OrangePi-3B 系列笔记：

编译环境

主板: OrangePi-3b
芯片: RK3566
环境: Debian(12-x86_64) + Docker(Debian:12)

启动流程

通俗理解

要研究 U-Boot，就不得不学习一下芯片是如何启动的。

玩过单片机的朋友都知道，单片机中基本是一个芯片内置了 CPU、MEM、FLASH，单片机的内置引导程序能够直接让 CPU 调用 MEM 和 FLASH，用户只需要将程序写入 FLASH 就能开始运行。

但是类似 RK3566 这一类芯片则不同，它们更像是PC的CPU，芯片内除了 CPU 之外只有一些额外的控制器，不能给芯片本身下载程序；需要搭配外设才能运行，最主要的有 DRAM 和 eMMC 下挂的各种存储设备；比如 OrangePi-3b 则是外挂了一个 DDR4 内存，存储则是支持 SDCard、eMMC、NVME 等设备，使用的使用用户程序则是存放在这些存储设备中。

和单片机相比，RK3566 运行指令存在于外扩的各种存储设备中，这些设备不是 XIP 设备，访问它们需要经过 eMMC 控制器，并且将其指令复制到 DRAM 中再运行；同时外扩的 DRAM 规格也各不相同，芯片难以在内嵌固件中初始化这些设备；现代芯片还需要支持芯片级的加密支持，这些任务组合在一起很难由片内固件和 SRAM 来完成（也有可能是兼容之前的方案故意为之，毕竟之前由于工艺和成本的原因，很难在片内集成大容量的 FLASH 和 SRAM）。

XIP：eXecute In Place，即芯片内执行，指应用程序可以直接在 FLASH 闪存内运行，不必再把代码读到系统 DRAM 中。FLASH 内执行是指 NOR FLASH 不需要初始化，可以直接读取 FLASH 中的指令。

因此，目前主流的方案基本都是采用二段式加载方式启动 U-Boot：

1. BootROM
2. Pre-Loader
3. U-Boot
4. Kernel
5. ...

这里的二段式启动指的是芯片固件 BootROM 不会直接加载 U-Boot，而是存在一个 Pre-Loader。

通常 Pre-Loader 又细分为 TPL/SPL (Tiny Program Loader/Secondary Program Loader)，分别用来初始化 DRAM 和加载 U-Boot。

相应的启动过程如下：

BootROM
这是内嵌在芯片的固件，芯片出厂时已经固化，它在芯片上电时首先被执行；它的任务主要是寻找并执行存储设备设备中的 TPL（通常是 FLASH，但也能从 eMMC 下面的存储设备中加载，换句话说 BootROM 也能初始化 eMMC）；这个阶段芯片使用片内自带 SRAM 作为内存运行，SRAM 速度极快但成本极高，容量普遍只有几百 KB；同时也反映了为什么会分为两次加载，因为此时没有初始化 DRAM，只有几百 KB 大小的 SRAM，没法完整加载 U-Boot 程序；
Pre-Loader
Pre-Loader 由 BootROM 从存储设备中加载至 SRAM 执行，其中 TPL 负责初始化 DRAM，然后跳到 SPL 继续执行（过程中会跳回 BootROM），并寻找储存设备中合适的 U-Boot 并拷贝到 DRAM，最后执行 DRAM 中的 U-Boot；
U-Boot
U-Boot 被 SPL 复制到内存并开始执行，它首先完成一次自身重定位，然后就是加载设备树并驱动更多的外设，最后就是加载并执行 Kernel 和 RootFS 了；另外支持 TEE 的设备在这个阶段还会完成 TEE 环境的初始化；
Kernel
Kernel 可以看做是操作系统的入口了;

流程示意图如下:

BootROM --> TPL --> BootROM(Back) --> SPL--> U-Boot --> Kernel --> ...

由于 TPL/SPL 通常的表现为一个 Pre-Loader 产物/模块，所以可以简化一下流程：

BootROM --> Pre-Loader --> U-Boot --> Kernel --> ...

