一般要么是正常啟動，要么是進入恢復模式，然后通過SDP模式啟動。正常啟動流程到最后，加載運行Boot container image來繼續下一階段啟動。
b).?Boot container image?包含如下內容
./ SCFW -?運行與SCU M4核心的firmware，用于啟動管理和外設初始化等任務，可以進行定制修改。
./ SECO FW - SECO firmware，NXP只提供binary文件，負責啟動過程中的一些security認證。
./ Optional Coretex-M4 firmware,?由上面章節一的iMX8芯片框圖可以看到iMX8支持2x Cortex-M4?核心，那么運行與這些M4核心的固件可以一起集成到boot container image里面去，如果不需要或者可以后續通過U-boot加載，因此可選添加。
./ Optional Cortex-A image，運行于Cortex-A核心啟動相關的image，主要包含ATF(ARM Trusted Firmware)和U-boot image。
c).?Boot container image?加載流程如下圖，最后當U-boot運行后，就由U-boot控制進行正常的Linux Kernel和Rootfs加載流程了。
4).?Boot Container Image編譯組裝
a).?本文以下編譯流程都是基于當前Toradex?最新Linux BSP V5.3版本操作，其他版本基本流程都是一致的，版本差異可以參考這里說明修改適配
b).?首先獲取?SECO firmware
----------------------------------
$ cd ~/workdir
$ wget -c https://www.nxp.com/lgfiles/NMG/MAD/YOCTO/imx-seco-3.8.1.bin
$ chmod u+x imx-seco-3.8.1.bin
$ ./imx-seco-3.8.1.bin
$ ls imx-seco-3.8.1/firmware/seco/
commit-id.txt??mx8dxla1-ahab-container.img ?mx8qxb0-ahab-container.img ?SECO_FW_release_note.pdf
mx8dxla0-ahab-container.img ?mx8qmb0-ahab-container.img ??mx8qxc0-ahab-container.img
----------------------------------
可以看到SECO firmware binary已經在?imx-seco-3.8.1/firmware/seco/?目錄下，針對不同的iMX8芯片選擇不同的文件，本文測試使用的iMX8QM處理器對應的是?mx8qmb0-ahab-container.img?這個文件。
c).?然后編譯?SCFW
./從NXP官網下載?SCFW porting kit（需要有效的NXP賬號登錄），當前適用版本為?SCFW Porting Kit 1.7.3
./?解壓到?build-scfw?目錄
----------------------------------
###?create build-scfw folder for building
$ cd ~/workdir
$?mkdir build-scfw
$?cd build-scfw
###?extract package
$?tar xf imx-scfw-porting-kit-1.7.3.tar.gz
$ cd packages/
$ chmod +x imx-scfw-porting-kit-1.7.3.bin
$ ./imx-scfw-porting-kit-1.7.3.bin
###?deploy source code, corresponding to iMX8QM
$ cd imx-scfw-porting-kit-1.7.3/src/
$ tar xf scfw_export_mx8qm_b0.tar.gz
$ ls scfw_export_mx8qm_b0
bin ?build_mx8qm_b0 ?COPYING ?Makefile ?makefiles ?MANIFEST ?platform ?SCR-imx-scfw-porting-kit.txt
----------------------------------
./?查看當前SCFW版本號/Commit
----------------------------------
$ cd ~/workdir/build-scfw/packages/imx-scfw-porting-kit-1.7.3/
$ $ cat VERSION
NXP i.MX System Controller Firmware
--------------------------------------------
Git repo: ?????ssh://bitbucket.sw.nxp.com/imxpriv/imx-sc-firmware.git
Branch name: ??imx_scfw_2020q4
Build version: 5222
Commit ID: ????bc122ee1
Build date: ???May 27 2021
Build time: ???16:27:17
----------------------------------
./?將Toradex Apalis iMX8QM針對其核心板的相關修改部署到上述下載NXP imx8qm SCFW?源代碼中
----------------------------------
$ cd build-scfw/packages/imx-scfw-porting-kit-1.7.3/src
$ git clone?https://github.com/toradex/i.MX-System-Controller-Firmware.git
$ cp -r i.MX-System-Controller-Firmware/src/scfw_export_mx8qm_b0/*?/scfw_export_mx8qm_b0/
----------------------------------
./?可選?-?根據需要修改SCFW源代碼
----------------------------------
###?參考文檔位于?../imx-scfw-porting-kit-1.7.3/doc/，有HDML和PDF兩種格式文檔
$ ls?pdf/
sc_fw_api_dxl_a0.pdf ?sc_fw_api.pdf ?sc_fw_api_qm_b0.pdf ?sc_fw_api_qx_b0.pdf ???sc_fw_rn.pdf
###?針對Toradex Apalis iMX8，核心修改文件位于
### build-scfw/packages/imx-scfw-porting-kit-1.7.3/src/scfw_export_mx8qm_b0/platform/board/mx8qm_apalis
$ ls
board.bom ?board.c ?board.h ?dcd ?Makefile
### dcd?目錄主要存放ram timing配置文件，主要修改部分在?board.c?這個文件，這個文件的內容和修改請參考上述sc_fw_port.pdf文檔說明，包含了從底層CPU/RAM/時鐘/PMIC初始化到外部資源分配的各方面
###?比如常用的SOC資源在SCU、Cortex-A、Cortex-M核心直接的分配，可以參考文檔的第六章節，通過?board.c?文件的board_system_config()?函數來進行配置，當然也有其他run-time的API函數可用
void board_system_config(sc_bool_t early, sc_rm_pt_t pt_boot)
{
????sc_err_t err = SC_ERR_NONE;
????/* This function configures the system. It usually partitions
???????resources according to the system design. It must be modified by
???????customers. Partitions should then be specified using the mkimage
???????-p option. */
????/* Note the configuration here is for NXP test purposes */
????......
