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2023年11月22日 星期三

[台北全新規劃] ARM Cortex-A based平台之嵌入式Linux作業系統基礎建置實作 (結合板材實作)(自備NB)

課程名稱: [台北全新規劃] ARM Cortex-A based平台之嵌入式Linux作業系統基礎建置實作 (結合板材實作)(自備NB)

課程資訊: 

https://edu.tcfst.org.tw/web/tw/class/show.asp?tcfst=yes&courseidori=12C049&fbclid=IwAR3JVkpyck1OLPxWBqcUK0dJOd3bTdO0WekH4xh1K7zn-vo5CEFMxylU8ig

上課時間：

2023/12/2~12/30(六)每週六,9:00~16:00共30小時 

上課時數：

30 小時

上課地點：

台北教育中心(台北市中正區博愛路80號3樓)

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2021年10月7日 星期四

【Embedded Linux】【開機啟動程式】關於bootloader/bootstrap名詞之探討&想法

因為前陣子剛好trace到bootstrap相關的code，今天看到Youtube上的台大資工系的OS課程影片，所以就稍微探討一下關於Bootstrap這名詞的使用與定義差異，雖然這些名詞或許本來就難免會隨著年代及平台的差異而被混用。 

該台大資工系課程影片中16:38開始的部分 (對應這篇po文的第一張截圖圖片) https://www.youtube.com/watch?v=OQiCacvx5rQ&t=997s 

以下是探討的部分: 

雖然boot就是源自於bootstrap的縮寫，但有些名詞如果要細究，似乎又有些在名詞定義有所差異的狀況可以探討。 

後來發現上面那課程投影片以及說法是恐龍本(恐龍書)內的部分描述，而課程影片似乎是更簡化一些的PPT呈現與描述方式。

實際上如果是ARM(如Cortex-Ax系列) based的嵌入式SoC Linux系統，從bootROM到head.o、misc.o(被包含在被壓縮的kernel核心的zImage之中)之間包含許多階段的軟韌體程式。 

在系統啟動/上電之初負責初始化hardware(例如課程影片照恐龍本內容所提到的CPU registers, device controller , memory)的程式，其實就嵌入式系統常見說法是bootloader (此處將這些名詞區分得詳細些) (註: 關於初始化硬體的部分，在常見的PC架構則是會有一部分稱作BIOS，而在嵌入式系統通常將這些部分統稱為bootloader。所以若要對照常見的嵌入式系統架構的話，可對照或類似於嵌入式系統的bootloader的某一部分，如許多SoC內的boot ROM內的ROM code就是類似的其中一部分，當然其實也還包含ROM code之後的一些部分)。 

因為有著上述被包含在被壓縮的kernel核心的zImage之中的head.o、misc.o等程式(注意，這篇po文所講的head.o指的並不是那個不包含一堆object file的那個Linux核心本尊vmlinux內的那個head.o，雖然它們都在zImage之中。另外要注意有兩種情況都叫作vmlinux)，

所以若嚴格或精確一點來說(至少在開頭描述過的嵌入式系統上)，或許 不適合 將 負責 繁複的硬體初始化 及 zImage階段的處理器配置(如快取、暫時關閉中斷訊號、準備C code執行環境等) 的head.o、負責解壓縮、重定址Linux kernel等步驟的misc.o等程式 都全部統稱為Bootstrap program或全部統稱為bootloader，因為head.o、misc.o等程式，主要是負責把被壓縮的OS核心zImage解壓縮 & 重新定址等等的動作的部分，而並不是負責所謂的initialize all aspect of the system hardware。 

國外有一本有名的、介紹嵌入式Linux的書籍([1])的5.1.3節的內容是將Bootstrap program與Bootloader作出區隔，這本書將zImage之中的head.o與misc.o等程式歸類為Bootstrap program，但這樣的區隔方式也可能會造成混淆，畢竟boot這詞源自於bootstrap，會讓人覺得Bootstrap program原本就是bootloader不是嗎? 但head.o、misc.o也是屬於將OS kernel帶起的重要程式(只是不屬於我們常講的bootloader的範疇)，所以我認為[1]這本書的作者會想要作出這種區隔也還算可以理解。 

總結一下，簡單來說，在有跑Linux的嵌入式系統中，負責課程影片內所指的(系統啟動/上電之初的)initialize all aspect of the system hardware(如memory)的階段通常稱為bootloader；而被包含於zImage的階段的head.o、misc.o等帶起核心的必要程式，已經不屬於我們常講的bootloader階段，

所以如果在OS課程中將這些部分都統稱為bootstrap program或bootloader，可能是會顯得比較rough一些。當然了，一般大學部的OS課程若要講得很詳細的話，或許也不容易，但如果是針對一般的PC系統講解，則負責最初initialize all aspect of the system hardware的應該是BIOS，在BIOS負責的任務結束之後才換成bootloader(bootstrap program)接手。 

