樹莓派4裸機基礎教程：環境搭建

1.文章目的

2.樹莓派4B的硬件配置

3.第一個基礎工程構建

3.1 環境準備

3.2 源代碼下載

3.3 代碼編譯與程序下載

3.4 樹莓派硬件鏈接

4.優化調試手段

4.1 修改sd卡文件中的config.txt文件

4.2 修改網絡環境

4.3 修改代碼的鏈接地址

5.小結

1.文章目的

樹莓派4作為一款學習嵌入式arm開發的開發板，是非常不錯的選擇。嵌入式開發往往需要的不僅僅是理論知識，還需要動手操作，然后實際體驗效果。由于目前開發板要么資料太少，要么板子太貴，或者可玩性太低，所以嵌入式的入門和深入一直都是非常困難的問題。我寫樹莓派4裸機基礎教程、樹莓派4驅動進階、樹莓派4的RTOS這一些列的文章，也是希望借此機會，和大家分享一下嵌入式開發過程的方方面面，也希望對學習嵌入式感興趣的人在閱讀完成這些文章中會有所收獲。由于樹莓派4的外設，相對于前代的樹莓派2、樹莓派3等標準許多，完全可以作為學習嵌入式，學習arm編程的不錯選擇。所謂萬變不離其宗，學會樹莓派4的嵌入式開發，以后做其他的芯片的底層開發時，也是可以借鑒這種思想的。

寫這些東西的目的全憑自己的興趣愛好，在工作之余培養自己的文檔寫作能力與專業技能，如果有涉及到不正確的觀點和知識點的地方還請多多指教。

2.樹莓派4B的硬件配置

樹莓派4b的性能非常強，運行Android和win10也毫無壓力。性能強大，但是價格卻非常的低，是一款學習嵌入式開發、學習arm開發的非常不錯的開發板。

1.5GHz 4核心64位 ARM Cortex-A72 CPU (~3×倍性能)

1GB/2GB/4GB LPDDR4 SDRAM 內存

全吞吐量千兆以太網

雙頻 802.11ac 無線網絡

藍牙 5.0

兩個 USB 3.0 和兩個 USB 2.0 接口

雙顯示器支持，分辨率高達 4K

VideoCore VI 顯卡，支持 OpenGL ES 3.x

HEVC 視頻 4Kp60 硬解碼

完全兼容早期的樹莓派產品

3.第一個基礎工程構建

嵌入式代碼編譯開發一般是兩種，一種是通過IDE進行編譯、下載、調試。這種開發的方式比較簡單，對環境配置的要求很低，只需要安裝IDE需要的環境即可。這種開發方式在開發單片機、中低端性能的芯片比較常見。另外一種就是在命令行中輸入相關的命令，需要自己手動的去寫編譯腳本。這種常見的就是在Linux的開發過程中。

樹莓派程序的開發過程一般都沒有IDE，都是直接用GCC，所以我在進行工程構建的時候，也會采用GCC在控制臺輸入的方式進行。工程構建就需要自己解決了。目前常用的自動化編譯工具就是Makefile。由于當前的第一個項目的工程比較容易，所以當前可用采用Makefile進行項目工程的構建。

