FUSING

목차 1 overview 2 Bootloader 3 kernel image 4 rootfile-system image 5 fusing 6 부트로더 분석

1 Overview

1 Overview Target System HOST System JTAG 2. Download Serial Interface JTAG Interface Serial Interface or Ethernet Interface Boot Loader FLASH Memory Linux Kernel Root File System User File system SDRAM HOST System 3.Fusing 1.Fusing 2. Download JTAG Target System

1 Overview 필수 구성 요소 Target System을 구동하기 위해서는 적어도 다음의 3가지 구성요소가 필요하다. Boot Loader 하드웨어를 초기화하고 kernel image를 sdram에 올려주어 수행을 넘겨주는 역할을 하는 프로그램 OS Kernel OS 의 핵심 프로그램 Root File System Kernel 에서 사용할 File System

1 Overview What is Boot Loader? 시스템이 부팅될 때 가장 먼저 실행되는 프로그램 Main Function Hardware Initialization CPU clock, Memory timing, interrupt, UART, ETC. PC의 BIOS Kernel Load 운영 체제를 RAM에 올려주고 실행. Additional Function Target board에 개발한 program을 전송하기 위한 기능들. Download Image to SDRAM Serial – xmodem, uuencode Ethernet – tftp, bootp Fusing Flash Rom Write, Read, Erase, Lock/Unlock Embedded System 에서의 Boot Loader란 PC의 BIOS와 OS Loader 의 기능을 수행하는 프로그램으로 시스템이 부팅될 때 가장 먼저 수행되는 프로그램이다. 부트로더의 기본적인 기능(필수 기능)으로는 하드웨어의 초기화와 커널의 load이다. CPU의 clock 이나, 메모리의 timing, interrupt vector, UART등 시스템의 하드웨어를 초기화하여 OS가 동작할 수 있는 환경을 만든 후, OS의 핵심 프로그램인 커널을 RAM에 올리고 실행시켜 주는 것이다. Embedded System 에서는 Boot Loader는 필수 기능 뿐 아니라 System 의 개발을 돕는 부가적인 기능을 가지고 있다. Embedded System은 대부분 개발 System(Host)과 target System이 분리되어있다. 때문에 Host에서 target system에 개발한 프로그램을 전송하기위한 수단이 필요한데 대부분 부트로더에 이러한 기능이 포함되어있다. Serial 을 통해 image를 전송하는 방식으로 xmodem 이나 Uuencode 프로그램이 있고, Ethernet을 통해 전송하는 방식으로는 tftp(간단한 ftp,udp 사용) 나 bootp(시스템이 booting 될 때에 자동으로 network를 설정하고, Server에 연결하여 부팅할 수 있게 해주는 프로토콜) 가 가장 많이 사용된다.

1 Overview Kernel Kernel Image OS의 핵심기능을 수행하는 프로그램 Process management Memory management Device management Network management File System Management API (Application Programming Interface) ETC. Kernel Image Kernel 을 압축한 것으로 boot loader에 의해 압축이 해제되어 sdram으로 load 된다. 시스템의 저장 공간을 최소한으로 사용하기 위한 목적으로 압축 상태로 존재

1 Overview Root File System “/” 디렉토리로 마운트 되는 파일 시스템으로 리눅스가 동작하기 위해 기본적으로 필요한 프로그램 및 설정 파일을 가지고 있다. Kernel 에서 기본적인 초기화 작업 후 Root File System을 마운트 한다. Embedded System 은 대부분 크기가 작아야 하므로 hard disk를 가지고 있을 수 없기 때문에 주로 Ramdisk를 사용하여 Root File System을 구축한다. Root File System이란 “/” 디렉토리로 마운트 되는 파일 시스템으로 리눅스가 동작하기 위해 기본적으로 필요한 프로그램 및 설정 파일을 가지고 있는 파일 시스템이다. Kernel은 boot loader에 의해 sdram에 로드된 후 기본적인 device들과 kernel 내부의 데이터 구조를 초기화 시킨 후 root file system을 찾아 “/” 디렉토리로 마운트 시킨다. Kernel이 root file system을 찾지 못한 경우 시스템은 더 이상 작동하지 못한다. PC의 경우 hard disk에 Root File system을 가지고 있지만Embedded System 은 대부분 크기가 작아야 하므로 hard disk를 가지고 있을 수 없다. 때문에 주로 Ramdisk를 사용하여 Root File System을 구축한다. Root File System은 최소한 다음의 디렉토리들을 가지고 있어야 한다. /dev,/proc,/bin,/etc,/lib,/usr,/tmp 또한 기본적인 동작을 위해 다음의 유틸리티들을 가지고 있어야 한다. sh, ls, cp, mv 등 시스템 명령어 그리고 유틸리티가 런타임 라이브러리를 사용하는 경우 필요한 라이브러리들을 함께 가지고 있어야한다.

