В данном руководстве рассматриваются вопросы установки и настройки загрузчика U-Boot и ОС Linux (на примере ArchLinux ARM) на плату Orange Pi One (процессор (SoC) AllWinner H3).

Редакция январь, 2019 г.

Для сборки загрузчика, ядра и ПО Linux необходима установка набора инструментов (toolchain). Рекомендуется использовать последнюю версию linaro toolchain, на данный момент https://releases.linaro.org/components/toolchain/binaries/7.4-2019.02/arm-linux-gnueabihf/gcc-linaro-7.4.1-2019.02-x86_64_arm-linux-gnueabihf.tar.xz Распаковываем архив, например, в каталог /opt/. Далее можно поставить символьную ссылку, чтобы корневой путь toolchain был удобным:

ln -s gcc-linaro-7.4.1-2019.02-x86_64_arm-linux-gnueabihf /opt/gcc-linaro

Примечание: данная сборка имеет множество повторяющихся файлов. Данный скрипт освободит 137 Мбайт. Запускать из каталога gcc-linaro.

cd bin

rm arm-linux-gnueabihf-c++
ln -s arm-linux-gnueabihf-g++ arm-linux-gnueabihf-c++
rm arm-linux-gnueabihf-gcc
ln -s arm-linux-gnueabihf-gcc-6.3.1 arm-linux-gnueabihf-gcc
rm arm-linux-gnueabihf-ld
ln -s arm-linux-gnueabihf-ld.bfd arm-linux-gnueabihf-ld

cd ..

cd arm-linux-gnueabihf

rm -r lib
ln -s libc/lib lib

rm bin/*
for t in ar as ld ld.bfd ld.gold nm objcopy objdump ranlib readelf strip
do
ln -s ../../bin/arm-linux-gnueabihf-$t bin/$t
done

rm libc/usr/libexec/getconf/*
for t in POSIX_V6_ILP32_OFF32 POSIX_V6_ILP32_OFFBIG POSIX_V7_ILP32_OFF32 POSIX_V7_ILP32_OFFBIG  XBS5_ILP32_OFF32 XBS5_ILP32_OFFBIG
do
ln -s ../../bin/getconf libc/usr/libexec/getconf/$t
done

cd ..

cd share/man/man1
rm arm-linux-gnueabihf-g++.1
ln -s arm-linux-gnueabihf-gcc.1 arm-linux-gnueabihf-g++.1

Затем настраиваем окружение, в котором далее будет выполняться сборка загрузчика U-Boot и ядра:

export ARCH=arm
export CROSS_COMPILE=arm-linux-gnueabihf-
export PATH=/opt/gcc-linaro/bin:$PATH

После этого в командах make уже не нужно указывать архитектуру и тип кросс-компиляции.

Для сборки образа загрузчика также могут понадобиться пакеты bison, flex, python-devel.

Предлагается разметка SD-карты на основе GPT с отдельными разделами для ядра, rootfs, программ и данных пользователя. Учитывая требования SoC, начало таблицы разделов GPT необходимо перенести далее 1024 сектора. В данном руководстве рассматривается вариант разметки с началом таблицы разделов на секторе 2048. Запись MBR и заголовок GPT находятся стандартно в секторах 0-1.

Области 5 и 6 желательно обнулять перед установкой U-Boot. Границы областей 5 и 6 определяются настройками U-Boot (команда make menuconfig): Environment → Environment Offset (значение 0x88000) и Environment → Environment Size (значение 0x20000).

Для установки и настройки GPT рекомендуется утилита gdisk версии 1.0.3 или более поздней из пакета gptfdisk. Особенностью установки является задание расположения самой таблицы разделов с сектора 2048:

• нажать x (режим эксперта)
• нажать j (установить начало таблицы).

Ниже приведен пример разметки SD-карты (номинальная ёмкость 8 Гбайт). Последний раздел DATA может иметь любой приемлемый размер.

Для разделов 1,2,3,4 и 6 создать файловую систему EXT2:

mkfs.ext2 -L BOOT1 /dev/sde1
mkfs.ext2 -L BOOT2 /dev/sde2
mkfs.ext2 -L ROOTFS1 /dev/sde3
mkfs.ext2 -L ROOTFS2 /dev/sde4
mkfs.ext2 -L USER /dev/sde6

Для разделов 5 и 7 создать файловую систему EXT4:

mkfs.ext4 -L HOME /dev/sde5
mkfs.ext4 -L DATA /dev/sde7

Во всех примерах предполагается, что SD-карта в хост-системе видна как /dev/sde. Также для удобства дальнейшего использования указаны метки разделов.