另外，其實bootloader初始化系統硬體之後，也不一定就要接著帶起一個OS kernel，也可以是接著帶起non-OS program，端看實際的應用需求而定。 

題外話，關於開機初始化memory的方面 (於bootloader的階段)，小弟個人過去在科技業工作時，曾實際負責過相關內容多次 (bring up過多款會跑Linux/Android的SoC系統晶片的公版軟韌體)。 

Ref: [1] Embedded Linux Primer: A Practical Real-World Approach, 2/e，https://www.tenlong.com.tw/products/9780137017836




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孫文良 (阿良的嵌入式系統技術學習區)

個人簡介: https://sites.google.com/view/wenliangsun/

【若需要嵌入式系統技術輔導課程 可來信洽談合作方式: iws6645@gmail.com，亦可先參考 課程招生網頁連結】


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2021年8月20日 星期五

【Embedded Linux(嵌入式Linux)系列課程】Kernel之編譯建置與執行 課程簡介

Embedded Linux系列之Kernel之編譯建置與執行 課程簡介

Kernel為作業系統的核心，是現代作業系統之中最基本也是最主要的單元，簡略而言，Kernel主要負責整體電腦系統的資源管理。

延續上一節Bootloader開機啟動程式建置與執行之課程內容後，這節課程將會帶領學員:

  • 課程實驗內容將透過 純文字指令方式(command line) 進行，符合科技產業界對於此類系統的開發方式

  • 在Host PC端之Ubuntu Linux開發環境中，取得Linux Kernel source code，並透過GNU Toolchain編譯工具對其進行編譯，以建置出給Beaglebone Blcak嵌入式系統開發板所運行的Embedded Linux Kernel Image

  • 製作Boot script(包含帶給Kernel的必要啟動參數以及與啟動核心相關的UBoot指令)

  • 介紹如何讓Beaglebone Blcak板子從SD卡載入並啟動Linux Kernel Image

  • 介紹在產業界工作常會使用到的透過TFTP(Trivial File Transfer Protocol)從Host PC端載入Embedded Linux Kernel Image到Beaglebone Blcak板子上並且執行的方式 
  • 介紹如何編譯裝置結構樹devicetree source file(.dts)以得到device tree binary(.dtb)，及如何透過UBoot將其載入給Linux Kernel

實驗Demo影片(註: 此為尚未建置Filesystem的狀態):

從SD卡(MMC)載入並啟動Linux Kernel (透過boot script自動booting)


透過TFTP從Host PC端載入Embedded Kernel Image到Beaglebone Blcak板子上並且執行 
(刻意敲UBoot指令給大家看)



本園區之FB粉絲專頁如下:

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2021年8月13日 星期五

【Embedded Linux(嵌入式Linux)系列課程】Bootloader開機啟動程式之編譯建置與執行 課程簡介

Embedded Linux系列之Bootloader課程簡介

Bootloader 為 開機啟動程式，其主要任務簡而言之為在電腦系統上電(Power ON)之初的階段，對系統硬體(包含CPU自身、Clock系統、周邊裝置、DRAM、Storage device等)進行一系列的初始化，並負責啟動作業系統核心(OS Kernel)。

註: 若拿SoC based嵌入式系統和PC系統作比對，粗略而言，則嵌入式系統的bootloader，即涵蓋了PC系統的BIOS及bootloader的功能(意思就是負責上電之初的硬體初始化與帶起OS Kernel等工作，在嵌入式系統上都是由bootloader負責)。這只是作個粗略的比對/比擬，當然兩種系統在細節上還是有些差異。

本課程將會帶領學員:

  • 在Host PC端之安裝於虛擬機器的Ubuntu Linux distribution環境中，透過純文字指令式(command line)之方式進行開發(讓學員了解Embedded Linux系統於產業界的常見開發方式)
  • 使用GNU編譯工具練(GNU Toolchain)對UBoot source code進行編譯，建置出MLO或稱x-loader的SPL (Secondary program loader) 與 uboot.img (Third stage program loader)，並且於核心系統晶片(SoC)為ARM Cortex-A8 CPU based AM3358的BeagleboneBlack RevC開發板上執行
  • 針對課程實驗內容所用到的Storage Device(SD Card)作妥適的分割與格式化處理
  • 介紹UBoot的部分常用指令並引導學員進行實作練習
  • 背景基礎觀念
    • Bootloader運行流程，從ROM Code(bootROM)到MLO (SPL, Secondary program loader)階段，再到 uboot.img (Third stage program loader)的執行流程基礎原理
    • 相關軟韌硬體平台觀念(non-OS/OS based系統差異、MPU/MCU/SoC、DRAM/SRAM、NOR/NAND/eMMC flash memory特性，何謂Memory map I/O與Port map I/O)

UBoot於BeagleboneBlack開發板之執行之畫面 (尚未置入Linux Kernel與filesystem)如下影片。

註: 實驗用開發板並不一定只限於BeagleboneBlack，若學員希望使用/學習其它款式的硬體平台，請事先與講師討論協議。


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