beaglebone AI環境搭建與運行

1.前言

本文主要介紹beaglebone的開發過程與啟動方式。同時將一套嵌入式Linux開發環境搭建起來。以便于更好的掌握和理解beaglebone AI的使用。工欲善其事，必先利其器，搭建好完整的開發環境，后續的工作才能更好的開展起來。要想用好一款芯片，也需要很好的理解其啟動方式。下面來實際的展示操作流程。

2.beaglebone AI 開發板特性

首先我選擇beaglebone AI作為嵌入式Linux學習的開發板，是因為有著良好的芯片datasheet支持，以及TI芯片的大規模的使用，使得其通用性和擴展性更強。板子顏值高，性能強、可玩性好、可以DIY的工程很多。這些都讓我對這個板子有著推進下去的動力，在不斷挖坑與填坑的過程中，也會將其作為我除了樹莓派4之外另一個主要業余推進的開發學習項目。在國內，這款板子并不是很熱門，但是在國外，玩的人還是很多，我也希望有更多的人一起去玩，從而學習更好的設計，寫出更多的更好的文章和大家分享。

3.beaglebone AI開發環境搭建

3.1 硬件連接

當前的開發環境搭建在ubuntu上，首先連接開發板的debug串口。

正面的圖示如下所示：

該輸出作為debug串口使用。

3.2 arm 交叉編譯工具鏈

首先確保默認的pc機是64位，不適合32位機器的使用。

wget -c https://releases.linaro.org/components/toolchain/binaries/6.5-2018.12/arm-linux-gnueabihf/gcc-linaro-6.5.0-2018.12-x86_64_arm-linux-gnueabihf.tar.xz
tar xf gcc-linaro-6.5.0-2018.12-x86_64_arm-linux-gnueabihf.tar.xz
export CC=`pwd`/gcc-linaro-6.5.0-2018.12-x86_64_arm-linux-gnueabihf/bin/arm-linux-gnueabihf-

其中pwd是默認設定的路徑。

然后檢測一下gcc的版本

${CC}gcc --version

可以看到下面的結果

3.3 編譯uboot

然后就可以開始進行uboot的編譯了。

git clone -b v2019.07-rc4 https://github.com/u-boot/u-boot --depth=1
cd u-boot/

然后為uboot生成補丁文件

wget -c https://github.com/eewiki/u-boot-patches/raw/master/v2019.07-rc4/0001-am57xx_evm-fixes.patch
  
patch -p1 < 0001-am57xx_evm-fixes.patch

接著開始編譯

make ARCH=arm CROSS_COMPILE=${CC} distclean
make ARCH=arm CROSS_COMPILE=${CC} am57xx_evm_defconfig
make ARCH=arm CROSS_COMPILE=${CC}

編譯完成就可以進行下面的操作了。

4.beaglebone AI啟動方式

學習一款嵌入式開發板的使用，首先就要理解其啟動模式。

按照https://github.com/beagleboard/beaglebone-ai/BeagleBone-AI_sch.pdf上標注，可以知道，在啟動上，首先會從USB中尋找程序，然后第二啟動項是SD卡，接著是eMMC。

本文主要介紹SD卡與eMMC的啟動模式。并且將uboot燒錄到SD卡中進行啟動。

首先準備一張小于等于16GB的SD卡(實測32GB的卡插入沒用)，接著插入Ubuntu系統中。

輸入lsblk。

bigmagic@bigmagic:~/work$ lsblk
NAME   MAJ:MIN RM   SIZE RO TYPE MOUNTPOINT
loop1    7:1    0  55.3M  1 loop /snap/core18/1885
loop2    7:2    0 162.9M  1 loop /snap/gnome-3-28-1804/145
loop3    7:3    0 217.9M  1 loop /snap/gnome-3-34-1804/60
loop4    7:4    0 255.6M  1 loop /snap/gnome-3-34-1804/36
loop5    7:5    0  62.1M  1 loop /snap/gtk-common-themes/1506
loop6    7:6    0  43.2M  1 loop /snap/snap-store/415
loop7    7:7    0  50.7M  1 loop /snap/snap-store/481
loop8    7:8    0    31M  1 loop /snap/snapd/9607
loop9    7:9    0    31M  1 loop /snap/snapd/9721
loop10   7:10   0  55.4M  1 loop /snap/core18/1932
sda      8:0    0 931.5G  0 disk
├─sda1   8:1    0 465.9G  0 part /
└─sda2   8:2    0 465.7G  0 part
sdb      8:16   0 223.6G  0 disk
├─sdb1   8:17   0   200M  0 part /boot/efi
├─sdb2   8:18   0  99.4G  0 part
├─sdb3   8:19   0   589M  0 part
├─sdb4   8:20   0 115.4G  0 part
└─sdb5   8:21   0     8G  0 part
sdc      8:32   1    15G  0 disk
└─sdc1   8:33   1    15G  0 part

可以看的標識是sdc，則我們可以通過下面的命令導出到全局變量。

export DISK=/dev/sdc

輸入下面三條指令則可以將uboot燒錄到卡里了。

sudo dd if=/dev/zero of=${DISK} bs=1M count=10
sudo dd if=./u-boot/MLO of=${DISK} count=2 seek=1 bs=128k
sudo dd if=./u-boot/u-boot.img of=${DISK} count=4 seek=1 bs=384k

