搭建FPGA SOC系统（4）制作SDcard映像

左丘曦

2023-12-01

学习主要参考https://rocketboards.org/foswiki/Documentation/EmbeddedLinuxBeginnerSGuide

1. 分区

我们将创建一个512兆字节的映像，其中FAT分区将占用256兆字节，根文件系统将使用254兆字节，原始A2分区将使用1兆字节(最后1兆字节由MBR占用)。每个嵌入式Linux设备都有不同的大小要求。如果您发现您的根文件系统需要更多的空间，请稍后回到这一节，用更大的分区重新创建SD卡。

**注意：**创建顺序必须按照分区号为3 2 1的顺序进行，跟着本文顺序即可。

1.1.启动

Linux下，终端输入以下指令.

dyq@ubuntu:$ sudo dd if=/dev/zero of=sdcard.img bs=512M count=1

其功能是备份/dev/zero开始的512个字节大小的Master Boot Record （MBR）信息到指定文件，count=1指仅拷贝一个块；bs=512指块大小为512个字节。

具体解释参考：
http://blog.sina.com.cn/s/blog_8b5bb24f01016y3o.html
https://www.cnblogs.com/patf/articles/3733259.html

输入以下指令，查找可用的可挂载的分区

dyq@ubuntu:$ sudo losetup --show -f sdcard.img
/dev/loop0  #这个是终端自动弹出的，不同设备不一定一致，后面的所有/dev/loop0都要改成自己终端显示的

由上面显示/dev/loop0,输入以下指令开始对映像进行分区。

dyq@ubuntu:$ sudo fdisk /dev/loop0
Welcome to fdisk (util-linux 2.27.1).
Changes will remain in memory only, until you decide to write them.
Be careful before using the write command.

Device does not contain a recognized partition table.
Created a new DOS disklabel with disk identifier 0x56937e18.

Command (m for help):

输入p可查看该分区的大小：

Command (m for help): p
Disk /dev/loop1: 512 MiB, 536870912 bytes, 1048576 sectors
Units: sectors of 1 * 512 = 512 bytes
Sector size (logical/physical): 512 bytes / 512 bytes
I/O size (minimum/optimal): 512 bytes / 512 bytes
Disklabel type: dos
Disk identifier: 0x56937e18

1.2.创建a2主分区

主分区存放的是预加载程序映像。每个预加载程序映像(在预加载程序部分生成)将包含四个冗余的64KB预加载程序映像(以防闪存损坏),因此该分区至少需要256KB。

输入n，开始创建分区，然后输入p将该分区设为主分区，分区号设为3，然后启动地址为默认直接回车（MBR占用1M空间，所以起始空间为2048bit），结束地址处，输入+1M，即创建该分区为1MB。

Command (m for help): n
Partition type
   p   primary (0 primary, 0 extended, 4 free)
   e   extended (container for logical partitions)
Select (default p): p
Partition number (1-4, default 1): 3
First sector (2048-1048575, default 2048): 
Last sector, +sectors or +size{K,M,G,T,P} (2048-1048575, default 1048575): +1M

Created a new partition 3 of type 'Linux' and of size 1 MiB.

很明显，默认情况下，fdisk用“Linux”类型创建每个分区。我们需要再进行设置一下，改为a2类型。输入t进行修改，然后输入a2 进行设置，因为a2是altera的专属设置，因此idisk识别不了，即显示unknown。

Command (m for help): t
Selected partition 3
Partition type (type L to list all types): a2
Changed type of partition 'Linux' to 'unknown'.

1.3.创建根文件系统分区

此时，Master Boot Record(MBR)和A2分区将用完2mb。现在，我们将为根文件系统添加254MB的分区。将分区2创建为254MB的主分区，默认起始扇区为4096。

Command (m for help): n
Partition type
   p   primary (1 primary, 0 extended, 3 free)
   e   extended (container for logical partitions)
Select (default p): p
Partition number (1,2,4, default 1): 2
First sector (4096-1048575, default 4096): 
Last sector, +sectors or +size{K,M,G,T,P} (4096-1048575, default 1048575): +254M

Created a new partition 2 of type 'Linux' and of size 254 MiB.

默认情况下，fdisk实用程序将分区类型设置为“Linux ”,因此我们不需要更改根文件系统的分区类型(我们仍然需要在以后实际创建文件系统)。

1.4.创建FAT分区

FAT分区存放boot文件。该分区为主分区，为1号分区位置。

Command (m for help): n
Partition type
   p   primary (2 primary, 0 extended, 2 free)
   e   extended (container for logical partitions)
Select (default p): p
Partition number (1,4, default 1): 1
First sector (524288-1048575, default 524288): 
Last sector, +sectors or +size{K,M,G,T,P} (524288-1048575, default 1048575): 

Created a new partition 1 of type 'Linux' and of size 256 MiB.

