beagleboard を触ろう - x-loader ビルド [組み込みソフト]
それでは、ブートローダーをビルドしてみましょう。
beagleboard のブートローダーは、次のように３段階に分かれています。
第１段 第２段 第３段
Boot ROM ⇒ x-loader ⇒ u-boot
Boot ROM は、OMAP3530 の中にある内臓 ROM に収められているコードです。
どのような処理を行っているか知ることができないばかりか、書き換えることもできません。
リセットベクターのジャンプ先が Boot ROM です。
Boot ROM は、必ず最初に実行されます。
x-loader, u-boot は、両方ともソースコードが公開されているので、入手してビルドすることができます。
x-loader の役割は u-boot をロードすること、u-boot の役割は Linux をロードすることです。
x-loader の役割は u-boot をロードすることだけ？
x-loader 要らなくない？
Boot ROM が、x-loader をすっ飛ばして u-boot をロードした方がいいのでは？
と思えてしまいますが、そうはいきません。
Boot ROM は SDRAM を初期化しないので、SRAM しか使えないんです。
ところが、SRAM のサイズは 64KB しかありません。
u-boot のサイズは 280KB ほどありますので、SRAM に収まり切りません。
そこで、サイズの小さな x-loader が間に挟まれます。
x-loader のサイズは 22KB ほどなので、SRAM に収まります。
x-loader は SDRAM を初期化して、SDRAM に u-boot をロードします。
カーネルのロードは u-boot に任せます。
u-boot に任せる必要あるのか？
カーネルのロードを x-loader がやってしまえばいいのでは？
u-boot は tftp が使えたり、NAND の読み書きができたり、カーネルにパラメータ渡したりと、いろいろなサービスを提供しています。
必要最低限のサービスしか要らないというのであれば、x-loader を拡張して Linux をいきなりブートさせることは可能だと思います。
さて、Boot ROM の所在は 内臓 ROM でしたが、x-loader, u-boot は、SD カードもしくは NAND flash ROM に配置します。
x-loader は SD カード、u-boot は NAND flash（またはその逆）のような構成を取ることもできるはずですが、x-loader, u-boot とも書き込みのしやすい SD カードに置くことにしましょう。
SD カードに置く場合、x-loader のイメージは MLO、u-boot のイメージは u-boot.bin という名前でないといけません。
ソースコードビルドは、http://elinux.org/BeagleBoard#Source を参照します。
そこのリンクから http://gitorious.org/beagleboard-validation/ に行ってみましょう。
x-loader, u-boot, linux のソースコードが取得できそうですね。
x-loader だと、git://gitorious.org/beagleboard-validation/x-load.git という URL が記載されています。
git:// からソースコードを取得するには、git というツールを使います。
git は、Linux 版はもちろんありますし、Windows cygwin 版もあります。
これを使って、↓のようにソース取得します。
$ git clone git://gitorious.org/beagleboard-validation/x-load.git xloader↓
ローカルに xloader ディレクトリが作成され、xloader 以下にソースコードが取得されます。
http://elinux.org/BeagleBoard#Source を見ると、distclean して config して make すればいいと書いてあるので、この通りにします。
$ cd xloader↓
$ make distclean↓
$ make omap3530beagle_config↓
$ make↓
これを行うと、おお、さくっとビルドされますね。
xloader ディレクトリに x-load とか、x-load.bin とかが生成されます。
x-load は、ELF 実行形式ファイルです。
コード＋データに、ELF ヘッダー、プログラムヘッダーなど、プログラムロードの際に必要な情報が付加されたものが ELF 実行形式ファイルです。
Linux 上における実行形式ファイルは ELF 形式ですね。
Linux カーネルは、ELF ヘッダー、プログラムヘッダーを解釈して適切にロードしてくれます。
x-loader のようなブートローダーは、カーネルがロードして実行してくれるわけではないので、ELF である必要はありません。
というより、前段ブートローダーである Boot ROM は、x-loader をアドレス 0x40200800 にロードして、その先頭である 0x40200800 にジャンプしてくるので、先頭に ELF ヘッダーがある ELF 実行形式ではうまくいきません。