完成后輸入sync后，可以看到uboot已經正常啟動了。

從上面的過程不難分析，一般的TI芯片都會將啟動分為三部分

ROM->MLO(SPL)->uboot.img

5.beaglebone AI的Linux編譯

5.1 編譯kernel

git clone https://github.com/RobertCNelson/ti-linux-kernel-dev.git
cd ti-linux-kernel-dev/

如果是編譯正常的內核

git checkout origin/ti-linux-4.14.y -b tmp

編譯實時性內核

git checkout origin/ti-linux-rt-4.14.y -b tmp

其中實時性內核是就是RT_LINUX。輸入下面的命令開始編譯。

./build_kernel.sh

中途會有個menuconfig的界面需要配置

直接選擇Exit即可，程序會繼續編譯下去。直到編譯結束。

5.2 選擇根文件系統

跟文件系統可以選擇Debian 10或者Ubuntu 20.04 LTS

Debian 10

首先下載

wget -c https://rcn-ee.com/rootfs/eewiki/minfs/debian-10.4-minimal-armhf-2020-05-10.tar.xz

可以校驗一下

sha256sum debian-10.4-minimal-armhf-2020-05-10.tar.xz

得到結果如下即可

接著解壓

tar xf debian-10.4-minimal-armhf-2020-05-10.tar.xz

解壓后進入目錄可以看到下面的文件

其中user_password.list中存放的是用戶名和密碼。

debian:temppwd

Ubuntu 20.04 LTS

可以下載

wget -c https://rcn-ee.com/rootfs/eewiki/minfs/ubuntu-20.04-minimal-armhf-2020-05-10.tar.xz

校驗一下

sha256sum ubuntu-20.04-minimal-armhf-2020-05-10.tar.xz

校驗的結果如下：

de0177ac9259fdbcc626ee239f4258b64070c0921dbc38c45fab6925a5becaa1  ubuntu-20.04-minimal-armhf-2020-05-10.tar.xz

解壓即可

tar xf ubuntu-20.04-minimal-armhf-2020-05-10.tar.xz

在ubuntu上可以使用輸入用戶名Ubuntu,密碼temppwd即可。

6.將Linux的鏡像燒錄

接下來燒錄Linux的鏡像到SD卡中。

6.1 格式化SD卡

首先和燒錄uboot的方式一樣，如果檢測到sd卡的號為sdc。

export DISK=/dev/sdc

如果是mmcblk0則修改成該名稱。

輸入下面的命令查看sfdisk的版本。

sudo sfdisk --version

看到輸出

sfdisk，來自 util-linux 2.34

如果檢測到sfdisk >= 2.26.x則輸入：

sudo sfdisk ${DISK} <<-__EOF__
4M,,L,*
__EOF__

如果檢測到sfdisk <= 2.25.x則輸入：

sudo sfdisk --unit M ${DISK} <<-__EOF__
4,,L,*
__EOF__

然后格式化SD卡

for: DISK=/dev/mmcblkX
sudo mkfs.ext4 -L rootfs ${DISK}p1
  
for: DISK=/dev/sdX
sudo mkfs.ext4 -L rootfs ${DISK}1

掛載分區

sudo mkdir -p /media/rootfs/
  
for: DISK=/dev/mmcblkX
sudo mount ${DISK}p1 /media/rootfs/
  
for: DISK=/dev/sdX
sudo mount ${DISK}1 /media/rootfs/

6.2 拷貝rootfs到SD卡中

為了可以進行內核版本的區分，我們可以為內核鏡像定義一個名字，該名字可以查看編譯出來的文件得到4.14.108-ti-r137.zImage。

export kernel_version=4.14.108-ti-r137

Linux完全引導起來需要rootfs，所以可以將rootfs解壓到指定的路徑下：

sudo tar xfvp ./*-*-*-armhf-*/armhf-rootfs-*.tar -C /media/rootfs/
sync
sudo chown root:root /media/rootfs/
sudo chmod 755 /media/rootfs/

為了方便，此時我們可以重名了內核版本，在/boot/uEnv.txt文件中。

sudo sh -c "echo 'uname_r=${kernel_version}' >> /media/rootfs/boot/uEnv.txt"

接著輸入文件系統掛載

sudo sh -c "echo '/dev/mmcblk0p1  /  auto  errors=remount-ro  0  1' >> /media/rootfs/etc/fstab"

6.3 拷貝Linux內核鏡像

進入到剛才編譯ti-linux-kernel-dev的上層目錄，輸入

sudo cp -v ./ti-linux-kernel-dev/deploy/*.zImage /media/rootfs/boot/vmlinuz-${kernel_version}

6.4 拷貝設備樹文件

sudo mkdir -p /media/rootfs/boot/dtbs/${kernel_version}/
sudo tar xfv ./ti-linux-kernel-dev/deploy/${kernel_version}-dtbs.tar.gz -C /media/rootfs/boot/dtbs/${kernel_version}/

6.5 拷貝內核模塊

sudo tar xfv ./ti-linux-kernel-dev/deploy/${kernel_version}-modules.tar.gz -C /media/rootfs/

7.啟動與驗證

上述過程完成后，可以移除SD卡,并插入beaglebone AI的板子中。

sync
sudo umount /media/rootfs

上電后，首先會從SD卡中啟動，最后的效果如下：

由于燒錄了ubuntu系統，可以看到啟動信息。