ARM Trusted Firmware (TF-A/ATF)

RK3566 是一颗基于 ARMv8 的芯片，它还需要支持 ARM Trusted Firmware (TF-A/ATF)；启动过程按照 ATF 功能划分为：

Boot stage	Exception level	Description
BL1	EL3	Boot ROM firmware NOTE: BL1 is embedded in hardware (Boot ROM + PBL commands)
BL2	EL3	Platform initialization firmware
BL31	EL3	Resident runtime firmware
BL32	EL1S	[Optional] Trusted operating system. For example, OP-TEE
BL33	EL2	Normal world bootloader. For example, U-Boot, UEFI

它们直接的启动关系如图：

Boot ROM (BL1)
- 当 CPU 从重置中释放出来时，硬件执行 PBL 命令，将用于平台初始化的 BL2 二进制文件复制到 SRAM，然后通过 PBI 命令跳转到 BL2 处执行。
- 在成功执行 PBI 命令后，Boot ROM 将控制传递给 EL3 的 BL2 映像。
BL2
- BL2 初始化 DRAM，配置 TZASC。
- BL2 在验证 BL31、BL32 和 BL33 镜像后加载到DDR内存中。
- 完成组件镜像验证后，BL2 将执行控制权传递给名为 BL31 的 EL3 运行时固件映像。
BL31
- 在 EL3 处设置异常向量表。
- 配置安全相关设置(TZPC)。
- 为引导加载程序和操作系统提供服务，例如控制核心电源状态和使其他核心退出重置。
- [可选]如果存在 BL32 镜像，则将执行控制权传递给可信操作系统(OP-TEE)镜像 BL32。
BL32
- [可选]初始化后，BL32 将控制权返回给 BL31。
BL31
- 将执行控制传递给引导加载程序 U-Boot/UEFI, BL33 在 EL2。
BL33
- 加载并启动内核和其他固件映像(如果有的话)。

ARMv7 和 ARMv8 启动存在明显差异：

https://docs.nxp.com/bundle/GUID-C3A436DA-E944-4F73-9811-2335DEBD04D6/page/GUID-9280C0B6-CE8D-411D-905C-F97483AAE047.html

瑞芯微的实现

瑞芯微采用的方案和上述基本一致，以下是瑞芯微的说明文档：

+--------+----------------+----------+-------------+---------+
| Boot   | Terminology #1 | Actual   | Rockchip    | Image   |
| stage  |                | program  |  Image      | Location|
| number |                | name     |   Name      | (sector)|
+--------+----------------+----------+-------------+---------+
| 1      |  Primary       | ROM code | BootRom     |         |
|        |  Program       |          |             |         |
|        |  Loader        |          |             |         |
|        |                |          |             |         |
| 2      |  Secondary     | U-Boot   |idbloader.img| 0x40    | pre-loader
|        |  Program       | TPL/SPL  |             |         |
|        |  Loader (SPL)  |          |             |         |
|        |                |          |             |         |
| 3      |  -             | U-Boot   | u-boot.itb  | 0x4000  | including u-boot and atf
|        |                |          | uboot.img   |         | only used with miniloader
|        |                |          |             |         |
|        |                | ATF/TEE  | trust.img   | 0x6000  | only used with miniloader
|        |                |          |             |         |
| 4      |  -             | kernel   | boot.img    | 0x8000  |
|        |                |          |             |         |
| 5      |  -             | rootfs   | rootfs.img  | 0x40000 |
+--------+----------------+----------+-------------+---------+

瑞芯微根据 Pre-Loader（idbloader.img） 的开源与否规划了两种启动路线：

MiniLoader：
瑞芯微对 TPL/SPL 方案闭源的实现，效果和分工与 TPL/SPL 类似：ddr.bin 负责初始化 DRAM，miniloader 是一个类似 U-Boot 的引导程序；不同的是 miniloader 需要一个独立的分区来存储 TEE 的程序；
U-Boot(TPL/SPL)：
U-Boot 是一个通用引导程序，其中有 TPL/SPL 的开源实现；瑞芯微开源的 U-Boot 是基于公版 U-Boot 修改而来；

构建

OrangePi-3B 支持的正经官方 U-Boot 有三个：

香橙派
板子供应商，根据上游瑞芯微 U-Boot 的修改版，对板子有良好的适配；
瑞芯微
芯片供应商，使用 Mainline 的 2017.x 版本改写的 U-Boot，增加了对 rk3566 芯片的深度支持。
Mainline
主线 U-Boot，瑞芯微会不定时向主线合入对芯片的适配代码。支持度一般，但版本不受限制。