将分区1更改为FAT分区(这不会创建文件系统，只是通知读取SD卡的设备在这个分区上将有一个FAT文件系统)。

Command (m for help): t
Partition number (1-3, default 3): 1
Partition type (type L to list all types): b

Changed type of partition 'Linux' to 'W95 FAT32'.

1.5.验证及保存

打印出分区表，并验证它如下所示。

Command (m for help): p
Disk /dev/loop1: 512 MiB, 536870912 bytes, 1048576 sectors
Units: sectors of 1 * 512 = 512 bytes
Sector size (logical/physical): 512 bytes / 512 bytes
I/O size (minimum/optimal): 512 bytes / 512 bytes
Disklabel type: dos
Disk identifier: 0xf37aca44

Device       Boot  Start     End Sectors  Size Id Type
/dev/loop0p1      524288 1048575  524288  256M  b W95 FAT32
/dev/loop0p2        4096  524287  520192  254M 83 Linux
/dev/loop0p3        2048    4095    2048    1M a2 unknown

Partition table entries are not in disk order.

输入w，保存对sdcar.img的设置

Command (m for help): w
The partition table has been altered.
Calling ioctl() to re-read partition table.
Re-reading the partition table failed.: Invalid argument

The kernel still uses the old table. The new table will be used at the next reboot or after you run partprobe(8) or kpartx(8).

最后输入如下指令告诉内核进行更新，否则内核找不到刚才设立的分区。

sudo partprobe /dev/loop0

2.制作根文件系统

在此之前需要准备以下文件：

/home/dyq/software/spl_bsp/preloader-mkpimage.bin

/home/dyq/software/u-boot-socfpga/u-boot.img

/home/dyq/software/u-boot-socfpga/u-boot.scr

/home/dyq/software/soc_system.dtb

/home/dyq/software/soc_system.rbf

2.1.创建预加载程序映像

将预加载程序放入a2分区。注意前面a2分区为3号，因此为of=/dev/loop1p3。

每个预加载程序映像(在预加载程序部分生成)将包含四个冗余的64KB预加载程序映像(以防闪存损坏),因此该分区至少需要256KB。

sudo dd if=/home/dyq/software/spl_bsp/preloader-mkpimage.bin of=/dev/loop0p3 bs=64k seek=0

2.2.创建FAT文件系统与ext4文件系统

在分区1(我们设置为“FAT”类型的分区)上创建FAT文件系统。

sudo mkfs -t vfat /dev/loop0p1

终端反馈如下为正常。

mkfs.fat 3.0.28 (2015-05-16)
unable to get drive geometry, using default 255/63

终端输入如下，在分区2创建ext4文件系统。也就是后面的根文件系统

sudo mkfs.ext4 /dev/loop0p2

终端反馈如下

mke2fs 1.42.13 (17-May-2015)
Discarding device blocks: done                            
Creating filesystem with 260096 1k blocks and 65024 inodes
Filesystem UUID: cc86faf1-dd59-4978-a4ae-43dd1163c3e2
Superblock backups stored on blocks: 
	8193, 24577, 40961, 57345, 73729, 204801, 221185

Allocating group tables: done                            
Writing inode tables: done                            
Creating journal (4096 blocks): done
Writing superblocks and filesystem accounting information: done

2.3.复制引导程序到FAT分区

创建临时挂载文件，挂载fat文件系统。

mkdir temp_mount
sudo mount /dev/loop0p1 ./temp_mount

复制所有引导文件(u-boot.img、u-boot.scr、soc_system.dtb、soc_system.rbf)。

sudo cp /home/dyq/software/u-boot-socfpga/u-boot.img /home/dyq/software/u-boot-socfpga/u-boot.scr /home/dyq/software/soc_system.dtb /home/dyq/software/soc_system.rbf temp_mount