ELF 実行形式から、objcopy を使って余分な情報を取り除いたのが x-load.bin になります。
BSS 領域の展開も行われるはずですね。
下の図では、BSS が展開されてデータ領域が少し大きくなった様子にしてみました。
x-load.bin は、ファイル先頭からコードが配置される構造になっていて、ファイル先頭がエントリポイントになっています。
なので、Boot ROM が x-load.bin を 0x40200800 にロードして、0x40200800 にジャンプしてくると、ちょうど都合よく x-loader のエントリポイントから処理が開始されることになります。
SD ブートさせる場合、SD カードの中には MLO という名前で保存する必要があります。
これは、Boot ROM が SD カードから x-loader をロードする際には、x-load.bin という名前ではなく、MLO という名前でファイルを読み出すように出来ているからです。
MLO という名前は決め打ちになっており、変えることができません。
なお、MLO = x-load.bin ではありません。
x-load.bin の先頭に 8バイトのヘッダーを付加したものが、MLO になります。
この 8バイトヘッダーを付加するには、singGP というツールを使います。
http://beagleboard.googlecode.com/files/signGP.c
からソースコードを入手します。
普通にビルドしましょう。
$ gcc -o signGP signGP.c↓
のような感じです。
x-load.bin を signGP にかませると、x-load.bin.ift なるファイルが出来上がります。
$ ./signGP x-load.bin↓
x-load.bin.ift が、x-load.bin に 8バイトヘッダーを付加したファイルです。
x-load.bin.ift を、MLO という名前にリネームし、SD カードにコピーします。
SD カードは先頭 64MB が FAT32、残りが ext3 になっていますが、FAT32 の方にコピーです。
それではこの MLO でブートしてみましょう。
SD ブートさせるには、beagleboard に搭載されている 2つのボタンのうち、USER ボタンを押下しておく必要があります。
SD カードを刺して USER ボタンを押しながら、5V 電源オンです。
Texas Instruments X-Loader 1.4.4ss (Jul 17 2011 - 07:57:49)
Beagle Rev C4
Reading boot sector
Loading u-boot.bin from mmc
U-Boot 2011.03-rc1-00000-g5ace684-dirty (May 15 2011 - 18:50:56)
OMAP3530-GP ES3.1, CPU-OPP2, L3-165MHz, Max CPU Clock 720 mHz
OMAP3 Beagle board + LPDDR/NAND
I2C: ready
DRAM: 256 MiB
NAND: 256 MiB
MMC: OMAP SD/MMC: 0
*** Warning - bad CRC, using default environment
In: serial
Out: serial
Err: serial
Beagle Rev C4
timed out in wait_for_pin: I2C_STAT=0
No EEPROM on expansion board
Die ID #0bea0004000000000403a38103023017
Hit any key to stop autoboot: 2
めでたく次段ブートローダーである u-boot がブートできていますね。
x-loader のビルドは成功です。
ここで、MLO と x-load.bin の先頭を比べてみましょう。
MLO の先頭には、0x58 0x5a 0x00 0x00 0x00 0x08 0x20 0x40 の 8バイトが付加されていることが分かります。
MLO の 8バイト目以降は、x-load.bin と同じですね。
MLO の先頭 8バイトは、4バイトのファイルサイズ、4バイトのロードアドレスというフォーマットです。
ファイルサイズ：0x5a58 (= 23128)
ロードアドレス：0x40200800
ファイルサイズは、x-load.bin のファイルサイズですね。
Boot ROM は、この情報を見て、x-loader をアドレス 0x40200800 から 23128 バイト分 SRAM にロードして、アドレス 0x40200800 にジャンプしていると思われます。
試しに、この 0x40200800 を違うアドレスに変えてみましょう。
変更できるアドレスは、SRAM のアドレスに限ります。
アドレス範囲は、0x40200000 - 0x4020FFFF の 64KB です。
ここでは、ロードアドレスを 0x40201000 に変更してみます。
そのために、2つの作業を行う必要があります。
・1つ目は、x-loader をビルドし直して開始アドレスを 0x40201000 に変えること
・2つ目は、MLO のヘッダー内のロードアドレスを 0x40201000 に変えること
まず 1つ目です。