瑞芯微提供的 MiniLoader 不是成品镜像需要手动构建，但过程比较简单。

另外三种开源 U-Boot 构建类似，瑞芯微 和 香橙派 提供了构建脚本，以下内容以主线 U-Boot 为主。

瑞芯微 MiniLoader（MiniLoaderAll.bin + trust.img）

瑞芯微 MiniLoader 是一个包含 TPL、SPL、ATF 和 TEE 的组件包，全套都是闭源的。用它们来引导 U-Boot 可以获得原厂性能。

其他的 U-Boot 编译时也会或多或少引用这个库下面的闭源二进制镜像。

克隆代码

cd ~/projects/
git clone https://github.com/rockchip-linux/rkbin.git -b master

启动容器

docker run -ti --rm --privileged -v ~/projects/:/projects/ linux-build bash -l

关于镜像 linux-build 的内容请参考之前的笔记，其中已经安装构建所需要的软件包。

合成闭源的 `Pre-Loader`

Pre-Loader 也叫做 MiniLoaderAll.bin。

cd /projects/rkbin/
./tools/boot_merger ./RKBOOT/RK3566MINIALL.ini

合成闭源的 `trust.img`

cd /projects/rkbin/
./tools/trust_merger ./RKTRUST/RK3568TRUST.ini

生成产物

rk356x_spl_loader_v1.21.113.bin
Loader 镜像，即 MiniLoaderAll.bin，烧录到 Loader 或 idbloader 分区使用。
trust.img
搭配 MiniLoaderAll.bin 使用的可信执行环境固件镜像，烧录到 trust 分区使用。

香橙派 U-Boot

克隆代码

cd ~/projects/
git clone https://github.com/rockchip-linux/rkbin.git -b master
git clone https://github.com/orangepi-xunlong/u-boot-orangepi.git -b v2017.09-rk3588 u-boot_orangepi

香橙派的 U-Boot 是基于的瑞芯微 U-Boot 改进而来, 需要引用 rkbin 的闭源镜像生成 idbloader;

启动容器

docker run -ti --rm --privileged -v ~/projects/:/projects/ linux-build bash -l

关于镜像 linux-build 的内容请参考之前的笔记，其中已经安装构建所需要的软件包。

启动编译

cd /projects/u-boot_orangepi/
./make.sh CROSS_COMPILE=aarch64-linux-gnu- orangepi-3b-rk3566

香橙派 U-Boot 基于瑞芯微开源的 U-Boot 中 2017.09 分支的代码，搭配的工具链版本不能太新（11.x 还能编译，切到 13.x 编译失败）；

构建产物

u-boot_orangepi/rk356x_spl_loader_v1.18.112.bin
Loader 镜像，即 MiniLoaderAll.bin，烧录到 Loader 或 idbloader 分区使用。
u-boot_orangepi/uboot.img
U-Boot 镜像，烧录到 uboot 分区使用；

瑞芯微 U-Boot

克隆代码

cd ~/projects/
git clone https://github.com/rockchip-linux/rkbin.git -b master
git clone https://github.com/rockchip-linux/u-boot.git -b next-dev u-boot_rockchip

瑞芯微 U-Boot 需要引用 rkbin 的闭源镜像生成 idbloader;

启动容器

docker run -ti --rm --privileged -v ~/projects/:/projects/ linux-build bash -l

关于镜像 linux-build 的内容请参考之前的笔记，其中已经安装构建所需要的软件包。

启动编译

cd /projects/u-boot_rockchip/
./make.sh CROSS_COMPILE=aarch64-linux-gnu- rk3566

瑞芯微的 U-Boot 基于主线 2017.09 分支的代码，搭配的工具链版本不能太新（11.x 还能编译，切到 13.x 编译失败）；

构建产物

u-boot_rockchip/rk356x_spl_loader_v1.18.112.bin
Loader 镜像，即 MiniLoaderAll.bin，烧录到 Loader 或 idbloader 分区使用。
u-boot_rockchip/uboot.img
U-Boot 镜像，烧录到 uboot 分区使用；

主线 U-Boot

主线 U-Boot 默认配置构建时，需要依赖 ATF 和 OPTEE-OS。如果忽略依赖直接按照正常方式直接编译，会报如下错误：

Image 'simple-bin' is missing external blobs and is non-functional: rockchip-tpl atf-bl31

/binman/simple-bin/mkimage/rockchip-tpl (rockchip-tpl):
   An external TPL is required to initialize DRAM. Get the external TPL
   binary and build with ROCKCHIP_TPL=/path/to/ddr.bin. One possible source
   for the external TPL binary is https://github.com/rockchip-linux/rkbin.