1 Overview Target Operating 순서 [1] Boot Loader Boot Loader SDRAM 1. Power On Boot Loader Linux Kernel RAMDISK JFFS2 2.Execute 0x00000000 Target System을 구축한 후에 전원을 켜주면 먼저 Boot Loader가 실행된다. 그리고 Boot Loader가 flash memory에 저장되어있는 kernel 이미지와 Ramdisk Image(Root File System) 를 ram에 올려준 후 kernel 로 수행을 넘겨준다. 3.Load Kernel 4. Load Root File System (RAMDISK) FLASH Memory

‘init’(/sbin/init) process 실행 1 Overview Target Operating 순서 [2] Kernel Root File System 마운트 ‘init’(/sbin/init) process 실행 Login 처리 Kernel 이미지 적재 시스템 초기화 네트워크 설정 호스트 이름 설정 Device 구동 다른 file system 마운트 ETC 파일 시스템 점검 가상 콘솔 접속 관리 ETC. 커널이 sdram에 적재되면 기본적인 device와 내부 변수들을 초기화 한 후에 Root File System의 위치를 찾아 “/” 에 마운트 한다. (Root File System의 위치에 대한 정보는 boot loader로 부터 넘겨 받는다) 그 후 시스템의 최 상위 프로세스인 /sbin/init 를 실행한다. init 프로세스는 시스템을 초기화 한 후에 로그인 프롬프트를 출력한 후 사용자의 접속을 기다린다.

부트로더를 컴파일하고 jtag으로 flash에 fusing 한다. 2 Bootloader 부트로더를 컴파일하고 jtag으로 flash에 fusing 한다.

2 Boot Loader 설치 Bootloader를 컴파일 하기 위해서는 타겟보드용 Toolchain이 설치 되어 있어야 한다. Toolchain 설치를 다시 한 번 해 보자. Source 압축을 해제한다. tar zxvf iwmmxt-1.0.0.tar.gz

2 Boot Loader 설치

2 Boot Loader 설치 Boot Loader compile

2 Boot Loader 설치 Compile이 완료되면, boot가 생성이 된다. 생성되어진 boot가 bootloader image이다.

2 Boot Loader 설치 < JTAG program 설치 > What is JTAG? Joint European Test Access Group JTAG은 PCB와 IC를 테스트 하기 위한 목적으로 1985년 조직된 JTAG(Joint Test Action Group)에 의해 제정된 표준이다. Boundary Scan Test 칩 내부에 Boundary Cell이란 것을 두어 외부의 핀과 일대 일로 연결시켜 프로세서가 할 수 있는 동작을 중간에 Cell을 통해 모든 동작을 인위적으로 수행할 수 있어 여러 가지 하드웨어 테스트나 연결 상태 등을 체크할 수 있다.

2 Boot Loader 설치 < JTAG program 설치 > JTAG 기능 프로세서(CPU)의 상태와는 상관없이 디바이스의 모든 외부 핀을 구동시키거나 값을 읽어 들일 수 있는 기능을 제공 회로의 배선과 소자의 전기적 연결상태 test 디바이스간의 연결상태 test Flash memory fusing jtag의 위 기능중 blob를 flash memory에 download 하기위해 flash memory fusing을 사용할 것이다.