x-loader は、デフォルトでは 0x40200800 が開始アドレスとなるようにビルドされます。
ビルドの様子を見てみると、最後のリンクで次のようなメッセージが出ています。
arm-none-linux-gnueabi-ld -Bstatic -T /home/beagle/beagleboard/xloader/board/omap3530beagle/x-load.lds -Ttext 0x40200800 ・・・
-Ttext 0x40200800 が、開始アドレスを決定しているところですね。
board/omap3530beagle/config.mk に TEXT_BASE = 0x40200800 とありますので、これを変更します。
TEXT_BASE = 0x40201000 に変更して、make clean して再ビルドしてみましょう。
arm-none-linux-gnueabi-ld -Bstatic -T /home/beagle/beagleboard/xloader/board/omap3530beagle/x-load.lds -Ttext 0x40201000 ・・・
リンクメッセージを見てみると、0x40200800 から 0x40201000 に変わっています。
次に 2つ目の作業です。
signGP.c を見てみると、ヘッダーのロードアドレスを変更するには、第3引数にロードアドレスを指定すればよいことが分かります。
$ ./signGP x-load.bin 0x40201000↓
とやると、ヘッダーには先頭アドレス 0x40201000 が書かれた x-load.bin.ift ができあがります。
一応先頭部分を確認してみましょう。
4バイト目のところが 0x00 0x10 0x20 0x40 になっているので、0x40201000 ですね。
これで準備 OK です。
x-load.bin.ift を MLO にリネームして、SD カードにコピーしましょう。
そして、SD カードを beagleboard に刺し、USER ボタンを押しながら、5V 電源オンです。
Texas Instruments X-Loader 1.4.4ss (Jul 17 2011 - 21:56:54)
Beagle Rev C4
Reading boot sector
Loading u-boot.bin from mmc
U-Boot 2011.03-rc1-00000-g5ace684-dirty (May 15 2011 - 18:50:56)
u-boot が普通にブートします。
OK です。
・・・
だから何？という気もしますが、まあそれはそれで・・
beagleboard のブートローダーは、次のように３段階に分かれています。
第１段 第２段 第３段
Boot ROM ⇒ x-loader ⇒ u-boot
Boot ROM は、OMAP3530 の中にある内臓 ROM に収められているコードです。
どのような処理を行っているか知ることができないばかりか、書き換えることもできません。
リセットベクターのジャンプ先が Boot ROM です。
Boot ROM は、必ず最初に実行されます。
x-loader, u-boot は、両方ともソースコードが公開されているので、入手してビルドすることができます。
x-loader の役割は u-boot をロードすること、u-boot の役割は Linux をロードすることです。
x-loader の役割は u-boot をロードすることだけ？
x-loader 要らなくない？
Boot ROM が、x-loader をすっ飛ばして u-boot をロードした方がいいのでは？
と思えてしまいますが、そうはいきません。
Boot ROM は SDRAM を初期化しないので、SRAM しか使えないんです。
ところが、SRAM のサイズは 64KB しかありません。
u-boot のサイズは 280KB ほどありますので、SRAM に収まり切りません。
そこで、サイズの小さな x-loader が間に挟まれます。
x-loader のサイズは 22KB ほどなので、SRAM に収まります。
x-loader は SDRAM を初期化して、SDRAM に u-boot をロードします。
カーネルのロードは u-boot に任せます。
u-boot に任せる必要あるのか？
カーネルのロードを x-loader がやってしまえばいいのでは？
u-boot は tftp が使えたり、NAND の読み書きができたり、カーネルにパラメータ渡したりと、いろいろなサービスを提供しています。
必要最低限のサービスしか要らないというのであれば、x-loader を拡張して Linux をいきなりブートさせることは可能だと思います。
さて、Boot ROM の所在は 内臓 ROM でしたが、x-loader, u-boot は、SD カードもしくは NAND flash ROM に配置します。
x-loader は SD カード、u-boot は NAND flash（またはその逆）のような構成を取ることもできるはずですが、x-loader, u-boot とも書き込みのしやすい SD カードに置くことにしましょう。
SD カードに置く場合、x-loader のイメージは MLO、u-boot のイメージは u-boot.bin という名前でないといけません。
