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RISC-V ICE EVB 開發板 windows環境下燒寫更新開發板鏡像

2021-08-06

本文作者：泓銘

簡介

ICE EVB 是基於平頭哥 RISCV 架構的 C910 CPU 的 ICE 高性能 SoC 開發板。

ICE 是一款通用智能數字 SoC 芯片，主要集了一個雙核RISCV 64位 C910 處理器， 一個 GPU 和 DPU 單元。同時提供了高速接口以及通用外設接口，用於與主控設備間的數據和命令交互。

  • 內嵌平頭哥雙核 [email protected]
  • 支持 DDR4 up to 2400Mbps
  • 支持 GMAC 接口
  • 支持 GPU，支持 3D
  • 支持 RGB888 LCD 顯示，最大支持 1080P

1.png

開發板燒寫鏡像方式

ICE EVB 開發板可以使用 Linux、安卓系統，拿到的開發板出廠會燒寫默認系統，當要更新或更換系統的時候，就需要進行鏡像的燒寫。

燒寫開發板系統，大致分為以下三種情況：

  1. 板載系統正常，升級內核鏡像、rootfs 鏡像
  2. 板載系統正常，只更新內核、或更改設備樹配置
  3. 開發板無法啟動，燒寫 u-boot 鏡像

通常情況下，開發者只需要燒寫、更新內核和 rootfs 鏡像。從 eMMC 啟動的方式，u-boot 鏡像使用 eMMC 的 Boot Area Partition，一般情況不會被內核鏡像和文件系統的用戶數據破壞。

PC 環境準備

在 Windows 環境下燒寫鏡像、應用開發的時候，需要用到一些工具和依賴環境，推薦開發者使用 Windows 7 或 WIndows 10 環境開發。本文檔以 Windows 10 環境為例說明。

  • 下載、安裝通用工具
sudo pip install thead-tools

# 如果使用官方地址下載過慢，可使用國內清華鏡像源加速
sudo pip install -i https://pypi.tuna.tsinghua.edu.cn/simple thead-tools

通過 thead-tools 命令可以燒寫 u-boot 鏡像，通過命令 thead cct --help 查使用說明：

> thead cct --help
Usage: thead cct <uart|list|download> [param]

Options:
  -h, --help            show this help message and exit
  -u UART               CCT serial port device
  -f FILE
  -o OFFSET             Device start address
  -b BLOCK, --block=BLOCK
  -d DEVICE, --device=DEVICE
                        Device name
  -c, --compress
  -D, --debug           Enable debbug trace info


鏡像介紹

訪問 http://mirrors.aliyun.com/thead/images/riscv64-ice/ice_images.zip 下載最新鏡像並解壓到電腦上，如 D:\ 下：

2.png


需要用到的是如下四個文件：

  • ice_ck910_imgwriter_asci_v5.bin： CCT 燒寫 u-boot鏡像工具
  • u-boot-with-spl.bin： uboot 引導鏡像文件
  • boot.ext4： /boot 分區文件系統，ext4格式，包含 fw_jump.bin、uImage、hw.dtb
  • debian-rootfs.ext4： Debian 基礎根文件系統鏡像，ext4 格式
  • boot/： boot.ext4 鏡像中的文件，直接更新內核、dtb 時候可以使用

燒寫 boot 分區鏡像

1.按照如下系統連接圖連接好開發板：

3.png

2.串口終端工具配置

PuTTY是一款集成虛擬終端、系統控制檯和網絡文件傳輸為一體的自由及開放源代碼的程序，它支持多種網絡協議。

啟動 PuTTY，進行串口參數設置。

  • 按照實際電腦系統情況，在 Serial line 設置串口號，Speed 設為 115200。
  • 將 Flow control 設置為 None ，注意，此步驟一定要設置正確，否則會造成串口終端無法輸入。
  • 保存配置，下次啟動直接在Saved Sessions 中點擊相應配置即可連接。
  • 啟動 PuTTY 串口終端。

