手把手教你用主线Uboot+主线Linux点亮荔枝派Zero（全志V3s），从编译到烧录完整流程

心梓

主线Uboot与Linux内核在荔枝派Zero上的实践指南

荔枝派Zero作为一款基于全志V3s芯片的轻量级开发板，凭借其丰富的接口和适中的性能，在嵌入式开发领域广受欢迎。与官方提供的Camdriod SDK相比，采用主线Uboot和Linux内核的方案能够获得更现代的驱动支持、更活跃的社区维护以及更灵活的系统配置方式。本文将详细介绍从零开始构建完整系统的每个步骤，帮助开发者避开常见陷阱，快速实现开发板启动。

1. 开发环境准备

在开始编译之前，我们需要搭建一个稳定高效的交叉编译环境。全志V3s采用ARM Cortex-A7架构，这意味着我们需要针对ARM架构的工具链来编译我们的系统组件。

推荐使用Ubuntu 20.04 LTS作为开发主机系统，因为它提供了良好的软件包支持和稳定性。首先安装必要的依赖项：

bash复制sudo apt update
sudo apt install -y gcc-arm-linux-gnueabihf build-essential bison flex \
libssl-dev u-boot-tools device-tree-compiler bc swig python3-dev \
git make gcc g++ cpio unzip rsync

对于工具链的选择，Linaro提供的GCC工具链是一个可靠的选择：

bash复制wget https://releases.linaro.org/components/toolchain/binaries/7.5-2019.12/arm-linux-gnueabihf/gcc-linaro-7.5.0-2019.12-x86_64_arm-linux-gnueabihf.tar.xz
tar xvf gcc-linaro-7.5.0-2019.12-x86_64_arm-linux-gnueabihf.tar.xz
export CROSS_COMPILE=$(pwd)/gcc-linaro-7.5.0-2019.12-x86_64_arm-linux-gnueabihf/bin/arm-linux-gnueabihf-

提示：将工具链路径添加到.bashrc文件中可以避免每次打开新终端都需要重新设置环境变量

验证工具链是否安装成功：

bash复制${CROSS_COMPILE}gcc --version

如果一切正常，这将输出ARM架构的GCC版本信息。至此，我们的基础编译环境已经准备就绪。

2. 获取并编译主线Uboot

主线Uboot为荔枝派Zero提供了最新的硬件支持和功能特性。我们将从Lichee Pi维护的仓库获取适配V3s的Uboot版本。

首先克隆Uboot仓库：

bash复制git clone https://github.com/Lichee-Pi/u-boot.git -b v3s-current
cd u-boot

配置Uboot以适配荔枝派Zero：

bash复制make ARCH=arm licheepi_zero_defconfig

编译Uboot镜像：

bash复制make ARCH=arm menuconfig  # 可选，用于自定义配置
make ARCH=arm

编译完成后，我们将在u-boot目录下获得几个关键文件：

u-boot-sunxi-with-spl.bin：包含SPL和Uboot主程序的完整镜像
.config：当前的配置信息
spl/sunxi-spl.bin：第一阶段引导加载程序

为了确保Uboot能够正确初始化硬件，我们需要为荔枝派Zero准备一个合适的启动脚本。创建一个名为boot.cmd的文件：

bash复制setenv bootargs console=ttyS0,115200 earlyprintk root=/dev/mmcblk0p2 rootwait panic=10
load mmc 0:1 0x41800000 zImage
load mmc 0:1 0x43000000 sun8i-v3s-licheepi-zero-dock.dtb
bootz 0x41800000 - 0x43000000