1. http://linux-sunxi.org/Bootable_SD_card

Скачать исходный код загрузчика с ftp://ftp.denx.de/pub/u-boot/. В данном примере использована версия 2019-01.

Загружаем базовую конфигурацию для данной платы:

make orangepi_one_defconfig

Выполняем тонкую настройку U-Boot:

make menuconfig

В меню выбрать Environment —> Environment in an MMC device. Отменить File systems —> Enable FAT filesystem write support, а также поддержку записи для всех остальных файловых систем. Сохранить конфигурацию (файл .config).

Собираем загрузчик:

make -j4 all

После успешной сборки в корневом каталоге исходников будет сам загрузчик u-boot-sunxi-with-spl.bin.

Устанавливаем SPL и загрузчик на SD-карту $DEV, но перед этим обнуляем область под U-Boot и его данные:

DEV=/dev/sde
dd if=/dev/zero of=$DEV seek=80 count=1344
dd if=u-boot/u-boot-sunxi-with-spl.bin of=$DEV seek=16
sync

Вставляем SD-карту в плату Orange Pi One и через UART смотрим вывод загрузчика. Прерываем процесс автозагрузки ОС нажатие любой клавиши в терминале при получении сообщения

Hit any key to stop autoboot:

При первой загрузке может вылезти сообщение

*** Warning - bad CRC, using default environment

— это нормально для первой загрузки.

Далее в командной строке выполняем команды дальнейшей настройки автозагрузки:

setenv bootargs console=ttyS0,115200 root=/dev/mmcblk0p3 rootwait rw panic=2
setenv bootcmd 'load mmc 0:1 ${kernel_addr_r} /zImage; load mmc 0:1 ${fdt_addr_r} /dtbs/${fdtfile}; bootz ${kernel_addr_r} - ${fdt_addr_r}'
saveenv
reset

Установка и настройка U-Boot теперь завершена. Ядро будет стартовать с первого раздела, а rootfs будет находиться на третьем разделе mmc0.

U-Boot SPL 2019.01 (Jan 31 2019 - 14:37:05 +0300)
DRAM: 512 MiB
Trying to boot from MMC1


U-Boot 2019.01 (Jan 31 2019 - 14:37:05 +0300) Allwinner Technology

CPU:   Allwinner H3 (SUN8I 1680)
Model: Xunlong Orange Pi One
DRAM:  512 MiB
MMC:   SUNXI SD/MMC: 0
Loading Environment from MMC... OK
In:    serial
Out:   serial
Err:   serial
Net:   phy interface0
eth0: ethernet@1c30000
starting USB...
USB0:   USB EHCI 1.00
USB1:   USB OHCI 1.0
USB2:   USB EHCI 1.00
USB3:   USB OHCI 1.0
scanning bus 0 for devices... 1 USB Device(s) found
scanning bus 2 for devices... 1 USB Device(s) found
       scanning usb for storage devices... 0 Storage Device(s) found
Hit any key to stop autoboot:  0 

Если что-то не заработало, то начинаем поэтапно разбираться.

Пример пошагового запуска приведен ниже. Значения всех используемых переменных можно вывести через команду printenv varname или echo ${varname}.

=> load mmc 0:3 ${kernel_addr_r} /boot/zImage
4067176 bytes read in 189 ms (20.5 MiB/s)
=> echo ${fdt_addr_r}
0x43000000
=> echo ${fdtfile}
sun8i-h3-orangepi-one.dtb
=> load mmc 0:3 ${fdt_addr_r} /boot/dtbs/${fdtfile}
20112 bytes read in 11 ms (1.7 MiB/s)

wget http://archlinuxarm.org/os/ArchLinuxARM-armv7-latest.tar.gz

Now mount the SD Card ext4 partition and extract the official image inside: (The following commands may require root privileges!)

mkdir ArchARM
mount /dev/sdX1 ArchARM
bsdtar -zxvf ArchLinuxARM-armv7-latest.tar.gz -C ArchARM
sync