/binman/simple-bin/fit/images/@atf-SEQ/atf-bl31 (atf-bl31):
   See the documentation for your board. You may need to build ARM Trusted
   Firmware and build with BL31=/path/to/bl31.bin

Image 'simple-bin' is missing optional external blobs but is still functional: tee-os

/binman/simple-bin/fit/images/@tee-SEQ/tee-os (tee-os):
   See the documentation for your board. You may need to build Open Portable
   Trusted Execution Environment (OP-TEE) and build with TEE=/path/to/tee.bin

Some images are invalid
make: *** [Makefile:1124: .binman_stamp] Error 103

对于 RK3566/RK3568 芯片，主线 U-Boot 附带的开源组件只包含了 SPL；TPL 需要使用闭源的 Rockchip-TPL 固件；

BL31 即 ATF(ARM Trusted Firmware)，目前只能使用瑞芯微闭源的 BL31 固件。

BL32 即 TEE(Trusted Execute Environment)，基于 TrustZone 技术搭建的安全执行环境；目前只能使用闭源的 BL31 固件，开源版本有 OPTEE-OS，但目前不支持。

ATF 是一组开源固件和引导加载程序，用于启动 ARM 架构设备。它负责引导设备，初始化硬件，启动 OPTEE-OS 以及其他运行时环境，如操作系统。

OPTEE-OS 提供了 TEE 的操作系统和运行时环境。它是一个用于构建安全应用程序和服务的软件栈。

OPTEE-OS 和 ATF 协同工作，用于实现设备的安全引导和可信执行环境。ATF 负责设备的初始化和引导，然后将控制权传递给 OPTEE-OS，从而确保 TEE 的安全性和可信性。这两个项目是嵌入式系统中安全和可信计算的关键组件。

截止2024年1月，ATF 和 OPTEE-OS 均没有对 RK35XX 系列芯片提供支持。笔者试过强行使用现有代码，最终还是失败了！本文会贴一下这两个组件的编译方法，但如无必要无需尝试。

克隆代码

cd ~/projects/
git clone https://github.com/rockchip-linux/rkbin.git -b master
git clone https://github.com/u-boot/u-boot.git -b master

主线 U-Boot 需要引用 rkbin 的闭源镜像生成 idbloader；

启动容器

docker run -ti --rm --privileged -v ~/projects/:/projects/ linux-build bash -l

关于镜像 linux-build 的内容请参考之前的笔记，其中已经安装构建所需要的软件包。

驱动有线网卡

使用 evb-rk3568 设备树不能正确驱动 orangepi-3b 的有线网卡，这里拷贝一份并修改一下:

diff --git a/arch/arm/dts/rk3568-evb.dts b/arch/arm/dts/rk3568-orangepi-3b.dts
index 674792567f..6f5e599979 100644
--- a/arch/arm/dts/rk3568-evb.dts
+++ b/arch/arm/dts/rk3568-evb.dts
@@ -206,13 +206,13 @@
        assigned-clock-rates = <0>, <125000000>;
        clock_in_out = "output";
        phy-handle = <&rgmii_phy1>;
-       phy-mode = "rgmii-id";
+       phy-mode = "rgmii";
        pinctrl-names = "default";
-       pinctrl-0 = <&gmac1m1_miim
-                    &gmac1m1_tx_bus2
-                    &gmac1m1_rx_bus2
-                    &gmac1m1_rgmii_clk
-                    &gmac1m1_rgmii_bus>;
+       pinctrl-0 = <&gmac1m0_miim
+                    &gmac1m0_tx_bus2
+                    &gmac1m0_rx_bus2
+                    &gmac1m0_rgmii_clk
+                    &gmac1m0_rgmii_bus>;
        status = "okay";
 };

@@ -525,7 +525,7 @@
                reg = <0x0>;
                reset-assert-us = <20000>;
                reset-deassert-us = <100000>;
-               reset-gpios = <&gpio2 RK_PD1 GPIO_ACTIVE_LOW>;
+               reset-gpios = <&gpio3 RK_PC2 GPIO_ACTIVE_LOW>;
        };
 };

arch/arm/dts/rk3568-orangepi-3b.dts 为拷贝并修改后的设备树文件。

板子集成的 YT8531 的物理网卡芯片，YT8531 和 RTL8211 可以片对片替换。

新建 `U-Boot` 配置文件

上一步骤增加了 arch/arm/dts/rk3568-orangepi-3b.dts 设备树文件，接下来新建一份属于 orangepi-3b 的编译配置文件。专业名称叫“本地化”。

