樹(shù)莓派4裸機(jī)基礎(chǔ)教程：環(huán)境搭建

1.文章目的

2.樹(shù)莓派4B的硬件配置

3.第一個(gè)基礎(chǔ)工程構(gòu)建

3.1 環(huán)境準(zhǔn)備

3.2 源代碼下載

3.3 代碼編譯與程序下載

3.4 樹(shù)莓派硬件鏈接

4.優(yōu)化調(diào)試手段

4.1 修改sd卡文件中的config.txt文件

4.2 修改網(wǎng)絡(luò)環(huán)境

4.3 修改代碼的鏈接地址

5.小結(jié)

1.文章目的

樹(shù)莓派4作為一款學(xué)習(xí)嵌入式arm開(kāi)發(fā)的開(kāi)發(fā)板，是非常不錯(cuò)的選擇。嵌入式開(kāi)發(fā)往往需要的不僅僅是理論知識(shí)，還需要?jiǎng)邮植僮鳎缓髮?shí)際體驗(yàn)效果。由于目前開(kāi)發(fā)板要么資料太少，要么板子太貴，或者可玩性太低，所以嵌入式的入門(mén)和深入一直都是非常困難的問(wèn)題。我寫(xiě)樹(shù)莓派4裸機(jī)基礎(chǔ)教程、樹(shù)莓派4驅(qū)動(dòng)進(jìn)階、樹(shù)莓派4的RTOS這一些列的文章，也是希望借此機(jī)會(huì)，和大家分享一下嵌入式開(kāi)發(fā)過(guò)程的方方面面，也希望對(duì)學(xué)習(xí)嵌入式感興趣的人在閱讀完成這些文章中會(huì)有所收獲。由于樹(shù)莓派4的外設(shè)，相對(duì)于前代的樹(shù)莓派2、樹(shù)莓派3等標(biāo)準(zhǔn)許多，完全可以作為學(xué)習(xí)嵌入式，學(xué)習(xí)arm編程的不錯(cuò)選擇。所謂萬(wàn)變不離其宗，學(xué)會(huì)樹(shù)莓派4的嵌入式開(kāi)發(fā)，以后做其他的芯片的底層開(kāi)發(fā)時(shí)，也是可以借鑒這種思想的。

寫(xiě)這些東西的目的全憑自己的興趣愛(ài)好，在工作之余培養(yǎng)自己的文檔寫(xiě)作能力與專業(yè)技能，如果有涉及到不正確的觀點(diǎn)和知識(shí)點(diǎn)的地方還請(qǐng)多多指教。

2.樹(shù)莓派4B的硬件配置

樹(shù)莓派4b的性能非常強(qiáng)，運(yùn)行Android和win10也毫無(wú)壓力。性能強(qiáng)大，但是價(jià)格卻非常的低，是一款學(xué)習(xí)嵌入式開(kāi)發(fā)、學(xué)習(xí)arm開(kāi)發(fā)的非常不錯(cuò)的開(kāi)發(fā)板。

1.5GHz 4核心64位 ARM Cortex-A72 CPU (~3×倍性能)

1GB/2GB/4GB LPDDR4 SDRAM 內(nèi)存

全吞吐量千兆以太網(wǎng)

雙頻 802.11ac 無(wú)線網(wǎng)絡(luò)

藍(lán)牙 5.0

兩個(gè) USB 3.0 和兩個(gè) USB 2.0 接口

雙顯示器支持，分辨率高達(dá) 4K

VideoCore VI 顯卡，支持 OpenGL ES 3.x

HEVC 視頻 4Kp60 硬解碼

完全兼容早期的樹(shù)莓派產(chǎn)品

3.第一個(gè)基礎(chǔ)工程構(gòu)建

嵌入式代碼編譯開(kāi)發(fā)一般是兩種，一種是通過(guò)IDE進(jìn)行編譯、下載、調(diào)試。這種開(kāi)發(fā)的方式比較簡(jiǎn)單，對(duì)環(huán)境配置的要求很低，只需要安裝IDE需要的環(huán)境即可。這種開(kāi)發(fā)方式在開(kāi)發(fā)單片機(jī)、中低端性能的芯片比較常見(jiàn)。另外一種就是在命令行中輸入相關(guān)的命令，需要自己手動(dòng)的去寫(xiě)編譯腳本。這種常見(jiàn)的就是在Linux的開(kāi)發(fā)過(guò)程中。

