Stratix 10 SOC U-Boot 与 ATF 编译构建教程

5. 配置 Stratix 10 通用 defconfig

make socfpga_stratix10_defconfig

该命令将 ./configs/socfpga_stratix10_defconfig 文件内的配置信息刷到 U-Boot 根目录下的 generated_defconfig 文件。

6. 编译 U-Boot

make -j

可自动生成 SPL 和 U-Boot。

7. 处理依赖缺失

编译过程可能会提示没有 gcc 或者 python 等依赖，使用以下命令安装：

sudo apt update
sudo apt install build-essential
sudo apt install python3

8. 处理时间同步警告

编译过程出现 make[1]: warning: Clock skew detected. Your build may be incomplete，是因为 Makefile 的修改时间大于系统的当前时间，这里是 WSL 系统时间同步问题。

查询 WSL 系统的当前时间，可能比 Windows 系统时间慢。安装后台同步时间的服务 chrony：

sudo apt update
sudo apt install chrony
sudo systemctl status chrony

再次查询 WSL 系统的当前时间，应与 Windows 系统时间相同。

9. 处理缺少外部 Blob 错误

重新编译 U-Boot 后，报错提示：Image 'u-boot' is missing external blobs and is non-functional: blob-ext 或 bl31.bin。

出现该错误的原因是 U-Boot 编译需要 ATF 支持，但缺少关键的二进制 blob 文件 (bl31.bin)。bl31.bin 是 ATF 的 Stage 3-1 镜像，负责提供安全监控调用 (SMC)、PSCI 电源管理等服务。U-Boot 的 FIT 镜像在 build 时需要把 bl31.bin 打包进去，但找不到该文件，故 Binman 报错并中止编译。

四、ATF 编译

1. 下载 ATF 源码

GitHub 链接：GitHub - altera-fpga/arm-trusted-firmware 建议使用 Latest stable branch。

2. 设置环境变量

解压后切换到 ATF 源码路径，设置编译工具链环境变量，并检查交叉编译工具链是否 ok：

cd /mnt/g/Stratix10_uboot/arm-trusted-firmware-socfpga_v2.13.0/
export PATH=/gcc-arm-11.2-2022.02-x86_64-aarch64-none-linux-gnu/bin:$PATH
export CROSS_COMPILE=aarch64-none-linux-gnu-
aarch64-none-linux-gnu-gcc --version

3. 编译 ATF

make PLAT=stratix10 clean
make PLAT=stratix10 all

4. 确认输出文件

在 ./build/stratix10/release 路径下成功编译 bl2.bin, bl31.bin。

五、U-Boot & bl31.bin 编译

1. 复制 bl31.bin

切换到 U-Boot 源码路径，把刚才编译好的 bl31.bin 复制到 U-Boot 根目录：

cp /mnt/g/Stratix10_uboot/arm-trusted-firmware-socfpga_v2.13.0/build/stratix10/release/bl31.bin .

2. 重新编译 U-Boot

PATH=/gcc-arm-11.2-2022.02-x86_64-aarch64-none-linux-gnu/bin:$PATH
export CROSS_COMPILE=aarch64-none-linux-gnu-
aarch64-none-linux-gnu-gcc --version
make distclean
make -j

3. 确认编译结果

在 spl/ 路径下生成 u-boot-spl.bin, u-boot-spl-dtb.bin 和 u-boot-spl-dtb.hex 文件，最后 OFCHK .config 检查配置并正常退出，说明 U-Boot 编译成功。

4. 验证 FIT 镜像

使用以下命令查看，U-Boot 根目录下 FIT 镜像 u-boot.itb 是否包含 bl31.bin 和 u-boot：

./tools/dumpimage -l u-boot.itb

Image 1 (atf) 子镜像就是 bl31.bin，说明 bl31.bin 已打包 ok。

5. 生成的文件说明

1. U-Boot 根目录下：
   • u-boot 文件：ELF 格式，主要用于开发调试。
   • u-boot.itb 文件：FIT 格式，封装了内核、设备树等，主要用于固化部署，即 HPS SSBL 文件。
2. spl/路径下：
   • u-boot-spl.bin：即 HPS FSBL 文件，该 BIN 格式文件用于烧录到 flash。

6. HPS Boot 流程回顾

Stratix 10 SoC 中 HPS 的 Boot 流程（简化版，省掉 FPGA 配置）：

1. Power On。
2. SDM 先加载 HPS EMIF IO，再加载 HPS FSBL (u-boot-spl.bin) 到 HPS 的片上 RAM 的 0x00000000 地址，最后释放 HPS 的复位。
3. HPS 执行 FSBL（初始化 DRAM、时钟、外设等），再从启动介质加载 SSBL (u-boot.itb) 到 HPS 侧 DRAM。
4. HPS 跳转执行 SSBL。
5. SSBL 加载 Linux Kernel/Application。