CONFIG_ARM=y
CONFIG_SKIP_LOWLEVEL_INIT=y
CONFIG_COUNTER_FREQUENCY=24000000
CONFIG_ARCH_ROCKCHIP=y
CONFIG_TEXT_BASE=0x00a00000
CONFIG_SPL_LIBCOMMON_SUPPORT=y
CONFIG_SPL_LIBGENERIC_SUPPORT=y
CONFIG_NR_DRAM_BANKS=2
CONFIG_HAS_CUSTOM_SYS_INIT_SP_ADDR=y
CONFIG_CUSTOM_SYS_INIT_SP_ADDR=0xc00000
CONFIG_DEFAULT_DEVICE_TREE="rk3566-orangepi-3b"
CONFIG_ROCKCHIP_RK3568=y
CONFIG_SPL_ROCKCHIP_COMMON_BOARD=y
CONFIG_SPL_SERIAL=y
CONFIG_SPL_STACK_R_ADDR=0x600000
CONFIG_SPL_STACK=0x400000
CONFIG_DEBUG_UART_BASE=0xFE660000
CONFIG_DEBUG_UART_CLOCK=24000000
CONFIG_SYS_LOAD_ADDR=0xc00800
CONFIG_DEBUG_UART=y
CONFIG_FIT=y
CONFIG_FIT_VERBOSE=y
CONFIG_SPL_FIT_SIGNATURE=y
CONFIG_SPL_LOAD_FIT=y
CONFIG_LEGACY_IMAGE_FORMAT=y
CONFIG_DEFAULT_FDT_FILE="rockchip/rk3566-orangepi-3b.dtb"
# CONFIG_DISPLAY_CPUINFO is not set
CONFIG_DISPLAY_BOARDINFO_LATE=y
CONFIG_SPL_MAX_SIZE=0x40000
CONFIG_SPL_PAD_TO=0x7f8000
CONFIG_SPL_HAS_BSS_LINKER_SECTION=y
CONFIG_SPL_BSS_START_ADDR=0x4000000
CONFIG_SPL_BSS_MAX_SIZE=0x4000
# CONFIG_SPL_RAW_IMAGE_SUPPORT is not set
# CONFIG_SPL_SHARES_INIT_SP_ADDR is not set
CONFIG_SPL_STACK_R=y
CONFIG_SPL_ATF=y
CONFIG_CMD_GPIO=y
CONFIG_CMD_GPT=y
CONFIG_CMD_I2C=y
CONFIG_CMD_MMC=y
# CONFIG_CMD_SETEXPR is not set
CONFIG_CMD_PMIC=y
CONFIG_CMD_REGULATOR=y
# CONFIG_SPL_DOS_PARTITION is not set
CONFIG_SPL_OF_CONTROL=y
CONFIG_OF_LIVE=y
CONFIG_OF_SPL_REMOVE_PROPS="pinctrl-0 pinctrl-names clock-names interrupt-parent assigned-clocks assigned-clock-rates assigned-clock-parents"
CONFIG_SPL_DM_SEQ_ALIAS=y
CONFIG_SPL_REGMAP=y
CONFIG_SPL_SYSCON=y
CONFIG_SPL_CLK=y
CONFIG_ROCKCHIP_GPIO=y
CONFIG_SYS_I2C_ROCKCHIP=y
CONFIG_MISC=y
CONFIG_SUPPORT_EMMC_RPMB=y
CONFIG_MMC_DW=y
CONFIG_MMC_DW_ROCKCHIP=y
CONFIG_MMC_SDHCI=y
CONFIG_MMC_SDHCI_SDMA=y
CONFIG_MMC_SDHCI_ROCKCHIP=y
CONFIG_PHY_REALTEK=y
CONFIG_DWC_ETH_QOS=y
CONFIG_DWC_ETH_QOS_ROCKCHIP=y
CONFIG_DM_PMIC=y
CONFIG_PMIC_RK8XX=y
CONFIG_REGULATOR_RK8XX=y
CONFIG_PWM_ROCKCHIP=y
CONFIG_SPL_RAM=y
CONFIG_BAUDRATE=1500000
CONFIG_DEBUG_UART_SHIFT=2
CONFIG_SYS_NS16550_MEM32=y
CONFIG_SYSRESET=y
CONFIG_ERRNO_STR=y