樹(shù)莓派程序的開(kāi)發(fā)過(guò)程一般都沒(méi)有IDE，都是直接用GCC，所以我在進(jìn)行工程構(gòu)建的時(shí)候，也會(huì)采用GCC在控制臺(tái)輸入的方式進(jìn)行。工程構(gòu)建就需要自己解決了。目前常用的自動(dòng)化編譯工具就是Makefile。由于當(dāng)前的第一個(gè)項(xiàng)目的工程比較容易，所以當(dāng)前可用采用Makefile進(jìn)行項(xiàng)目工程的構(gòu)建。

3.1 環(huán)境準(zhǔn)備

在不同的平臺(tái)上進(jìn)行工程構(gòu)建的時(shí)候，首先需要準(zhǔn)備下面的環(huán)境：

1.arm交叉編譯工具鏈

2.可用執(zhí)行makefile的工具

交叉編譯工具鏈arm-none-eabi-gcc-5.4.1可以在官網(wǎng)上進(jìn)行下載，也可以到網(wǎng)盤(pán)中下載：

鏈接：https://pan.baidu.com/s/1ad3d-pl4YbpgYrxKg6mX9g

提取碼：f3cm

上述網(wǎng)盤(pán)中的gcc只適用于windows，如果是其他的系統(tǒng)，請(qǐng)自行下載arm的交叉編譯工具鏈。

如果要在windows上使用make命令，可以下載msys2，上面集成了make的環(huán)境。

然后將交叉編譯工具鏈加入到系統(tǒng)的環(huán)境變量中，同時(shí)打開(kāi)msys64文件夾，修改msys2_shell.cmd

雙擊msys2_shell.cmd，打開(kāi)窗口，確保輸入arm然后按下tab鍵可以看到如下的畫(huà)面

這樣系統(tǒng)環(huán)境就準(zhǔn)備完成了。

3.2 源代碼下載

源代碼工程已經(jīng)在GitHub存在了，相關(guān)源碼可以在如下地址中找到：

https://github.com/bigmagic123/raspi4-bare-metal.git

在arm/1.compilation_environment中可以看到相關(guān)的文件列表。

該代碼的功能是啟動(dòng)跳轉(zhuǎn)到c代碼去執(zhí)行，然后串口輸出hello world程序。

3.3 代碼編譯與程序下載

上面兩個(gè)步驟完成之后，在MSYS可以進(jìn)入到工程目錄，輸入make直接編譯即可。

可以看到生成了kernel7.img固件。該固件可以放到板子上運(yùn)行。

3.4 樹(shù)莓派硬件鏈接

樹(shù)莓派4需要準(zhǔn)備一張空的SD卡、一個(gè)串口線輸出信息、一條TYPEC線供電。

首先需要將工程目錄的sd_boot下面的文件放到空的SD卡目錄中。然后將編譯好的kernel7.img放到SD卡中即可。

接著將串口線連接到樹(shù)莓派上。

接著打開(kāi)串口，給開(kāi)發(fā)板上電，可以看到串口的輸出信息：

Helloworld!

此時(shí)一個(gè)簡(jiǎn)單的裸機(jī)程序就執(zhí)行起來(lái)了。

4.優(yōu)化調(diào)試手段

上述過(guò)程已經(jīng)搭建完成環(huán)境，并且可以看到串口輸出信息了。但是由于每次編譯固件后，需要將固件放到sd卡中去執(zhí)行，這樣操作比較的繁瑣，不適合學(xué)習(xí)嵌入式開(kāi)發(fā)。所以可以通過(guò)樹(shù)莓派的uboot自動(dòng)去tftp服務(wù)器中獲取代碼。具體的步驟如下：