2 Boot Loader 설치 < JTAG program 설치 > PC를 통한 JTAG 호환 장치의 제어

2 Boot Loader 설치 JTAG 설치

2 Boot Loader 퓨징 JTAG Build JTAG 소스가 있는 디렉토리로 이동한다. Makefile 이 작성되어 있으므로 make 명령을 사용하면 JTAG 소스가 컴파일 된다. 컴파일이 성공하면 Jflashmm 이란 바이너리 파일이 생성된다.

2 Boot Loader 설치 타겟보드에 Bootloader 올리기 앞에서 컴파일한 부트로더를 위에서 컴파일한 jflashmm를 이용하여 플레시 메모리에 Fusing 한다. jflashmm 프로그램은 보드의 JTAG 커넥터와 연결된 호스트 PC의 프린터 포트를 제어하여 타겟보드용 부트로더를 Fusing 할 수 있다. roothost]# ./jflashmm pxa27x32.dat boot 부트로더 이미지(boot)를 cpu와 flash 메모리에 대한 정보를 인자값(pxa27x32.dat)으로 해서 퓨징시키고 있다.

2 Boot Loader 퓨징 Bootloader Fusing JTAG을 통해 flash 0번지에 부트로더 fusing

3 Kernel Image

3 Kernel Compile Target System HOST System JTAG 2. Download JTAG Interface Serial Interface or Ethernet Interface Boot Loader FLASH Memory Linux Kernel Root File System User File system SDRAM HOST System 3.Fusing 1.Fusing 2. Download JTAG Target System

3 Kernel Compile 커널을 압축시킨 파일 필요한 파일 (CD 에 있는 내용) <보드용 리눅스 커널> - X-Hyper270-TKU Kernel : linux-2.6.11-h270-tku_v1.1 커널을 압축시킨 파일 X-Hyper270-TKU Kernel : linux-2.6.11-h270-tku_v1.1.tar.gz

3 Kernel Compile /Kernel]# cd linux-2.6.11-h270-tku_v1.1 X-Hyper270-TKU Kenel인 linux-2.6.11-h270-tku_v1.1.tar.gz를 compile 하여 zImage를 생성 Kernel source가 있는 디렉토리로 이동한다. 먼저 아래 그림처럼 X-Hyper270-TKU 설정을 한 후 menuconfig 화면으로 이동한다. “make xhyper270tku_deconfig”는 kernel 컴파일 옵션을 TKU보드에 맞추어 주는 일을 한다. makemenu config의 저장 파일인 kconfig 파일이 변경된다. make zimage로 컴파일을 하면 이 환경설정 파일을 참조해서 컴파일한다. /Kernel]# cd linux-2.6.11-h270-tku_v1.1 /linux-2.6.11-h270-tku_v1.1]# make xhyper270tku_defconfig /linux-2.6.11-h270-tku_v1.1]# make menuconfig /linux-2.6.11-h270-tku_v1.1]# make zImage 설정을 그대로 저장하고 빠져나온다.

3 Kernel Compile 컴파일된 kernel 이미지를 /tftpboot 로 복사 bootloader로 부팅 # cp ./arch/arm/boot/zImage /tftpboot/ bootloader로 부팅 minicom을 실행 한다. bootloader command mode로 target system booting make zImage 를 통해 컴파일 하면 [kernel]/arch/arm/boot/zImage 에 생성된다.

4 rootfile-system image

4 jffs2 file system Target System HOST System JTAG 2. Download JTAG Interface Serial Interface or Ethernet Interface Boot Loader FLASH Memory Linux Kernel Root File System User File system SDRAM HOST System 3.Fusing 1.Fusing 2. Download JTAG Target System

4 jffs2 file system mkfs.jffs2 설치 Host에 설치 되어있나 확인하고 되어있지 않으면 설치한다.

4 jffs2 file system flash용 파일시스템인 Jffs2 image는 mkfs.jffs2 라는 아래와 같은 명령어로 루트 파일 시스템을 만든다.