You should now have a folder called linux with the kernel in it and another one called ArchARM mounted on the SD card partition 1. (Rename the kernel folder accordingly)

Используем Mainline версию ядра с GIT-репозитория sunxi-next:

git clone git://github.com/linux-sunxi/linux-sunxi.git -b sunxi-next --depth=20

Для сборки самой последней версии (на данный момент 5.0.0) параметр –depth достаточно установить в 1. Если необходимо переключиться, например, на версию 4.20.0, то скачивать надо минимум с –depth=20. Для перехода на иную версию, делаем checkout, например, для версии 4.20.0:

git checkout 8fe28cb58bcb235034b64cbbb7550a8a43fd88be

Далее все действия выполняются в корневом каталоге исходного кода linux-sunxi.

В выбранной версии ядра (4.20.0) не заработал framebuffer. Опытным путем установлено следующее решение проблемы:

1. Закомментировать или удалить вообще в файле arch/arm/boot/dts/sunxi-h3-h5.dtsi секцию chosen, в которой описаны устройства framebuffer-hdmi и framebuffer-tve.
2. Добавить описание simplefb_hdmi в файл arch/arm/boot/dts/sun8i-h3.dtsi. Для этого наложить патч, который добавляет framebuffer в device tree для H3 (http://orangepi.pp.ua/index.php/topic,406.15.html?PHPSESSID=32008a926e97c20dd94bbaa03a46789d).

Патч, адаптированный для linux-sunxi-next 4.20.0 можно сразу взять здесь: sun8i-h3-simplefb.patch.gz. Далее:

patch -p1 < sun8i-h3-simplefb.patch

Включаем встроенные в SoC UART1 и UART2 при необходимости (аналогично с UART3). Для этого в файле arch/arm/boot/dts/sun8i-h3-orangepi-one.dts в секциях настройки &uart1 и &uart2 исправляем status с disabled на okay:

&uart1 {
	pinctrl-names = "default";
	pinctrl-0 = <&uart1_pins>;
	status = "okay";
};

&uart2 {
	pinctrl-names = "default";
	pinctrl-0 = <&uart2_pins>;
	status = "okay";
};

После загрузки системы данные порты будут видны как /dev/ttyS1 и /dev/ttyS2 соответственно. Порт UART0 /dev/ttyS0 - консоль управления, выводы которой (GND,TX,RX) выведены на плате отдельно около разъема RJ-45. Расположение выводов UART1 и UART2 см. на схеме ниже. Описание конкретных выводов для портов указано в файле arch/arm/boot/dts/sunxi-h3-h5.dtsi, который должен помочь на случай необходимости использования RTS/CTS.

Выбираем базовый конфигурационный файл для сборки ядра:

make sunxi_defconfig

Для более тонкой настройки запускаем конфигурацию через меню:

make menuconfig

Отключаем поддержку initramfs:

1. General setup —> Initial RAM filesystem and RAM disk (initramfs/initrd) support убираем.

Выбираем поддержку framebuffer:

1. Device Drivers —> Graphics support —> Frame buffer Devices, отмечаем Support for frame buffer devices,
2. здесь же выбираем Simple framebuffer support.
3. Device Drivers —> Graphics support —> Console display driver support, отмечаем Framebuffer Console support.

Включаем поддержку DE2 CCU clock driver (опция CONFIG_SUN8I_DE2_CCU):

1. Device Drivers —> Common Clock Framework —> Support for the Allwinner SoCs DE2 CCU.

Отключаем поддержку других SoC:

1. System type —> Allwinner SoCs —> оставить только Allwinner sun8i Family SoCs support.
2. Device Drivers —> Graphics support —> убрать DRM Support for Allwinner A10 Display Engine.

Включаем поддержку USB-периферии в меню Device Drivers —> USB support:

[*] OTG support
<M> USB Modem (CDC ACM) support
<*> USB Mass Storage support
<*> USB Serial Converter support --->
  [*] USB Serial Console device support
  [*] USB Generic Serial Driver
  <M> USB Serial Simple Driver
  <M> USB Belkin and Peracom Single Port Serial Driver
  <M> USB Winchiphead CH341 Single Port Serial Driver
  <M> USB CP210x family of UART Bridge Controllers
  <M> USB FTDI Single Port Serial Driver
  <M> USB Prolific 2303 Single Port Serial Driver
  <M> USB driver for GSM and CDMA modems

Далее для включения драйвера framebuffer в аргументах ядра (см. параметр U-Boot bootcmd) нужно будет указать console=tty1.