4.png

3.開發板開機後進入 u-boot，當 Console 串口出下提示時，按任鍵即可進行命令模式。

Warning: ethernet@3fffc0000 (eth0) using random MAC address - a6:7d:bc:02:7d:4d
eth0: ethernet@3fffc0000
Hit any key to stop autoboot:  3    <--- 出現此信息時按任意鍵進入u-boot

4.u-boot 環境配置

u-boot 配置命令列表如下（通過串口終端，在開發板上執行）：

# 恢復默認值
env default -a

# 配置 eMMC 分區
setenv uuid_rootfs "80a5a8e9-c744-491a-93c1-4f4194fd690b"
setenv partitions "name=table,size=2031KB"
setenv partitions "$partitions;name=boot,size=60MiB,type=boot"
setenv partitions "$partitions;name=root,size=-,type=linux,uuid=$uuid_rootfs"
gpt write mmc 0 $partitions

# 配置網絡
# !!!!!!!!!!!!!!!!!!!! 特別注意 !!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!
# 如果網絡中接入多塊 ICE-EVB 開發板，每塊開發板的 ethaddr 要唯一
setenv ethaddr 00:a0:a0:a0:a0:a1   # 如果網絡中接入多塊 ICE-EVB 開發板，ethaddr 要唯一
setenv ipaddr 192.168.1.100        # 開發板 IP 地址
setenv netmask 255.255.255.0
# ping 192.168.1.1                 # ping 主機的IP，可檢驗網絡是否正常
saveenv                            # 將配置保存到 eMMC, 下次啟動時無需再配置

# 開啟fastboot模式
fastboot udp

※ printenv： 可查看 u-boot 環境變量

5.燒寫 boot 分區

在電腦上使用 fastboot 命令完成鏡像燒寫，192.168.1.100 是開發板的運行 u-boot 時配置的 IP 地址，使用 fastboot 命令前確認電腦與開發板在同一個子網。

為方便操作，可將 fastboot.exe、AdbWinApi.dll 兩個文件拷貝到解壓後的 ice_images 目錄，啟動 windows 的 cmd 終端，如解壓到D盤，進入 D:\ice_images 目錄（下載目錄根據實際電腦目錄填寫）


cd D:\ice_images
fastboot.exe -s udp:192.168.1.100 flash boot boot.ext4

6.調整分區空間

重啟開發板進入系統，執行 resize2fs 命令調整分區空間：

cd /boot
resize2fs /dev/mmcblk1p2

# 調整後分區
root@thead-910:/boot# df -h
Filesystem      Size  Used Avail Use% Mounted on
...（省略）
/dev/mmcblk1p2   56M   14M   41M  25% /boot


燒寫 rootfs 分區鏡像

  • 1 ~ 4：與《燒寫 boot 分區鏡像》 一致。
  • 5.燒寫 rootfs 鏡像 ICE-EVB 開發板提供三種根文件系統鏡像，開發者可以根據自己的需要選擇下載：

解壓 gz 文件，可下載安裝開源數據壓縮程序 7-Zip，根據實際電腦情況下載 32位 (https://www.7-zip.org/a/7z1900.exe) 或 64位 (https://www.7-zip.org/a/7z1900-x64.exe) 版本。

選項一：燒寫基本系統鏡像
在下載的 ice_images 中默認提供 debian-rootfs.ext4 鏡像，使用 fastboot 命令燒寫：

 fastboot.exe -s udp:192.168.1.100 -S 5M flash root debian-rootfs.ext4

選項二：燒寫開發者鏡像
下載文件並解壓得到 debian-dev-rootfs.ext4 鏡像，再用 fastboot 命令燒寫：

fastboot.exe -s udp:192.168.1.100 -S 5M flash root debian-dev-rootfs.ext4

選項三：燒寫 xFce 桌面系統鏡像
下載文件並解壓得到 debian-desktop-rootfs.ext4 鏡像，再用 fastboot 命令燒寫：

fastboot.exe -s udp:192.168.1.100 -S 5M flash root debian-desktop-rootfs.ext4

  • 6.調整分區空間
    重啟開發板進入系統，執行 resize2fs 命令調整分區空間：
 resize2fs /dev/mmcblk1p3
 
 # 調整後分區
 root@thead-910:/boot# df -h
 Filesystem      Size  Used Avail Use% Mounted on
 /dev/root       3.6G  421M  3.0G  13% /
 ...（省略）