????/* Name default partitions */
????PARTITION_NAME(SC_PT, "SCU");
????PARTITION_NAME(SECO_PT, "SECO");
????PARTITION_NAME(pt_boot, "BOOT");
????/* Configure initial resource allocation (note additional allocation
???????and assignments can be made by the SCFW clients at run-time */
????......
/* Create M4 0 partition */
????????if (rm_is_resource_avail(SC_R_M4_0_PID0) != SC_FALSE)
????????{
????????????sc_rm_mr_t mr;
????????????/* List of resources */
????????????static const sc_rsrc_t rsrc_list[7U] =
????????????{
????????????????SC_R_SYSTEM,
????????????????SC_R_IRQSTR_M4_0,
????????????????SC_R_MU_5B,
????????????????SC_R_MU_7A,
????????????????SC_R_MU_8B,
????????????????SC_R_GPT_4,
????????????????SC_R_SECO_MU_4
????????????};
......
----------------------------------
./?修改好源代碼后，配置toolchain準備進行編譯
----------------------------------
###?使用GCC ARM?針對?Coretex-M核心的GNU-RM?最新版本即可，下載地址如下，當前針對Linux X86_64平臺的最新版本為gcc-arm-none-eabi-10-2020-q4-major-x86_64-linux.tar.bz2
https://developer.arm.com/tools-and-software/open-source-software/developer-tools/gnu-toolchain/gnu-rm/downloads
$ cd ~/workdir
$?mkdir toolchain
$ cd toolchain
###?解壓下載的toolchain壓縮包
$ tar xvf gcc-arm-none-eabi-10-2020-q4-major-x86_64-linux.tar.bz2
$ ls gcc-arm-none-eabi-10-2020-q4-major
arm-none-eabi ?bin ?lib ?share
### export?編譯環境變量
$ export ARCH=arm
$ export CROSS_COMPILE=~/workdir/toolchain/gcc-arm-none-eabi-10-2020-q4-major/bin/arm-none-eabi-
$ export PATH=$PATH:~/workdir/toolchain/gcc-arm-none-eabi-10-2020-q4-major/bin
###?測試toolchain
$ arm-none-eabi-gcc --version
arm-none-eabi-gcc (GNU Arm Embedded Toolchain 10-2020-q4-major) 10.2.1 20201103 (release)
Copyright (C) 2020 Free Software Foundation, Inc.
This is free software; see the source for copying conditions. ?There is NO
warranty; not even for MERCHANTABILITY or FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE.
./?SCFW編譯
----------------------------------
$ cd?~/workdir/build-scfw/packages/imx-scfw-porting-kit-1.7.3/src/scfw_export_mx8qm_b0
$ make clean;make SOC=MX8QM B=apalis D=0 DL=0 R=b0 U=0 V=0 qm
Generating platform/board/mx8qm_apalis/dcd/imx8_ramid1_dcd_1.6GHz.h
......
Linking build_mx8qm_b0/scfw_tcm.elf ....
Objcopy build_mx8qm_b0/scfw_tcm.bin ....
done.
###?關于編譯的相關選項含義，可以通過help查看，比如D配置debug選項，U配置SCU調試UART
$ make help
Usage: make TARGET OPTIONS
Targets:
help ??????????: display help text
clean ?????????: remove all build files
??dxl ????????????: build for i.MX8DXL die, output in build_mx8dxl
??qm ????????????: build for i.MX8QM die, output in build_mx8qm
??......