然后将其编译为Uboot可识别的格式：

bash复制mkimage -C none -A arm -T script -d boot.cmd boot.scr

这个启动脚本将在后续步骤中与内核镜像一起放入启动分区。

3. 编译主线Linux内核

主线Linux内核为V3s提供了设备树(DTS)支持，相比传统的fex配置方式更加灵活和现代化。我们将使用Lichee Pi维护的Linux内核分支。

获取内核源代码：

bash复制git clone https://github.com/Lichee-Pi/linux.git -b zero-5.2.y
cd linux

配置内核选项：

bash复制make ARCH=arm licheepi_zero_defconfig
make ARCH=arm menuconfig

在menuconfig界面中，确保以下选项已启用：

Device Drivers > Character devices > Serial drivers > SUNXI UART
Device Drivers > Network device support > Ethernet PHY (Realtek PHYs)
Device Drivers > USB support > USB Gadget Support
File systems > The extended 4 (ext4) filesystem

开始编译内核和设备树：

bash复制make ARCH=arm -j$(nproc) zImage dtbs modules

编译完成后，关键文件位于：

arch/arm/boot/zImage：压缩的内核镜像
arch/arm/boot/dts/sun8i-v3s-licheepi-zero-dock.dtb：设备树二进制文件

为了减少根文件系统的大小，我们可以将模块安装到一个临时目录中：

bash复制make ARCH=arm INSTALL_MOD_PATH=../modules modules_install

4. 构建根文件系统

根文件系统包含了Linux运行所需的所有基础程序和库。我们将使用Buildroot来构建一个轻量级的根文件系统。

首先获取Buildroot源代码：

bash复制git clone https://git.buildroot.net/buildroot
cd buildroot

配置Buildroot：

bash复制make menuconfig

在配置界面中，需要设置以下关键选项：

Target options > Target Architecture = ARM (little endian)
Target options > Target Architecture Variant = cortex-A7
Toolchain > Toolchain type = External toolchain
Toolchain > Toolchain = Custom toolchain
Toolchain > Toolchain path = 指向之前解压的Linaro工具链
System configuration > Root filesystem overlay directories = 添加自定义配置目录
Target packages > 根据需要选择软件包

保存配置后开始构建：

bash复制make

构建完成后，根文件系统镜像将位于output/images/rootfs.tar。我们可以将其解压到SD卡的第二个分区：

bash复制tar xvf output/images/rootfs.tar -C /mnt/rootfs

5. 准备SD卡并烧录系统

现在我们已经准备好了所有组件，接下来需要将它们烧录到SD卡中。建议使用至少4GB的SD卡。

首先插入SD卡并确定设备名称（通常是/dev/sdX）：

bash复制lsblk

使用fdisk对SD卡进行分区：

bash复制sudo fdisk /dev/sdX

在fdisk交互界面中执行以下操作：

输入o创建新的空DOS分区表
输入n创建新分区，选择主分区，分区号1，起始扇区2048，大小16M
输入t，选择分区1，类型设为a2（表示启动分区）
输入n创建第二个主分区，使用剩余空间
输入w保存并退出

格式化分区：

bash复制sudo mkfs.vfat /dev/sdX1
sudo mkfs.ext4 /dev/sdX2

挂载分区并复制文件：

bash复制sudo mount /dev/sdX1 /mnt/boot
sudo mount /dev/sdX2 /mnt/rootfs

# 复制Uboot
sudo dd if=u-boot-sunxi-with-spl.bin of=/dev/sdX bs=1024 seek=8

# 复制内核和设备树
sudo cp arch/arm/boot/zImage /mnt/boot/
sudo cp arch/arm/boot/dts/sun8i-v3s-licheepi-zero-dock.dtb /mnt/boot/
sudo cp boot.scr /mnt/boot/

# 复制根文件系统
sudo tar xvf output/images/rootfs.tar -C /mnt/rootfs
sudo cp -r ../modules/lib /mnt/rootfs/

最后，卸载分区并安全移除SD卡：

bash复制sudo umount /mnt/boot /mnt/rootfs
sync

6. 系统启动与调试

将准备好的SD卡插入荔枝派Zero，连接串口调试工具（通常使用CP2102等USB转TTL模块），然后上电启动。串口配置应为115200波特率，8数据位，无校验，1停止位。