3.1 環境準備

在不同的平臺上進行工程構建的時候，首先需要準備下面的環境：

1.arm交叉編譯工具鏈

2.可用執行makefile的工具

交叉編譯工具鏈arm-none-eabi-gcc-5.4.1可以在官網上進行下載，也可以到網盤中下載：

鏈接：https://pan.baidu.com/s/1ad3d-pl4YbpgYrxKg6mX9g

提取碼：f3cm

上述網盤中的gcc只適用于windows，如果是其他的系統，請自行下載arm的交叉編譯工具鏈。

如果要在windows上使用make命令，可以下載msys2，上面集成了make的環境。

然后將交叉編譯工具鏈加入到系統的環境變量中，同時打開msys64文件夾，修改msys2_shell.cmd

雙擊msys2_shell.cmd，打開窗口，確保輸入arm然后按下tab鍵可以看到如下的畫面

這樣系統環境就準備完成了。

3.2 源代碼下載

源代碼工程已經在GitHub存在了，相關源碼可以在如下地址中找到：

https://github.com/bigmagic123/raspi4-bare-metal.git

在arm/1.compilation_environment中可以看到相關的文件列表。

該代碼的功能是啟動跳轉到c代碼去執行，然后串口輸出hello world程序。

3.3 代碼編譯與程序下載

上面兩個步驟完成之后，在MSYS可以進入到工程目錄，輸入make直接編譯即可。

可以看到生成了kernel7.img固件。該固件可以放到板子上運行。

3.4 樹莓派硬件鏈接

樹莓派4需要準備一張空的SD卡、一個串口線輸出信息、一條TYPEC線供電。

首先需要將工程目錄的sd_boot下面的文件放到空的SD卡目錄中。然后將編譯好的kernel7.img放到SD卡中即可。

接著將串口線連接到樹莓派上。

接著打開串口，給開發板上電，可以看到串口的輸出信息：

Helloworld!

此時一個簡單的裸機程序就執行起來了。

4.優化調試手段

上述過程已經搭建完成環境，并且可以看到串口輸出信息了。但是由于每次編譯固件后，需要將固件放到sd卡中去執行，這樣操作比較的繁瑣，不適合學習嵌入式開發。所以可以通過樹莓派的uboot自動去tftp服務器中獲取代碼。具體的步驟如下：

4.1 修改sd卡文件中的config.txt文件

將config.txt中的文件改為如下：

enable_uart=1 arm_64bit=0 kernel_addr=0x8000 kernel=u-boot32.bin core_freq=250

其實就是將kernel=kernel7.img改為kernel=u-boot32.bin。直接啟動uboot。

4.2 修改網絡環境

如果要開發板從tftp服務器上獲取代碼，可以將開發板設置的與pc機服務器在同一網段內。將網線插上路由器，開發板可以通過dhcp獲取ip地址。

U-Boot2020.07-rc1-g627e7ce(May112020-1954+0800) DRAM:1.1GiB RPI4ModelB(0xb03112) MMC:emmc2@7e340000:0,mmcnr@7e300000:1 LoadingEnvironmentfromFAT...OK In:serial Out:serial Err:serial Net: Warning:genet@7d580000MACaddressesdon'tmatch: AddressinDTisdc32c1:79 Addressinenvironmentisdc3222:50 eth0:genet@7d580000 Hitanykeytostopautoboot:0 U-Boot>

按照如下步驟進行：

1.插上網線到路由器

2.設置環境變量

setenvbootcmd"dhcp0x00200000192.168.12.137:kernel7.img;dcacheflush;go0x00200000" saveenv

需要注意的是192.168.12.137為自己的電腦的ip地址。

3.電腦開啟TFTP服務器

注意：

如果是開發板直連電腦的網線，這樣設置是無效的，因為pc機上一般不支持dhcp服務器。必須設置靜態ip地址。

然后開發板也需要給定一個ip地址。可以設置一個環境如下：

setenvipaddr10.1.1.100 saveenv reset

其中10.1.1.100是開發板的ip地址，與服務器是在同一網段。

setenvbootcmd"tftp0x0020000010.1.1.88:kernel7.img;dcacheflush;go0x00200000" saveenv

4.3 修改代碼的鏈接地址

由于uboot的啟動地址與裸機代碼的地址不應該在一個地方，uboot的啟動地址為0x8000，而裸機代碼的地址現改為0x200000。

將該地址進行設置即可。

重新編譯代碼，開發板上電即可。可以看到串口打印出如下的信息。

這樣每次開發板上電后，都會從tftp服務器上去獲取代碼執行。如果此時給樹莓派的供電線加上一個電源開關，這樣這樣就能夠非常方便高效的調試代碼了。

5.小結

本文主要介紹樹莓派裸機開發的步驟。嵌入式開發過程中，環境搭建往往十分的重要，一個好的開發環境，一個高效的驗證思路可以大大的節省開發時間。所以說，工欲善其事、必先利其器。想要學好嵌入式開發，學會利用各種工作，讓自己的工作效率加倍十分的重要。通過上述的文章描述，嵌入式的前期的基本環境可以搭建好，同時也可以理解系統的啟動過程。我覺得，萬事開頭難，只有邁出了第一步，其實寫起代碼也就沒什么太大的難度了。

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原文標題：樹莓派4裸機基礎教程：環境搭建

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責任編輯：haq