# 命令大全
CONFIG_CMD_2048=y
CONFIG_CMD_ABOOTIMG=y
CONFIG_CMD_ADC=y
CONFIG_CMD_ADTIMG=y
CONFIG_CMD_AES=y
CONFIG_CMD_BCB=y
CONFIG_CMD_BDINFO_EXTRA=y
CONFIG_CMD_BINOP=y
CONFIG_CMD_BOOTM=y
CONFIG_CMD_BOOTDEV=y
CONFIG_CMD_BOOTEFI_HELLO=y
CONFIG_CMD_BOOTEFI_HELLO_COMPILE=y
CONFIG_CMD_BOOTFLOW_FULL=y
CONFIG_CMD_BOOTMENU=y
CONFIG_CMD_BOOTMETH=y
CONFIG_CMD_CAT=y
CONFIG_CMD_DFU=y
CONFIG_CMD_EEPROM=y
CONFIG_CMD_ERASEENV=y
CONFIG_CMD_EROFS=y
CONFIG_CMD_ETHSW=y
CONFIG_CMD_EVENT=y
CONFIG_CMD_FLASH=y
CONFIG_CMD_FASTBOOT=y
CONFIG_CMD_LSBLK=y
CONFIG_CMD_PWM=y
CONFIG_CMD_MBR=y
CONFIG_CMD_INI=y
CONFIG_CMD_LED=y
CONFIG_CMD_MD5SUM=y
CONFIG_CMD_MEMINFO=y
CONFIG_CMD_MEM_SEARCH=y
CONFIG_CMD_MISC=y
CONFIG_CMD_NFS=y
CONFIG_CMD_NVME=y
CONFIG_CMD_PCAP=y
CONFIG_CMD_READ=y
CONFIG_CMD_SDRAM=y
CONFIG_CMD_SHA1SUM=y
CONFIG_CMD_SPI=y
CONFIG_CMD_STRINGS=y
CONFIG_CMD_TFTPPUT=y
CONFIG_CMD_TFTPSRV=y
CONFIG_CMD_USB=y
CONFIG_CMD_USB_MASS_STORAGE=y
CONFIG_CMD_WOL=y
CONFIG_CMD_WRITE=y
# 自定义功能
CONFIG_ARM64=y
CONFIG_BOOTSTD_FULL=y
CONFIG_DFU_MMC=y
CONFIG_DFU_RAM=y
CONFIG_ENV_IS_IN_MMC=y
CONFIG_LED=y
CONFIG_NVME=y
# USB
CONFIG_USB=y
CONFIG_USB_STORAGE=y
CONFIG_USB_GADGET=y
CONFIG_USB_GADGET_MANUFACTURER="Rockchip"
CONFIG_USB_GADGET_VENDOR_NUM=0x18d1
CONFIG_USB_GADGET_PRODUCT_NUM=0xd00d
CONFIG_USB_GADGET_DOWNLOAD=y
CONFIG_USB_FUNCTION_FASTBOOT=y
CONFIG_DM_USB_GADGET=y
# USB 1.1
CONFIG_USB_UHCI_HCD=y
CONFIG_USB_OHCI_HCD=y
CONFIG_USB_OHCI_GENERIC=y
# USB 2.0
CONFIG_USB_DWC2=y
CONFIG_USB_EHCI_HCD=y
CONFIG_USB_EHCI_GENERIC=y
# USB 3.0
CONFIG_USB_DWC3=y
CONFIG_USB_DWC3_GADGET=y
CONFIG_USB_DWC3_GENERIC=y
CONFIG_USB_XHCI_HCD=y
CONFIG_USB_XHCI_DWC3=y
# FASTBOOT
CONFIG_ANDROID_BOOT_IMAGE=y
CONFIG_FASTBOOT=y
CONFIG_FASTBOOT_FLASH=y
CONFIG_FASTBOOT_CMD_OEM_FORMAT=y
CONFIG_FASTBOOT_BUF_ADDR=0x00A00000
CONFIG_FASTBOOT_BUF_SIZE=0x0A000000
# 自定义启动命令
CONFIG_BOOTDELAY=0
CONFIG_USE_BOOTARGS=y
CONFIG_BOOTARGS=""
CONFIG_USE_BOOTCOMMAND=y
CONFIG_BOOTCOMMAND="bootflow scan -b"

configs/orangepi_3b_defconfig 为拷贝 evb-rk3568_defconfig 并修改后的编译配置文件。

编译 `U-Boot`

cd /projects/u-boot/

# 清除缓存[可选]
rm -rf build
make O=build clean
make O=build mrproper
make O=build distclean

# 应用配置
make CROSS_COMPILE=aarch64-linux-gnu- O=build orangepi_3b_defconfig
# 图形化配置
make CROSS_COMPILE=aarch64-linux-gnu- O=build menuconfig

# 编译
make \
  CROSS_COMPILE=aarch64-linux-gnu- \
  ROCKCHIP_TPL=../rkbin/bin/rk35/rk3566_ddr_1056MHz_v1.21.bin \
  BL31=../rkbin/bin/rk35/rk3568_bl31_v1.44.elf \
  TEE= \
  O=build -j8