Options:
V=0 ???????????: quite output (default)
V=1 ???????????: verbose output
D=0 ???????????: configure for no debug
D=1 ???????????: configure for debug (default)
DL=<level> ????: configure debug level (0-5)
B=<board> ?????: configure board (default=val)
U=<uart> ??????: configure debug UART (default=0)
DDR_CON=<file> : specify DDR config file
R=<srev> ??????: silicon revision (default=A0)
M=0 ???????????: no debug monitor (default)
M=1 ???????????: include debug monitor
LTO=0 ?????????: build without link-time optimization (default)
LTO=1 ?????????: build with link-time optimization
T=<test> ??????: run tests rather than boot next core
----------------------------------
./?編譯好生成的SCFW固件位于如下位置，后面打包Boot Container Image會需要
----------------------------------
$ ls build_mx8qm_b0/scfw_tcm.bin
----------------------------------
當然，如果你無需修改Toradex SCFW的默認配置，也可以從下面github上面直接下載Toradex編譯好的SCFW binary固件文件mx8qm-apalis-scfw-tcm.bin后重命名為scfw_tcm.bin
----------------------------------
$ wget https://github.com/toradex/i.MX-System-Controller-Firmware/blob/master/src/scfw_export_mx8qm_b0/build_mx8qm_b0/mx8qm-apalis-scfw-tcm.bin
$ mv?mx8qm-apalis-scfw-tcm.bin?scfw_tcm.bin
----------------------------------
d).?編譯ATF
./?獲取ATF源代碼
-------------------------------
$ cd ~/workdir
$?git clone git://git.toradex.com/imx-atf.git -b?toradex_imx_5.4.70_2.3.0
-------------------------------
./?參考這里說明配置編譯toolchain，因為ATF運行與Cortex-A核心，因此和上面SCFW不同，需要使用GCC ARM針對Coretx-A核心的GNU-A toolchain，為了和Ycoto編譯版本Dunfell對應，這里使用了9.2 aarch64 64bit版本。另外，請注意因為使用編譯器和上述SCFW編譯不同，因此要開一個新的Terminal窗口進行配合和后續編譯。
-------------------------------
$ cd ~/workdir/toolchain/
###?解壓下載的toolchain壓縮包
$ tar xvf gcc-arm-9.2-2019.12-x86_64-aarch64-none-linux-gnu.tar.xz
$ ls gcc-arm-9.2-2019.12-x86_64-aarch64-none-linux-gnu
9.2-2019.12-x86_64-aarch64-none-linux-gnu-manifest.txt ?bin ?????lib ???libexec
aarch64-none-linux-gnu ?????????????????????????????????include ?lib64 ?share
### export?編譯環境變量
$ export ARCH=arm
$ export CROSS_COMPILE=aarch64-none-linux-gnu-
$ export PATH=$PATH:~/workdir/toolchain/gcc-arm-9.2-2019.12-x86_64-aarch64-none-linux-gnu/bin
###?測試toolchain
$ aarch64-none-linux-gnu-gcc --version
aarch64-none-linux-gnu-gcc (GNU Toolchain for the A-profile Architecture 9.2-2019.12 (arm-9.10)) 9.2.1 20191025
Copyright ? 2019 Free Software Foundation, Inc.
......
-------------------------------
./?編譯ATF
-------------------------------
$ cd ~/workdir/imx-atf
$ make PLAT=imx8qm bl31
??CC ?????plat/imx/imx8qm/imx8qm_bl31_setup.c
......
??LD ?????build/imx8qm/release/bl31/bl31.elf
??BIN ????build/imx8qm/release/bl31.bin
Built build/imx8qm/release/bl31.bin successfully
??OD ?????build/imx8qm/release/bl31/bl31.dump
###?編譯出?bl31.bin?再后續組裝Boot Container Image中會需要
$ ls build/imx8qm/release/bl31.bin
build/imx8qm/release/bl31.bin
-------------------------------
e).?U-boot編譯
./?參考這里說明進行U-boot源代碼下載以及編譯，這個就是比較常規的bootloader修改編譯過程了，針對iMX8/iMX8X平臺，如果只是需要修改U-boot（SCFW不做修改）的話也需要參考本文流程重新組裝Boot Container Image文件后再進行部署。
./?下載對應BSP版本U-boot源代碼
-------------------------------
$ cd ~/workdir
$?git clone -b toradex_imx_v2020.04_5.4.70_2.3.0 git://git.toradex.cn/u-boot-toradex.git
-------------------------------
./?編譯toolchain及上一章節編譯ATF同樣toolchain配置，這里不再贅述。
