Linux Kernel 之四移植过程详解、STM32F769I-EVAL 开发板适配

在之前的博文 Linux Kernel 之一完整嵌入式 Linux 环境、构建工具、编译工具链、CPU 体系架构中说了要一步步搭建整个嵌入式 Linux 运行环境，今天主要学习一下将 Linux 内核适配 STM32F769I-EVAL 开发板。

源码

文中涉及的源代码均放到了我个人的 Github 上：https://github.com/ZCShou/BOARD-STM32F769I-EVAL。这个仓库中包含了要搭建的完整嵌入式 Linux 环境的所有源代码，后续博文均以该仓库中的源码为基础来学习！
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开发环境

我这里使用的基本开发环境依旧是在之前博文中多次说明的 Ubuntu 22.04.1 LTS + Arm GNU Toolchain 11.3.Rel1，对应的 J-link 也依旧是 J-Link_Linux_V764e_x86_64.deb。该环境下需要注意的问题说明如下：
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由于 Ubuntu 22.04 LTS 默认是标配 OpenSSL 3.x，而旧版 U-Boot 使用的是 OpenSSL 1.x，所以，该环境编译旧版 U-Boot（从 commit e927e21c 开始添加了相关处理）将出现一堆警告，因此，后续使用 u-boot-v2022.10 这个版本为主：
Arm GNU Toolchain 10.2-2022.02 存在 BUG，导致编译 U-Boot 报错，不要使用这个版本！
新版（Arm GNU Toolchain 10.3 之后的版本）的 Arm GNU Toolchain 在 Linux 上 GDB 需要 Python3.8 支持。然而，Ubuntu 22.04 默认的 Python 是 3.10。直接运行 arm-none-eabi-gdb 报错如下：

解决方法就是直接手动安装 Python3.8 即可。 旧版的 Arm GNU Toolchain 10.3 -2021.10 不需要 Python 支持
```
sudo add-apt-repository ppa:deadsnakes/ppa -y
sudo apt install python3.8
```

我使用的是 VSCode 来查看 U-Boot + Kernel 源代码，为了查看方便，我把不需要的文件进行了隐藏，通过将不需要的文件排除在外，加快搜索等操作的执行，也避免了过多无用结果。以下是我的 VSCode 配置：

{"files.exclude": {"**/.git": true,"**/.svn": true,"**/.hg": true,"**/CVS": true,"**/.DS_Store": true,"u-boot-v2021.10":true,// arch"**/mips": true,"**/powerpc": true,"**/riscv": true,"**/ti": true,"**/x86": true,"**/sandbox": true,"**/arch/{arc,m68k,microblaze,mips,nios2,powerpc,riscv,sandbox,sh,x86,xtensa,um,sparc,s390,parisc,openrisc,nds32,ia64,hexagon,h8300,csky,arm64,alpha}": true,// cpu"**/arch/arm/cpu/{arm11,arm720t,arm920t,arm926ejs,arm946es,arm1136,arm1176,armv7,armv8}": true,// machine"**/arch/arm/mach-[^s]*": true,"**/arch/arm/mach-s[^t]*": true,"**/arch/arm/mach-st[^m]*": true,"**/arch/arm/mach-stm32[$^m]*": true,// dts"**/dts/[^s|^M|^i|^a|^d|^.]*": true,"**/dts/d[^t]*": true,"**/dts/i[^n]*": true,"**/dts/in[^c]*": true,"**/dts/a[^r]*": true,"**/dts/ar[^m]*": true,"**/dts/arm[^v]*": true,"**/dts/s[^t]*": true,"**/dts/st[^m|^-]*": true,"**/dts/stm32[^f]*": true,"**/dts/stm32f[^7]*": true,"**/dts/stm32f7[^6|4|^-]*": true,"**/dts/stm32f769-[^e|d|p]*": true,// configs"**/configs/[^s]*": true,"**/configs/s[^t]*": true,"**/configs/st[^m]*": true,"**/configs/stm[^3]*": true,// "**/configs/stm3[^2]*": true,"**/configs/stm32[^f|^_]*": true,"**/configs/stm32f[^7]*": true,// "**/configs/stm32f7[^6|^4]*": true,// "**/configs/stm32f769-[^e]*": true,// board"**/board/[^s]*": true,"**/board/s[^t]*": true,"**/board/ste": true,"**/board/sto*": true,"**/board/st/st[^m]*": true,"**/board/st/stm32[^f]*": true,// "**/board/st/stm32f[^7]*": true,// "**/board/st/stm32f7[^6|^4]*": true,},"editor.insertSpaces": false
}

运行环境

我使用的嵌入式环境是 STM32F769I-EVAL 板子。STM32F769I-EVAL 板子使用的 STM32F769NI 这个 MCU，STM32F769NI 这款 MCU 采用的是 ARM Cortex-M7 的核心，指令集架构是 ARMv7m。此外，还需要注意，这个板子上的的串口的 RX 默认是断开，需要用短路帽连接起来。
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Linux 内核本身提供了对于 STM32 的支持，不过并没有提供 STM32F769I-EVAL 板子对应的设备树文件。配置文件是 ./arch/arm/configs/stm32_defconfig。不过，这个文件更像是一个 DEMO，其中的有些内容并不符合我们的 STM32F769I-EVAL 开发板，本篇博文的移植主要就是添加对于 STM32F769I-EVAL 板子的支持。