在启动过程中，你可以在串口终端中看到Uboot和Linux的启动信息。如果系统启动成功，你将看到登录提示。默认情况下，Buildroot创建的用户名为root，无密码。

常见问题及解决方案：

Uboot无法加载内核：
- 检查SD卡分区是否正确，启动分区是否为FAT32格式
- 确认zImage和设备树文件已正确复制到启动分区
- 验证boot.scr是否存在且内容正确
内核panic或无法挂载根文件系统：
- 检查根文件系统分区是否为ext4格式
- 确认内核命令行参数中的root=参数是否正确指向SD卡的第二分区
- 验证设备树是否正确匹配硬件版本
网络接口无法工作：
- 检查内核配置中是否启用了正确的以太网PHY驱动
- 确认设备树中网络相关配置正确

通过串口终端，你可以执行各种系统管理任务，如配置网络、安装额外软件包或调试硬件接口。例如，配置以太网接口：

bash复制ifconfig eth0 192.168.1.100 netmask 255.255.255.0 up
route add default gw 192.168.1.1

7. 系统优化与定制

系统成功启动后，我们可以进行一些优化和定制工作，以提升使用体验或适应特定应用场景。

内核优化：

重新配置内核，移除不需要的驱动和功能可以显著减小内核大小并提升启动速度：

bash复制cd linux
make ARCH=arm menuconfig

建议移除的选项包括：

不需要的文件系统支持
不使用的网络协议
无关的硬件驱动

根文件系统精简：

Buildroot允许我们进一步精简根文件系统：

bash复制cd buildroot
make menuconfig

在配置中可以考虑：

移除不需要的语言环境
选择更小的init系统（如busybox init）
禁用不需要的系统工具

启动加速：

通过以下措施可以优化启动时间：

在内核命令行中添加quiet参数减少控制台输出
使用init=/sbin/init指定最小init进程
禁用不需要的系统服务

应用开发环境：

如果需要开发应用程序，可以在Buildroot中启用开发工具：

bash复制make menuconfig

然后选择：

Target packages > Development tools
Target packages > Interpreters > Python
Target packages > Libraries > Graphics

最后重新构建根文件系统：

bash复制make

8. 硬件接口使用示例

荔枝派Zero提供了丰富的硬件接口，下面展示几个常用接口的配置和使用方法。

GPIO控制：

Linux系统通过sysfs接口提供GPIO访问。首先需要在设备树中启用所需GPIO，然后可以通过以下方式控制：

bash复制# 导出GPIO
echo 38 > /sys/class/gpio/export  # PB2对应GPIO38
echo out > /sys/class/gpio/gpio38/direction

# 设置高低电平
echo 1 > /sys/class/gpio/gpio38/value
echo 0 > /sys/class/gpio/gpio38/value

PWM控制：

V3s提供多个PWM通道，可用于控制LED亮度或电机速度：

bash复制# 启用PWM
echo 0 > /sys/class/pwm/pwmchip0/export
echo 1000000 > /sys/class/pwm/pwmchip0/pwm0/period
echo 500000 > /sys/class/pwm/pwmchip0/pwm0/duty_cycle
echo 1 > /sys/class/pwm/pwmchip0/pwm0/enable

I2C设备访问：

首先确保内核配置中启用了I2C支持，然后可以使用i2c-tools与设备通信：

bash复制# 安装工具
opkg update
opkg install i2c-tools

# 扫描I2C总线
i2cdetect -y 0

# 读取设备寄存器
i2cget -y 0 0x50 0x00

USB Gadget功能：

V3s支持USB OTG功能，可以配置为各种设备类型。例如，配置为以太网设备：

bash复制modprobe g_ether
ifconfig usb0 192.168.7.2 netmask 255.255.255.0 up

通过这些示例，开发者可以快速开始利用荔枝派Zero的硬件功能进行项目开发。根据具体应用需求，可以进一步探索SPI、UART、MIPI CSI等接口的使用方法。

已经到底了哦