主线 U-Boot 代码可以使用最新的工具链编译。

主线 U-Boot 没有提交 RK3566 的默认配置，使用 RK3568 配置代替。

使用 make 的 O=build 参数重定向的编译输出产物的目录为 build。

ROCKCHIP_TPL 这个必须使用 rkbin 的闭源固件。

BL31 也只能使用 rkbin 的闭源固件，用 PX30 平台编译的 BL31 固件无法启动 U-Boot。

TEE(BL32) 请一定留空！之前实验的时候强行使用 PX30 编译的固件 ../optee_os/out/arm-plat-rockchip/core/tee.elf，虽然 U-Boot 启动不报错，但引导内核动不动就卡死，足足坑我一个月的时间，各种怀疑人生！（我也试过传入瑞芯微闭源的 ../rkbin/bin/rk35/rk3568_bl32_v2.10.bin，但是编译系统需要传入 elf 格式的文件。最终答案就是目前没有一个 BL32 能用）

为什么怀疑内核启动不了可能是由于错误的 TEE 导致的？因为我发现官方的镜像 U-Boot 启动的时候也没有 TEEOS（SPL 加载 BL32 报错失败）。

编译产物

u-boot/build/idbloader.img
Pre-Loader 镜像，烧录到 idbloader 分区使用；
u-boot/build/u-boot.img
U-Boot 镜像，烧录到 uboot 分区使用，不加载 ATF，网卡会用不了；
u-boot/build/u-boot.itb
U-Boot 镜像，烧录到 uboot 分区使用，各项功能正常（当然是没有 TEE 的）；

针对 `OrangePi 3B` 的改动记录

https://github.com/lx0758/u-boot/commits/orangepi-3b/

编译 `ATF` & `OPTEE-OS`

实测 RK3566 无法使用仅做记录，如无必要无需尝试。

克隆代码

cd ~/projects/
git clone https://github.com/ARM-software/arm-trusted-firmware.git -b master
git clone https://github.com/OP-TEE/optee_os.git -b master

启动容器

docker run -ti --rm -v ~/projects/:/projects/ linux-build bash

关于镜像 linux-build 的内容请参考之前的笔记，其中已经安装构建所需要的软件包。

编译

# 编译 ATF
cd /projects/arm-trusted-firmware/
make clean
make realclean
make CROSS_COMPILE=aarch64-linux-gnu- PLAT=px30

# 编译 OPTEE-OS
cd /projects/optee_os/
rm -rf out
make clean
make \
  CROSS_COMPILE32=arm-linux-gnueabi- \
  CROSS_COMPILE64=aarch64-linux-gnu- \
  PLATFORM=rockchip-px30 \
  CFG_ARM64_core=y

ATF 和 OPTEE-OS 都还不支持 RK3566，所以使用 PX30 作为演示。

编译产物

arm-trusted-firmware/build/px30/release/bl31/bl31.elf
ATF 固件；
optee_os/out/arm-plat-rockchip/core/tee.elf & /optee_os/out/arm-plat-rockchip/core/tee.bin
OPTEE-OS 固件；

烧写镜像

烧写工具

RKDevTool 是瑞芯微在 Windows 下的芯片烧写工具，和芯片内置的 MaskROM Mode 搭配实现裸机烧写。

分区表

目前只是研究 U-Boot，根据瑞芯微的 Wiki文档 - 启动模式和 Wiki文档 - 分区结构说明的扇区指导，自建了一个分区表文件，借助 RKDevTool 可以进行分区表写入。

文件 parameter.txt 内容如下：

FIRMWARE_VER: 1.0
MACHINE_MODEL: orangepi-3b
MACHINE_ID: 007
MANUFACTURER: rockchip
MAGIC: 0x5041524B
ATAG: 0x00200800
MACHINE: rk3566_r
CHECK_MASK: 0x80
PWR_HLD: 0,0,A,0,1
TYPE: GPT
CMDLINE:mtdparts=rk29xxnand:0x00003FC0@0x00000040(idbloader),0x00004000@0x00004000(uboot),0x00002000@0x00008000(trust),0x00036000@0x0000A000(boot),-@0x00040000(rootfs:grow)

idbloader
用于存放前级引导 ddr/miniloader 或 TPL/SPL 的区块
uboot
用于存放 U-Boot 的区块
trust
用于存放 trust.img 的区块（仅 miniloader 方式需要）
boot
用于存放 Kernel 的分区
rootfs
用于存放 RootFS 的分区

使用 RKDevTool 写入分区表只需要使用一个地址指向 0x00000000 名为 parameter 的条目，路径指向 parameter.txt 然后执行即可。