移植过程

绝大多数情况下，移植工作都不是从零开始。Linux Kernel 中默认提供了对于 STM32F769-disco 的支持，STM32F769I-EVAL 的移植完全可以参考它来进行。此外，在博文 U-Boot 之二移植过程详解、 STM32F769I-EVAL 开发板适配已经将学习过设备树相关的适配，而 U-Boot 的设备数文件和 Linux 内核中的是基本一致的。
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增加 STM32F769-eval 设备树文件：./arch/arm/boot/dts/stm32f769.dtsi 和 ./arch/arm/boot/dts/stm32f769-eval.dts。stm32f769.dtsi 是直接复制的 stm32f746.dtsi 然后更名的，没有任何修改；stm32f769-pinctrl.dtsi 原来就存在，不需要改动；stm32f769-eval.dts 是直接复制的 stm32f769-disco.dts，然后做了如下更改：
将新增的 stm32f769-eval.dts 添加到 ./arch/arm/boot/dts/Makefile 中，否则编译系统不会编译我们新增的设备树文件。
编辑 ./arch/arm/mach-stm32/board-dt.c，在其中增加自己的 MCU 。由于 Linux 本身提供了对于 STM32F769-disco 开发板的支持，因此这里面已经有了 STM32F769，因此，我们 board-dt.c 不要更改。

此外，还需要在 MCU 这一级的 Kconfig 文件 ./arch/arm/mach-stm32/Kconfig 中添加我们的 MCU。同样，由于 Kconfig 中已经存在 MAC_STM32F769 了，这里我也不需要更改。此外，这里默认选择了全部 MCU，我修改为只选中 STM32F769。也可以后面在 menuconfig 中手动更改，效果是一样的。
将 STM32 的配置添加到 ARM 架构这一级的 ./arch/arm/Kconfig 配置系统中。同样，由于 Linux 本身提供了对于 STM32F769-disco 开发板的支持，因此这里面已经有了 ./arch/arm/mach-stm32/Kconfig，因此，不需要更改。

这里需要注意，我们的 STM32F769 是没有 mmu 的，因此，实际在 ./arch/arm/Kconfig-nommu 文件中有很多真多我们的 MCU 的默认配置，这里不需要修改，后面可以直接使用 stm32_deconfig 文件中的配置覆盖这些默认配置。
将 ARM 架构添加到架构一级的总的 Kconfig 系统 ./arch/Kconfig 中。同样，由于 Linux 本身提供了对于 STM32 的支持，这里不需要改动。
修改默认的配置文件：./arch/arm/configs/stm32_defconfig。在 Linux Kernel 中，所有 STM32 共用这一个配置文件，这个文件中的部分内容并不能适合我们的开发板。如果不想修改这个文件，我们可以直接新建一个 stm32f769_defconfig，主要修改如下：
1. 修改 DRAM 的地址和大小
2. 取消 XIP，因为 STM32F769 的内部 FLASH 放不开我们的 Image。
之所以在这个配置文件中修改配置是为了不用每次编译都在 ARCH=arm CROSS_COMPILE=arm-none-eabi- make O=build_stm32 menuconfig 进行修改，一劳永逸！

开发板适配

上面的移植仅仅是在 Linux Kernel 中添加了 STM32F769I-EVAL 的支持，接下来还需要根据 STM32F769I-EVAL 的手册修改移植的文件内容，使其完全符合 STM32F769I-EVAL 中各种资源的定义。

注意，Linux Kernel 中的设备树与 U-Boot 中的基本是一致的（U-Boot 的文件就来自于 Linux Kernel），因此，完全可以直接参照在在博文 U-Boot 之二移植过程详解、 STM32F769I-EVAL 开发板适配中的适配过程。甚至直接对比文件复制相关改动即可。
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DRAM: 16 MiB

根据 STM32F769I-EVAL 手册说明，DRAM 应该是 32MB，这里显示是 16 MiB，显然是不对的。
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STM32F769I-EVAL 手册中说 DRAM 芯片是 IS42S32800G-6BLI，我们需要根据手册，修改 FMC 在设备树文件中有描述。

MMC: no card present

STM32F769-EVAL 开发板上是有 SD 卡的。但是这里显示没有卡。不出意外的话，这里是由于 STM32F769-Disco 与 STM32F769-EVAL 在这方面配置不同导致。下图是两款开发板关于 SD 卡的说明：
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从中我们可以看出，两款开发板使用的 SDMMC 并不相同！EVAL 开发板有两个 SD 卡插槽：SD1 -> SDMMC1，SD2 -> SDMMC2。而 Discovery 板子只有一个 SD卡插槽：SD -> SDMMC2。关键在于 SDMMC2 的管脚使用是不一样的！

EVAL 板子需要我们修改一下板子的硬件，如上图红色框中所示。从修改便捷性来说，我们直接使用 SD2 即可，只需要配置 JP7 即可
MicroSDcard _detect 引脚需要更改。但是这里有个问题。EVAL 板子中，这个引脚是连接到扩展 IO 的，如何配置到设备树还没处理！不过，我们可以找个临时处理方法：我们借用 PC13 这个引脚，因为正好这个引脚是高电平，正好可以表示 SD 卡插入。