4.1 修改sd卡文件中的config.txt文件

將config.txt中的文件改為如下：

enable_uart=1 arm_64bit=0 kernel_addr=0x8000 kernel=u-boot32.bin core_freq=250

其實(shí)就是將kernel=kernel7.img改為kernel=u-boot32.bin。直接啟動(dòng)uboot。

4.2 修改網(wǎng)絡(luò)環(huán)境

如果要開(kāi)發(fā)板從tftp服務(wù)器上獲取代碼，可以將開(kāi)發(fā)板設(shè)置的與pc機(jī)服務(wù)器在同一網(wǎng)段內(nèi)。將網(wǎng)線插上路由器，開(kāi)發(fā)板可以通過(guò)dhcp獲取ip地址。

U-Boot2020.07-rc1-g627e7ce(May112020-1954+0800) DRAM:1.1GiB RPI4ModelB(0xb03112) MMC:emmc2@7e340000:0,mmcnr@7e300000:1 LoadingEnvironmentfromFAT...OK In:serial Out:serial Err:serial Net: Warning:genet@7d580000MACaddressesdon'tmatch: AddressinDTisdc32c1:79 Addressinenvironmentisdc3222:50 eth0:genet@7d580000 Hitanykeytostopautoboot:0 U-Boot>

按照如下步驟進(jìn)行：

1.插上網(wǎng)線到路由器

2.設(shè)置環(huán)境變量

setenvbootcmd"dhcp0x00200000192.168.12.137:kernel7.img;dcacheflush;go0x00200000" saveenv

需要注意的是192.168.12.137為自己的電腦的ip地址。

3.電腦開(kāi)啟TFTP服務(wù)器

注意：

如果是開(kāi)發(fā)板直連電腦的網(wǎng)線，這樣設(shè)置是無(wú)效的，因?yàn)閜c機(jī)上一般不支持dhcp服務(wù)器。必須設(shè)置靜態(tài)ip地址。

然后開(kāi)發(fā)板也需要給定一個(gè)ip地址?？梢栽O(shè)置一個(gè)環(huán)境如下：

setenvipaddr10.1.1.100 saveenv reset

其中10.1.1.100是開(kāi)發(fā)板的ip地址，與服務(wù)器是在同一網(wǎng)段。

setenvbootcmd"tftp0x0020000010.1.1.88:kernel7.img;dcacheflush;go0x00200000" saveenv

4.3 修改代碼的鏈接地址

由于uboot的啟動(dòng)地址與裸機(jī)代碼的地址不應(yīng)該在一個(gè)地方，uboot的啟動(dòng)地址為0x8000，而裸機(jī)代碼的地址現(xiàn)改為0x200000。

將該地址進(jìn)行設(shè)置即可。

重新編譯代碼，開(kāi)發(fā)板上電即可。可以看到串口打印出如下的信息。

這樣每次開(kāi)發(fā)板上電后，都會(huì)從tftp服務(wù)器上去獲取代碼執(zhí)行。如果此時(shí)給樹(shù)莓派的供電線加上一個(gè)電源開(kāi)關(guān)，這樣這樣就能夠非常方便高效的調(diào)試代碼了。

5.小結(jié)

本文主要介紹樹(shù)莓派裸機(jī)開(kāi)發(fā)的步驟。嵌入式開(kāi)發(fā)過(guò)程中，環(huán)境搭建往往十分的重要，一個(gè)好的開(kāi)發(fā)環(huán)境，一個(gè)高效的驗(yàn)證思路可以大大的節(jié)省開(kāi)發(fā)時(shí)間。所以說(shuō)，工欲善其事、必先利其器。想要學(xué)好嵌入式開(kāi)發(fā)，學(xué)會(huì)利用各種工作，讓自己的工作效率加倍十分的重要。通過(guò)上述的文章描述，嵌入式的前期的基本環(huán)境可以搭建好，同時(shí)也可以理解系統(tǒng)的啟動(dòng)過(guò)程。我覺(jué)得，萬(wàn)事開(kāi)頭難，只有邁出了第一步，其實(shí)寫(xiě)起代碼也就沒(méi)什么太大的難度了。

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原文標(biāo)題：樹(shù)莓派4裸機(jī)基礎(chǔ)教程：環(huán)境搭建

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