更新內核、dtb 配置

如果只更新內核、更改設備樹配置，可以直接對操作 /boot  下文件進行更新。

  • 確保開發板正確聯網，在開發板 Console 執行 ifconfig 查看開發板 IP 地址：
 root@thead-910:~# ifconfig
 eth0: flags=4163<UP,BROADCAST,RUNNING,MULTICAST>  mtu 1500
         inet 192.168.1.100  netmask 255.255.255.0  broadcast 192.168.1.1
         inet6 fe80::2a0:a0ff:fea0:a0a1  prefixlen 64  scopeid 0x20<link>
         ether 00:a0:a0:a0:a0:a1  txqueuelen 1000  (Ethernet)
         RX packets 48  bytes 12429 (12.1 KiB)
         RX errors 0  dropped 0  overruns 0  frame 0
         TX packets 50  bytes 7348 (7.1 KiB)
         TX errors 0  dropped 0 overruns 0  carrier 0  collisions 0
         device interrupt 7  base 0xa000
 
 lo: flags=73<UP,LOOPBACK,RUNNING>  mtu 65536
         inet 127.0.0.1  netmask 255.0.0.0
         inet6 ::1  prefixlen 128  scopeid 0x10<host>
         loop  txqueuelen 1000  (Local Loopback)
         RX packets 0  bytes 0 (0.0 B)
         RX errors 0  dropped 0  overruns 0  frame 0
         TX packets 0  bytes 0 (0.0 B)
         TX errors 0  dropped 0 overruns 0  carrier 0  collisions 0

※ 配置開發板 IP 地址，可執行 dhclient 自動獲取 IP 地址，或對  /etc/network/interfaces 進行配置。

  • 確保開發板上已經配置好登錄密碼或已經上傳公鑰
 # 更改密碼
 root@thead-910:~# passwd
 New password:
 Retype new password:
 passwd: password updated successfully

  • scp 上傳 uImage 文件，在 PC 上操作：
scp uImage [email protected]:/boot/.


注意： 如果上傳內核鏡像文件錯誤，會造成系統無法啟動，此時需要參考上面步驟，重新燒寫 boot 分區鏡像文件。

  • 更改設備樹 dtb 配置
 # 安裝 dtc 工具
 apt update
 apt install device-tree-compiler

 # 修改設備樹配置
 cd /boot
 dtc -I dtb -O dts hw.dtb > hw.dts
 # 使用 vi 或其他 editor 修改 hw.dts 配置
 # 修改後生成新的 dtb
 dtc -I dts -O dtb hw.dts > hw.dtb
 
 sync

  • 開發板重啟
 root@thead-910:~# sync
 root@thead-910:~# reboot

燒寫 u-boot 鏡像

當開發板上 u-boot 鏡像異常，造成無法啟動，俗稱“變磚”的時候，就需要通過串口，先將引導程序載入到內存，正常引導後，再將固件鏡像燒寫到 eMMC 上。通過使用CCT 工具或 python 環境下的 thead 命令可自動完成以上操作，將 u-boot 鏡像燒寫到 eMMC 的Boot Area Partition 分區。

按照如下CCT燒寫連接圖連接好開發板：

5.png

使用 CCT 工具燒寫 u-boot 鏡像

  • CCT 連接配置
    CCT 軟件運行界面如下圖所示，首先配置 CCT 的參數，其中：
    • Port 配置的是 CCT 燒寫串口：根據實際電腦情況設置相應串口 Port
    • Mem R.W Speed 是鏡像傳輸協議速度：使用默認值