ソースコードビルドは、http://elinux.org/BeagleBoard#Source を参照します。
そこのリンクから http://gitorious.org/beagleboard-validation/ に行ってみましょう。
x-loader, u-boot, linux のソースコードが取得できそうですね。
x-loader だと、git://gitorious.org/beagleboard-validation/x-load.git という URL が記載されています。
git:// からソースコードを取得するには、git というツールを使います。
git は、Linux 版はもちろんありますし、Windows cygwin 版もあります。
これを使って、↓のようにソース取得します。
$ git clone git://gitorious.org/beagleboard-validation/x-load.git xloader↓
ローカルに xloader ディレクトリが作成され、xloader 以下にソースコードが取得されます。
http://elinux.org/BeagleBoard#Source を見ると、distclean して config して make すればいいと書いてあるので、この通りにします。
$ cd xloader↓
$ make distclean↓
$ make omap3530beagle_config↓
$ make↓
これを行うと、おお、さくっとビルドされますね。
xloader ディレクトリに x-load とか、x-load.bin とかが生成されます。
x-load は、ELF 実行形式ファイルです。
コード＋データに、ELF ヘッダー、プログラムヘッダーなど、プログラムロードの際に必要な情報が付加されたものが ELF 実行形式ファイルです。
Linux 上における実行形式ファイルは ELF 形式ですね。
Linux カーネルは、ELF ヘッダー、プログラムヘッダーを解釈して適切にロードしてくれます。
x-loader のようなブートローダーは、カーネルがロードして実行してくれるわけではないので、ELF である必要はありません。
というより、前段ブートローダーである Boot ROM は、x-loader をアドレス 0x40200800 にロードして、その先頭である 0x40200800 にジャンプしてくるので、先頭に ELF ヘッダーがある ELF 実行形式ではうまくいきません。
ELF 実行形式から、objcopy を使って余分な情報を取り除いたのが x-load.bin になります。
BSS 領域の展開も行われるはずですね。
下の図では、BSS が展開されてデータ領域が少し大きくなった様子にしてみました。
x-load.bin は、ファイル先頭からコードが配置される構造になっていて、ファイル先頭がエントリポイントになっています。
なので、Boot ROM が x-load.bin を 0x40200800 にロードして、0x40200800 にジャンプしてくると、ちょうど都合よく x-loader のエントリポイントから処理が開始されることになります。
SD ブートさせる場合、SD カードの中には MLO という名前で保存する必要があります。
これは、Boot ROM が SD カードから x-loader をロードする際には、x-load.bin という名前ではなく、MLO という名前でファイルを読み出すように出来ているからです。
MLO という名前は決め打ちになっており、変えることができません。
なお、MLO = x-load.bin ではありません。
x-load.bin の先頭に 8バイトのヘッダーを付加したものが、MLO になります。
この 8バイトヘッダーを付加するには、singGP というツールを使います。
http://beagleboard.googlecode.com/files/signGP.c
からソースコードを入手します。
普通にビルドしましょう。
$ gcc -o signGP signGP.c↓
のような感じです。
x-load.bin を signGP にかませると、x-load.bin.ift なるファイルが出来上がります。
$ ./signGP x-load.bin↓
x-load.bin.ift が、x-load.bin に 8バイトヘッダーを付加したファイルです。
x-load.bin.ift を、MLO という名前にリネームし、SD カードにコピーします。
SD カードは先頭 64MB が FAT32、残りが ext3 になっていますが、FAT32 の方にコピーです。
それではこの MLO でブートしてみましょう。
SD ブートさせるには、beagleboard に搭載されている 2つのボタンのうち、USER ボタンを押下しておく必要があります。
SD カードを刺して USER ボタンを押しながら、5V 電源オンです。
Texas Instruments X-Loader 1.4.4ss (Jul 17 2011 - 07:57:49)
Beagle Rev C4
Reading boot sector
Loading u-boot.bin from mmc
U-Boot 2011.03-rc1-00000-g5ace684-dirty (May 15 2011 - 18:50:56)