7. SPL 源码分析

SPL 源码中有详细的 FSBL 初始化流程（SPL 源码绝对路径：./arch/arm/mach-socfpga/spl_s10.c），请参考已注释的 SPL 源码：

// SPDX-License-Identifier: GPL-2.0
/*
 * Copyright (C) 2016-2023 Intel Corporation <www.intel.com>
 */
#include <hang.h>
#include <init.h>
#include <log.h>
#include <asm/global_data.h>
#include <asm/io.h>
#include <asm/utils.h>
#include <debug_uart.h>
#include <image.h>
#include <spl.h>
#include <asm/arch/clock_manager.h>
#include <asm/arch/firewall.h>
#include <asm/arch/mailbox_s10.h>
#include <asm/arch/misc.h>
#include <asm/arch/reset_manager.h>
#include <asm/arch/smmu_s10.h>
#include <asm/arch/system_manager.h>
#include <wdt.h>
#include <dm/uclass.h>

DECLARE_GLOBAL_DATA_PTR;

void board_init_f(ulong dummy)
{
    // 初始化运行环境
    const struct cm_config *cm_default_cfg = cm_get_default_config();
    int ret;
    struct udevice *dev;

    ret = spl_early_init(); // 初始化 SPL 内存池、malloc
    if (ret)
        hang();

    // 获取 Stratix 10 外设基地址，包括时钟、复位、系统管理等寄存器
    socfpga_get_managers_addr();

    /* Ensure watchdog is paused when debugging is happening */
    writel(SYSMGR_WDDBG_PAUSE_ALL_CPU, socfpga_get_sysmgr_addr() + SYSMGR_SOC64_WDDBG);
    // 配置看门狗
    /*
     * Enable watchdog as early as possible before initializing other
     * component.
     */
    if (CONFIG_IS_ENABLED(WDT))
        initr_watchdog();

    /* ensure all processors are not released prior Linux boot */
    writeq(0, CPU_RELEASE_ADDR); // 清除 CPU 释放寄存器，确保所有核在 reset

    // 初始化定时器
    socfpga_per_reset(SOCFPGA_RESET(OSC1TIMER0), 0);
    timer_init();

    // 初始化 FSBL 和 SDM 之间通信的 Mailbox，FSBL 获取 SDM 侧 QSPI flash 访问控制权的请求通道
    mbox_init();
    mbox_hps_stage_notify(HPS_EXECUTION_STATE_FSBL);

    // 引脚复用初始化，根据 Platform Designer 中 HPS 外设 IO 配置进行初始化
    sysmgr_pinmux_init();

    /* configuring the HPS clocks */
    cm_basic_init(cm_default_cfg); // HPS 时钟系统初始化，包括 HPS，DRAM 和 HPS 外设等时钟

    // 调试 UART 初始化，建议开发调试阶段开启
#ifdef CONFIG_DEBUG_UART
    socfpga_per_reset(SOCFPGA_RESET(UART0), 0);
    debug_uart_init();
#endif
    preloader_console_init(); // 控制台注册，使用 printf/puts 函数可以输出 log
    print_reset_info(); // 显示上次复位原因（POR, WDOG, 软件复位等），用于调试
    cm_print_clock_quick_summary(); // 打印关键时钟频率（CPU, DDR, OSC1 等），用于调试

    // 初始化 Security Register & Firewall
    ret = uclass_get_device_by_name(UCLASS_NOP, "socfpga-secreg", &dev);
    if (ret) {
        printf("Firewall & secure settings init failed: %d\n", ret);
        hang();
    }

    // 初始化 DRAM，包括 DRAM PHY/controller initial/calibration + tarining
#if CONFIG_IS_ENABLED(ALTERA_SDRAM)
    ret = uclass_get_device(UCLASS_RAM, 0, &dev);
    if (ret) {
        debug("DRAM init failed: %d\n", ret);
        hang();
    }
#endif

    // 初始化 QSPI
#ifdef CONFIG_CADENCE_QSPI
    mbox_qspi_open();
#endif
}

8. 转换 FSBL 为 HEX 格式

前言中用于 JTAG 加载启动的 HPS SOF 文件，是由 sof 文件和 HPS FSBL Hex 文件打包生成的，而 U-Boot 编译生成的 HPS FSBL (u-boot-spl.bin) 文件不能直接用于打包，需要用 ELF 格式的 u-boot-spl 文件转换出 HEX 格式的 u-boot-spl.hex。

9. 执行转换命令

aarch64-none-linux-gnu-objcopy -O ihex spl/u-boot-spl spl/u-boot-spl.hex

10. 完成打包

查看已生成 HPS FSBL HEX 文件，接下来就可以打包 HPS SOF 文件，再用 JTAG 加载启动了。