注意文件中分区的地址和尺寸指的都是扇区，每个扇区是 512Byte 大小。

烧写配置

#	□	地址	名字	路径
1	□	0x00000000	Loader	MiniLoaderAll.bin
2	□	0x00000000	parameter	parameter.txt
3	□	0x00000040	idbloader	idbloader.img
4	□	0x00004000	uboot	uboot.img/u-boot.itb
5	□	0x00008000	trust	trust.img
6	□	0x0000A000	boot
7	□	0x00040000	rootfs

注意存储位置，老版本的 RKDevTool 没有 存储 那一列，则需要先在 高级功能 中切换为对应的存储器；操作之前需要先下载 Loader；

事实上 MiniLoaderAll.bin 直接刷入 idbloader 分区也是可以正常工作的；

Loader 和 idbloader 不能同时刷入同一个存储设备, idbloader 会被 Loader 覆盖；

调试

如果需要经常调试 Kernel 或 RootFS，可以使用 U-Boot 加载并启动 NFS 中的 Kernel 和 RootFS

# 挂载 NFS 为 ROOTFS
setenv bootargs "earlycon console=ttyS2,1500000n8 root=/dev/nfs ro nfsroot=192.168.8.13:/home/liux/projects/buildfs/rootfs/,vers=4 ip=dhcp rootwait"
# 通过 NFS 加载 Kernel
setenv ipaddr 192.168.8.21
nfs 0x4000000 192.168.8.13:/home/liux/projects/buildfs/rootfs/boot/Image.gz
nfs 0x2000000 192.168.8.13:/home/liux/projects/buildfs/rootfs/boot/initramfs.img
nfs 0x1000000 192.168.8.13:/home/liux/projects/buildfs/rootfs/boot/dts/rockchip/rk3566-orangepi-3b.dtb
booti 0x4000000 0x2000000 0x1000000

U-Boot 的 NFS 协议只能支持 2，为了兼容给 NFS 服务器的 3 协议关了。但是 Kernel 使用 NFS 的默认协议是 3，这里强制指定为 4。

使用 `U-Boot` 加载并启动 `USB` 设备中的 `Kernel` 和 `RootFS`

# 挂载 U盘 为 ROOTFS
setenv bootargs "earlycon console=ttyS2,1500000n8 root=/dev/sda1 rw rootfstype=ext4 rootwait"
# 通过 U盘 加载 Kernel
usb start
load usb 0:1 0x4000000 /boot/Image.gz
load usb 0:1 0x2000000 /boot/initramfs.img
load usb 0:1 0x1000000 /boot/dts/rockchip/rk3566-orangepi-3b.dtb
booti 0x4000000 0x2000000 0x1000000;

使用 `U-Boot` 加载并启动 `MMC` 设备中的 `Kernel` 和 `RootFS`

# 挂载 MMC 为 ROOTFS
setenv bootargs "earlycon console=ttyS2,1500000n8 root=/dev/mmcblk0p1 rw rootfstype=ext4 rootwait"
# 通过 MMC 加载 Kernel
load mmc 0:1 0x4000000 /boot/Image.gz
load mmc 0:1 0x2000000 /boot/initramfs.img
load mmc 0:1 0x1000000 /boot/dts/rockchip/rk3566-orangepi-3b.dtb
booti 0x4000000 0x2000000 0x1000000

编译环境

启动流程

通俗理解

ARM Trusted Firmware (TF-A/ATF)

瑞芯微的实现

构建

瑞芯微 MiniLoader（MiniLoaderAll.bin + trust.img）

克隆代码

启动容器

合成闭源的 Pre-Loader

合成闭源的 trust.img

生成产物

香橙派 U-Boot

克隆代码

启动容器

启动编译

构建产物

瑞芯微 U-Boot

克隆代码

启动容器

启动编译

构建产物

主线 U-Boot

克隆代码

启动容器

驱动有线网卡

新建 U-Boot 配置文件

编译 U-Boot

编译产物

针对 OrangePi 3B 的改动记录

编译 ATF & OPTEE-OS

克隆代码

启动容器

编译

编译产物

烧写镜像

烧写工具

分区表

烧写配置

调试

使用 U-Boot 加载并启动 USB 设备中的 Kernel 和 RootFS

使用 U-Boot 加载并启动 MMC 设备中的 Kernel 和 RootFS

合成闭源的 `Pre-Loader`

合成闭源的 `trust.img`

新建 `U-Boot` 配置文件

编译 `U-Boot`

针对 `OrangePi 3B` 的改动记录

编译 `ATF` & `OPTEE-OS`

使用 `U-Boot` 加载并启动 `USB` 设备中的 `Kernel` 和 `RootFS`

使用 `U-Boot` 加载并启动 `MMC` 设备中的 `Kernel` 和 `RootFS`