6.png

  • 連接設備
    操作步驟：
    EVB 開發板上電 -> 確認勾選 always，點擊 Connect Device —> 按 EVB 開發板上 系統復位鍵 ，復位開發板，出現 "Connect device success." 即表示連接成功，進入下一步鏡像燒寫步驟

7.png

  • 配置燒寫目標參數連接成功之後，需要配置鏡像燒寫參數，配置方法如下圖所示：

9.png

    • Image Writer: 設置 ImageWriter 固件文件
    • Image File: 設置將要燒寫到 EVB 板的鏡像文件
    • Target Device: 鏡像燒寫的目標設備（常見選擇為“OutsideEmmcFlash-0”，意為 eMMC 的 boot0 區域）
    • Addr: 鏡像燒寫到存儲設備的偏移值。 （FYI，圖中文件名為示意文件名，具體視產品項目而定)

  • 燒寫 u-boot
    點擊用戶界面上的 "Download" 按鈕，鏡像就會開始自動下載與燒寫。完成後，在完成之後，在用戶界面的日誌窗口中，將會出現 “Verify data success.” 的內容提示，表示鏡像完成了燒寫。

使用 python 環境下的 thead 工具燒寫 u-boot 鏡像 (可選)

  • 查看系統環境和串口
    通過 thead-tools 燒寫 u-boot 時需要使用開發板的 CCT 燒寫串口，通過命令thead cct uart 命令看到電腦上安裝的串口列表，並確認電腦上串口與開發板串的對應關係：
 > thead cct uart
 uart device list:
    /dev/ttyUSB0 - USB-Serial Controller

如果出現上面狀態，說明 thead 工具安裝正常，串口設備連接正常。

  • 查找開發板存儲器列表
    通過命令：thead cct -u /dev/ttyUSB0 list 可以查看開發板支持的燒寫存儲器列表，如下：
 > thead cct -u /dev/ttyUSB0 list
 Wait .....................
 CCT Version: 2
 memory device list:
   dev = ram0   , size =  256.0KB
   dev = emmc0  , size =    2.0MB
   dev = emmc1  , size =    2.0MB
   dev = emmc2  , size =    3.7GB


注意： 使用該命令時，先確定串口的連接是否正確，運行命令前先關閉開發板電源後再運行該命令，等到出現Wait .......... 信息後再開啟開發板電源。
如果未出現上述打印信息，先確認連線和開發板電源狀態，同時電腦是接有多個串口，請更新另一個串口再次嘗試。

  • 燒寫 u-boot
    通過命令：thead cct -u /dev/ttyUSB0 download -f u-boot-with-spl.bin -d emmc0 將 u-boot 鏡像燒寫到 eMMC 的 Boot Area Partition 分區，燒寫過程信息如下：
 CCT Version: 2
 Send file 'u-boot-with-spl.bin' to 21:0 ...
 Writing at 0x00009800... (3%)

待打印 File u-boot-with-spl.bin download success. 後燒寫成功。

啟動登錄 Linux 系統

完成 Linux 鏡像燒寫後，重新啟動 ICE EVB 開發板，開發板 Console 串口顯示如下：

 [  OK  ] Started Serial Getty on hvc0.
 [  OK  ] Started Serial Getty on ttyS0.
 [  OK  ] Reached target Login Prompts.
 [  OK  ] Started System Logging Service.
 [  OK  ] Finished Remove Stale Onli…ext4 Metadata Check Snapshots.
 [  OK  ] Reached target Multi-User System.
 [  OK  ] Reached target Graphical Interface.
          Starting Update UTMP about System Runlevel Changes...
 [  OK  ] Finished Update UTMP about System Runlevel Changes.
 
 Debian GNU/Linux bullseye/sid thead-910 ttyS0
 
 thead-910 login: [   94.362252] random: crng init done
 [   94.365674] random: 6 urandom warning(s) missed due to ratelimiting
 
 thead-910 login:

登錄用戶名 root，初始無密碼，開發者可根據需要更改密碼。

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