И, наконец, можно установить строку, добавляемую в версию ядра - General setup —> Local version. Начать строку лучше со знака «-». Чтобы в конце не добавлялся «+», нужно создать в корневом каталоге сборки пустой файл .scmversion:

touch .scmversion

Собственно компиляция:

make -j4 zImage dtbs modules
make INSTALL_MOD_PATH=output modules_install
make INSTALL_MOD_PATH=output firmware_install
make INSTALL_MOD_PATH=output headers_install INSTALL_HDR_PATH=output/usr

Замечание:

1. Опцию make -j4 установить в зависимости от числа ядер ЦПУ хост-машины.
2. Команда make INSTALL_MOD_PATH=output firmware_install скорее всего не понадобится.

Как было сказано выше, ядро устанавливаем в отдельный раздел (BOOT1):

BOOTDIR=/run/media/user/BOOT1
ROOTDIR=/run/media/user/ROOTFS1
#Cleaning up
rm -r $BOOTDIR/zImage
rm $BOOTDIR/dtbs/*
 
#Copying
cp -R linux/arch/arm/boot/zImage $BOOTDIR/
cp -R linux/arch/arm/boot/dts/sun8i-h3*.dtb $BOOTDIR/dtbs/
cp -R linux/output/lib/ $ROOTDIR/usr/
cp -R linux/output/usr/ $ROOTDIR/

CPU Core frequency adjusting in U-Boot

Run make menuconfig:

  Boot Images —> CPU Clock frequency

Default should be 1080 (Mhz); I lowered it to 816 Mhz

Voltage Regulator SY8113B patch

The following enables the On-Board Voltage regulator which can switch the Core voltage between 1.1V and 1.3V (Should NEVER exceed 1.5V)

Patch here: https://patchwork.kernel.org/patch/9198383/ download and save as patch.diff in linux/arch/arm/boot/dts. Then run:

patch < patch.diff

Check that our SY8113B is working by checking the 1V2C voltage point on the PCB (near the main processor). It should read 1.1V for frequencies ⇐ 816 Mhz

Be aware that as of right now no CPU scaling is implemented in the mainline kernel, so the U-boot clock speed is used instead.

GPIO C Library

This works: https://github.com/zhaolei/WiringOP | gpio readall to list GPIO Layout. | No PWM support

My Kernel Config (archlinuxarm-linux-v7 based): Download

Thanks to tekdoc.

Удаление ядра ArchLinux и прошивок. После удаления нужно заново скопировать на SD-карту ядро zImage и файлы /boot/dtbs/*.

pacman -R linux-armv7 linux-firmware mkinitcpio mkinitcpio-busybox

Удаление оставшихся файлов:

rm -R /usr/lib/firmware/

Удаление ненужных локалей:

pacman -S localepurge

Закомментировать в /etc/locale.nopurge NEEDSCONFIGFIRST, затем:

localepurge

Установить пакет sunxi-tools.

Включение и выключение светодиода «Status» (от рута):

sunxi-pio -m PA15=1
sunxi-pio -m PA15=0

• sunxi: video: Add video driver for H3 SoC (https://patchwork.ozlabs.org/patch/705339/)
• Видео в U-Boot (https://forum.armbian.com/index.php?/topic/2864-h2h3h5a64-disp2-u-boot-video-driver/&page=4)
• http://orangepi.pp.ua/index.php/topic,406.15.html?PHPSESSID=32008a926e97c20dd94bbaa03a46789d
• https://wiki.alpinelinux.org/wiki/DIY_Fully_working_Alpine_Linux_for_Allwinner_and_Other_ARM_SOCs
• http://www.orangepi.org/orangepibbsen/forum.php?mod=viewthread&tid=845&extra=page%3D1
• Building u-boot, script.bin and linux-kernel (http://www.orangepi.org/Docs/Building.html)
• http://www.orangepi.org/orangepione/
• http://linux-sunxi.org/H3
• https://linux-sunxi.org/Xunlong_Orange_Pi_One
• http://linux-sunxi.org/Mainline_Kernel_Howto
• http://linux-sunxi.org/Display
• https://wiki.archlinux.org/index.php/Orange_Pi