4 jffs2 file system mkjffs2 사용법 스크립트의 내용은 다음과 같다. 생성된 rootfs.img 이미지를 bootloader를 이용해 다운로드 한 후 에는 필히 flash에 write해 주어야 한다.

5 FUSING

5 FUSING Fusing 사용법 : “tftp “전송할 파일명” “해당 영역” hybus>tftp zImage kernel hybus>flash kernel hybus>tftp rootfs.img root hybus>flash root ttftp 명령에 대해서는 5.3.3 장 ramdisk 설치에서 설명한다. 일단 server에서 설정한 디렉토리(여기서는 /tftpboot 로 설정하였었다.) 에서 두번째 인자에 해당하는 이름을 가진 파일을 sdram의 ramdisk 용으로 정해진 영역에 copy한다는 정도만 알아 두면 될 것이다.

5 FUSING Booting linux kernel 정상적으로 이미지가 퓨징되었다면 타깃시스템이 잘 동작할 것이다. 다음의 boot명령어로 booting하거나 reset 버튼을 눌러 타깃시스템을 재 동작시킨다. hybus> boot 타깃시스템의 잘 동작하는지 확인한다. 이로써 타깃시스템에 대한 fusing을 마쳤다. Skip된 부분은 이미 flash memory에이미 같은 값이 씌여져 있기 때문에 넘어간 것이다.

6 Bootloader 소스분석

X-HYPER270-TKU의 부트로더 흐름도 X-HYPER270-TKU의 부트로더 흐름도

부트로더 소스 main.c 어셈블리 코드 파일: 3개 C 프로그램: 21개 기타: 스크립트 파일, Makefile, 헤더 파일 35 count = 2000; 36 autoboot = true; 37 do { 38 if (getc() != -1) { autoboot=false; break; } 39 if (!(--count % 1000)) putc('.'); 40 mdelay(1); 41 } while (count); 42 putc('\n'); 43 44 if (autoboot) { 45 printf(" autoboot started.\n"); 46 autoboot_mode(); 47 } 48 49 printf(" autoboot aborted\n"); 50 printf(" type \"help\" to get a list of commands\n"); 51 command_mode();

command.c /* command.h */ #ifndef _COMMAND_H #define _COMMAND_H 46 static struct command_t *cmdlist[] = { // 부트 명령어 선언 부분 47 &cmd_load, 48 &cmd_ping, 49 &cmd_bootp, 50 &cmd_tftp, 51 &cmd_flash, 52 &cmd_erase, 53 &cmd_config, 54 &cmd_boot, 55 &cmd_memcpy, 56 &cmd_memcmp, 57 &cmd_memset, 58 &cmd_hexdump, 59 &cmd_write, 60 &cmd_read, 61 &cmd_reboot, 62 0 63 }; ……. 112 extern bool do_command(int argc, char **argv) { // 부트 명령어 실행 부분 113 bool res = true; 114 struct command_t **cp; 115 116 if (!strcmp(argv[0], "ls")) { …… 124 } else if (!strcmp(argv[0], "help")) { 125 for (cp=cmdlist; *cp; cp++) 126 (*cp)->usage(); 127 } else { 128 for (cp=cmdlist; *cp; cp++) { 129 if (!strcmp(argv[0], (*cp)->name)) { 130 res = (*cp)->run(argc, argv); 131 return res; 132 } 133 } 134 if (!*cp) { printf(" %s : unknown command\n", argv[0]); res = false; } 135 } /* command.h */ #ifndef _COMMAND_H #define _COMMAND_H struct command_t { const char *name; bool (*run)(int argc, char **argv); void (*usage)(void); }; …

command.c 255 static void reboot_usage(void){ 256 usage_format("reboot", "software reboot"); 257 return; 258 } 259 260 static bool do_reboot(int argc, char **argv){ 261 void (*restart)(void) = 0; 262 printf(" restarting...\n"); 263 restart(); 264 return true; 265 } 266 267 struct command_t cmd_reboot = { 268 .name = "reboot", 269 .run = do_reboot, 270 .usage = reboot_usage 271 };