OMAP3530-GP ES3.1, CPU-OPP2, L3-165MHz, Max CPU Clock 720 mHz
OMAP3 Beagle board + LPDDR/NAND
I2C: ready
DRAM: 256 MiB
NAND: 256 MiB
MMC: OMAP SD/MMC: 0
*** Warning - bad CRC, using default environment
In: serial
Out: serial
Err: serial
Beagle Rev C4
timed out in wait_for_pin: I2C_STAT=0
No EEPROM on expansion board
Die ID #0bea0004000000000403a38103023017
Hit any key to stop autoboot: 2
めでたく次段ブートローダーである u-boot がブートできていますね。
x-loader のビルドは成功です。
ここで、MLO と x-load.bin の先頭を比べてみましょう。
MLO の先頭には、0x58 0x5a 0x00 0x00 0x00 0x08 0x20 0x40 の 8バイトが付加されていることが分かります。
MLO の 8バイト目以降は、x-load.bin と同じですね。
MLO の先頭 8バイトは、4バイトのファイルサイズ、4バイトのロードアドレスというフォーマットです。
ファイルサイズ：0x5a58 (= 23128)
ロードアドレス：0x40200800
ファイルサイズは、x-load.bin のファイルサイズですね。
Boot ROM は、この情報を見て、x-loader をアドレス 0x40200800 から 23128 バイト分 SRAM にロードして、アドレス 0x40200800 にジャンプしていると思われます。
試しに、この 0x40200800 を違うアドレスに変えてみましょう。
変更できるアドレスは、SRAM のアドレスに限ります。
アドレス範囲は、0x40200000 - 0x4020FFFF の 64KB です。
ここでは、ロードアドレスを 0x40201000 に変更してみます。
そのために、2つの作業を行う必要があります。
・1つ目は、x-loader をビルドし直して開始アドレスを 0x40201000 に変えること
・2つ目は、MLO のヘッダー内のロードアドレスを 0x40201000 に変えること
まず 1つ目です。
x-loader は、デフォルトでは 0x40200800 が開始アドレスとなるようにビルドされます。
ビルドの様子を見てみると、最後のリンクで次のようなメッセージが出ています。
arm-none-linux-gnueabi-ld -Bstatic -T /home/beagle/beagleboard/xloader/board/omap3530beagle/x-load.lds -Ttext 0x40200800 ・・・
-Ttext 0x40200800 が、開始アドレスを決定しているところですね。
board/omap3530beagle/config.mk に TEXT_BASE = 0x40200800 とありますので、これを変更します。
TEXT_BASE = 0x40201000 に変更して、make clean して再ビルドしてみましょう。
arm-none-linux-gnueabi-ld -Bstatic -T /home/beagle/beagleboard/xloader/board/omap3530beagle/x-load.lds -Ttext 0x40201000 ・・・
リンクメッセージを見てみると、0x40200800 から 0x40201000 に変わっています。
次に 2つ目の作業です。
signGP.c を見てみると、ヘッダーのロードアドレスを変更するには、第3引数にロードアドレスを指定すればよいことが分かります。
$ ./signGP x-load.bin 0x40201000↓
とやると、ヘッダーには先頭アドレス 0x40201000 が書かれた x-load.bin.ift ができあがります。
一応先頭部分を確認してみましょう。
4バイト目のところが 0x00 0x10 0x20 0x40 になっているので、0x40201000 ですね。
これで準備 OK です。
x-load.bin.ift を MLO にリネームして、SD カードにコピーしましょう。
そして、SD カードを beagleboard に刺し、USER ボタンを押しながら、5V 電源オンです。
Texas Instruments X-Loader 1.4.4ss (Jul 17 2011 - 21:56:54)
Beagle Rev C4
Reading boot sector
Loading u-boot.bin from mmc
U-Boot 2011.03-rc1-00000-g5ace684-dirty (May 15 2011 - 18:50:56)
u-boot が普通にブートします。
OK です。
・・・
だから何？という気もしますが、まあそれはそれで・・
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by Mataerord (2020-01-25 06:28)