复制文件后，同步(确保文件被写入映像)并卸载FAT分区。

sync
sudo umount temp_mount

3.刻录sdcard

首先将sdcard插入电脑。
输入**lsblk**查看USB设备。

dyq@ubuntu:/dev$ lsblk 
NAME      MAJ:MIN RM  SIZE RO TYPE MOUNTPOINT
sdb         8:16   1  7.3G  0 disk 
├─sdb2      8:18   1  2.1G  0 part /media/dyq/586a3d9d-5074-4bfb-a18a-46ede4bcb7
├─sdb3      8:19   1    2M  0 part 
└─sdb1      8:17   1  100M  0 part /media/dyq/de10-nano
sr0        11:0    1 1024M  0 rom  
loop0       7:0    0  512M  0 loop 
├─loop0p3 259:2    0    1M  0 loop 
├─loop0p1 259:0    0  256M  0 loop 
└─loop0p2 259:1    0  254M  0 loop 
sda         8:0    0   20G  0 disk 
├─sda2      8:2    0    1K  0 part 
├─sda5      8:5    0  975M  0 part [SWAP]
└─sda1      8:1    0   19G  0 part /

可看到sdb为sdcard设备，如果不确定是否是这个，可以将sdcard弹出，再输入**lsblk**看看哪一个设备消失了以确定设备的正确性。

dyq@ubuntu:/dev$ lsblk 
NAME      MAJ:MIN RM  SIZE RO TYPE MOUNTPOINT
sr0        11:0    1 1024M  0 rom  
loop0       7:0    0  512M  0 loop 
├─loop0p3 259:2    0    1M  0 loop 
├─loop0p1 259:0    0  256M  0 loop 
└─loop0p2 259:1    0  254M  0 loop 
sda         8:0    0   20G  0 disk 
├─sda2      8:2    0    1K  0 part 
├─sda5      8:5    0  975M  0 part [SWAP]
└─sda1      8:1    0   19G  0 part /

拔出后发现sdb消失了。因此可确定sdb为sdcard设备。

输入以下指令将制作的SDcard.img刻录到SD卡。这需要几分钟的时间。

dyq@ubuntu:~$ sudo dd if=sdcard.img of=/dev/sdb bs=2048
262144+0 records in
262144+0 records out
536870912 bytes (537 MB, 512 MiB) copied, 285.906 s, 1.9 MB/s
dyq@ubuntu:~$ sync

如果提示找不到sdcard.img文件，应该是当前终端的路径不在sdcard.img所在的空间，可以把if=sdcard.img改为绝对路径再执行命令，或者把路径调整到该文件所在路径即可。

至此SDcard映像已经完成制作。

将SDcard插到开发板，上电启动通过putty查看打印的数据：


U-Boot SPL 2013.01.01 (Mar 29 2022 - 13:42:46)
BOARD : Altera SOCFPGA Cyclone V Board
CLOCK: EOSC1 clock 25000 KHz
CLOCK: EOSC2 clock 25000 KHz
CLOCK: F2S_SDR_REF clock 0 KHz
CLOCK: F2S_PER_REF clock 0 KHz
CLOCK: MPU clock 800 MHz
CLOCK: DDR clock 400 MHz
CLOCK: UART clock 100000 KHz
CLOCK: MMC clock 50000 KHz
CLOCK: QSPI clock 3125 KHz
RESET: COLD
INFO : Watchdog enabled
SDRAM: Initializing MMR registers
SDRAM: Calibrating PHY
SEQ.C: Preparing to start memory calibration
SEQ.C: CALIBRATION PASSED
SDRAM: 1024 MiB
ALTERA DWMMC: 0
reading u-boot.img
reading u-boot.img


U-Boot 2013.01.01-00126-g353283b (Mar 27 2022 - 23:12:24)

CPU   : Altera SOCFPGA Platform
BOARD : Altera SOCFPGA Cyclone V Board
I2C:   ready
DRAM:  1 GiB
MMC:   ALTERA DWMMC: 0
*** Warning - bad CRC, using default environment

In:    serial
Out:   serial
Err:   serial
Skipped ethaddr assignment due to invalid EMAC address in EEPROM
Net:   mii0
Warning: failed to set MAC address

Hit any key to stop autoboot:  0
reading u-boot.scr
232 bytes read in 4 ms (56.6 KiB/s)
## Executing script at 02000000
reading soc_system.rbf
2202852 bytes read in 107 ms (19.6 MiB/s)
## Starting application at 0x3FF79524 ...
## Application terminated, rc = 0x0
reading zImage
** Unable to read file zImage **
reading soc_system.dtb
24514 bytes read in 7 ms (3.3 MiB/s)
Bad Linux ARM zImage magic!
reading zImage
** Unable to read file zImage **
reading soc_system.dtb
24514 bytes read in 7 ms (3.3 MiB/s)
Bad Linux ARM zImage magic!
SOCFPGA_CYCLONE5 #