./?編譯，生成u-boot.bin用于后續Boot Container Image組裝
-------------------------------
$ cd ~/workdir/u-boot-toradex
$ make apalis-imx8_defconfig
$?make -j$(nproc) 2>&1 | tee build.log
$ ls u-boot.bin
u-boot.bin
-------------------------------
f).?Boot Container Image組裝
./?首先下載?imx-mkimage?工具
-------------------------------
$ cd ~/workdir/
$ git clone -b imx_5.4.70_2.3.0 https://source.codeaurora.org/external/imx/imx-mkimage/
-------------------------------
./?將上述章節準備好的SECO、SCFW、ATF、U-boot binary文件復制到imx-mkimage對應目錄
-------------------------------
$ cd ~/workdir/imx-mkimage/
$ cp ~/workdir/imx-seco-3.8.1/firmware/seco/mx8qmb0-ahab-container.img?iMX8QM
$ cp?~/workdir/build-scfw/../build_mx8qm_b0/scfw_tcm.bin iMX8QM
$ cp ~/workdir/imx-atf/build/imx8qm/release/bl31.bin iMX8QM
$ cp ~/workdir/u-boot-toradex/u-boot.bin iMX8QM
-------------------------------
./?組裝Boot Container Image，最終生成?flash.bin?文件
-------------------------------
$ make SOC=iMX8QM flash_b0
$ ls iMX8QM/flash.bin
iMX8QM/flash.bin
-------------------------------
5).?部署測試
a).?從這里下載Toradex Ycoto Linux BSP Multimedia Image Quarterly 5.2.0+build.7版本，默認image通過Toradex Easy Installer安裝后啟動通過調試串口可以看到目前的SCFW Commit ID
-------------------------------
U-Boot 2020.04-5.2.0-devel+git.76fd4496a40b (Apr 07 2021 - 07:35:42 +0000)
CPU: ??NXP i.MX8QM RevB A53 at 1200 MHz
DRAM: ?4 GiB
MMC: ??FSL_SDHC: 0, FSL_SDHC: 1, FSL_SDHC: 2
Loading Environment from MMC... OK
In: ???serial
Out: ??serial
Err: ??serial
Model: Toradex Apalis iMX8 QuadMax 4GB Wi-Fi / BT IT V1.1B, Serial# 06738378
?BuildInfo:
??- SCFW?0d54291f, SECO-FW d63fdb21, IMX-MKIMAGE 8947fea3, ATF 7f1187b
??- U-Boot 2020.04-5.2.0-devel+git.76fd4496a40b
-------------------------------
b).?用上述章節4生成的?flash.bin文件替換掉剛才下載的BSP 5.2.0 image壓縮包里面的imx-boot文件
-------------------------------
$ cd ~/workdir/
$ tar xvf Apalis-iMX8_Reference-Multimedia-Image-Tezi_5.2.0+build.7.tar
$ cd Apalis-iMX8_Reference-Multimedia-Image-Tezi_5.2.0+build.7/
$ rm imx-boot
$ cp?imx-mkimage/iMX8QM/flash.bin?imx-boot
-------------------------------
c).?將上述修改后的image重新通過Toradex Easy Installer更新到Apalis iMX8模塊后，啟動查看SCFW Commit ID是否和之前SCFW編譯章節查看到的Commit一致，如一致說明編譯部署成功。
-------------------------------
U-Boot 2020.04-06904-g7f3416a28c (Jul 05 2021 - 15:43:42 +0800)
CPU: ??NXP i.MX8QM RevB A53 at 1200 MHz
DRAM: ?4 GiB
MMC: ??FSL_SDHC: 0, FSL_SDHC: 1, FSL_SDHC: 2
Loading Environment from MMC... OK
In: ???serial
Out: ??serial
Err: ??serial
Model: Toradex Apalis iMX8 QuadMax 4GB Wi-Fi / BT IT V1.1B, Serial# 06738378
?BuildInfo:
??- SCFW?bc122ee1, SECO-FW d63fdb21, IMX-MKIMAGE 8947fea3, ATF
??- U-Boot 2020.04-06904-g7f3416a28c
-------------------------------
6).?總結
本文基于NXP iMX8嵌入式平臺簡單介紹了NXP iMX8/iMX8X新一代iMX處理器的啟動流程，以及SCFW、ATF、U-boot的編譯和Boot Container Image的組裝供參考，而NXP另外一個iMX8M Mini/Plus系列是不包含SCU的，但是還是需要一個包含DDR timing、ATF、SPL、U-boot等的Boot Container Image，詳細編譯可以參考這里說明。
參考文獻
https://www.nxp.com.cn/docs/en/application-note/AN13275.pdf
https://developer.toradex.com/knowledge-base/build-custom-imx-88x-system-controller-firmware-scfw
https://developer.toradex.cn/knowledge-base/build-u-boot-and-linux-kernel-from-source-code
總結
以上是生活随笔為你收集整理的NXP iMX8 SCFW和Boot Container Image编译的全部內容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。
- 上一篇： 海南凤凰机场智能通信解决方案
- 下一篇： kendo 服务端排序