机顶盒B860AV2.1改造为Ubuntu服务器(一)S905L-B移植主线Uboot

机顶盒B860AV2.1改造为Ubuntu服务器(一)S905L-B移植主线Uboot

简介

最终目标

目的是将家里面闲置或网上淘的宽带机顶盒，自己适配主线Uboot、主线Linux和Ubuntu文件系统，让机顶盒变成一个运行Ubuntu系统的小服务器。

原材料和环境

  • 闲置的机顶盒一个，我这里的是几十块钱买的中兴魔百盒，型号B860AV2.1

  • USB转TTL线一根，用于连接板上TTL串口，方便调试

  • SD卡一张，用于烧录适配的Uboot和Linux系统

  • 电脑使用虚拟机安装Ubuntu系统，用于编译Uboot和Linux

机顶盒的型号不一定必须使用哪种，不同地区不同运营商安装的盒子型号可能都不一样，主要保证主芯片是晶晨的S905系列芯片就行了，外围电路和参数都差不太多，可能就是内容容量不一样，wifi蓝牙芯片型号不一样而已，对后面的适配影响不大。

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拆开外面的塑料壳，里面就是主板了，中间散热片下面是主芯片，采用的晶晨的一颗四核A53处理器S905L-B。外围是1GB的DDR和8GB的EMMC，对外有12V电源输入、1路百兆网口、1路HDMI、2路USB2.0、1路SD卡、1路红外、1路Wifi，芯片为RTL8189FTV。板上USB接口旁的插针是CPU调试串口

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S905是晶晨推出的一款专门用于机顶盒应用的SOC，S905又分很多种型号，像S905、S905X、S905L、S905W、S905D等等，不同型号内部功能性能有细微差异。

网上对S905系列已经有一些适配的Linux系统，像ARMBIAN就是做得比较好的一个。ARMBIAN是专门给各种型号的单板适配的一套Linux系统，GITHUB上可以获取到源代码，网上也有很多大佬分享他们给各种机顶盒制作的ARMBIAN镜像。但根据我之前为我这个机顶盒板子（B860AV2.1）找现成能用的ARMBIAN系统镜像的经历来看，使用网上的ARMBIAN镜像主要有几个不爽的地方：

  1. 兼容性问题：别人适配的镜像不一定和自己手里的板子兼容，网上S905的ARMBIAN系统大部分是国外一些大佬适配的，他们那边S905X这个型号比较多，因此适配的系统运行在我自己这个S905L-B芯片上可能就有问题，可能出现启动卡死或直接不启动的问题，需要不停更换不同的镜像或设备树尝试，这个过程比较繁琐和无聊；

  2. 引导启动问题：S905的ARMBIAN镜像里面没有Uboot，烧写系统前需要先有一个带Uboot的安卓系统，再在安卓系统中安装个软件修改Uboot让其支持引导ARMBIAN启动，也是操作起来比较烦，搞崩了还需要重新刷机成安卓再重新安装软件；

    另一个小原因是一般安卓带的Uboot都是比较老的，也可能不支持一些Uboot的命令，像tftp、nfs等，没有一些命令对后面的折腾造成一些不方便的影响。

  3. 学习不到知识：如果只是为了能运行起Linux系统，那用下网上别人的镜像刷机还是可以的，但是既然都折腾起刷机了，肯定还是想通过这个过程学习到点新东西的。用别人的镜像总是在查教程和尝试，对我来说是比较乏味，我更喜欢自己动手实现一个系统，我自己能控制每一部分功能和知道每部分东西的作用。

  4. 用别人的镜像不能定制化适配一些东西：别人的镜像已经做好了，有可能缺少自己像用的外设驱动导致板子上这个功能在Linux下用不起来，常见的就是WIFI，蓝牙这些，如果能自己适配的话可以有更好的体验，同时也能在适配的过程中学习到新东西。

基于上面几个原因，让我有兴趣尝试自己做一个Linux系统镜像出来，目标是系统镜像包含最新版Bootloader和Linux内核，文件系统采用熟悉的Ubuntu，鉴于内存比较小和S905较低的频率，图形界面先不要求，能联网通过ssh控制就行了。适配镜像第一步就是先做个Bootloader出来，下面本文就介绍下给S905L-B适配主线Uboot的过程。

连接串口线到电脑

按照上面图中的引脚标识，使用3.3V USB转串口线连接到板上的插针，波特率设置为115200，给板子插电开机，正常上电后串口就会打印板子启动的日志信息，当然最开始的时候板子里面还是安卓系统，打印的就是上电后Uboot启动信息和引导安卓系统启动的日志。

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安卓刷机

这部分主要是简单介绍下给S905型号的板子进行安卓系统刷机的教程，和适配Linux系统关系不大，仅作为补充记录。

给S905板子刷安卓系统需要用到USB Burn Tool这个工具，需要在网上下载安装这个软件。同时还需要短接板子上EMMC的启动信号到地，让S905启动失败从而进入USB烧写模式。

短接点在不知道的情况下就需要手动尝试，一般是在EMMC背面，可以找电阻或电容的焊盘确认对应的信号是不是EMMC数据或时钟线，最好是使用示波器测试下波形，上电有高低变化的就是数据信号线了，使用镊子将信号对地短路，再给板子上电就能进入USB刷机模式了。

对于我这款B860AV2.1的板子来说，短接点找到一个，在C125丝印旁边的一个空焊盘，这里我为了后面刷机短接方便，直接给焊盘飞了个按键到地，需要刷机时按按键短接就行了。

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短接后再上电，使用公对公USB线连接板子上靠近网卡的USB接口到电脑，刷机软件正常就应该会识别到S905芯片了。

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在网上下好安卓刷机包，点击文件导入，等待加载完成后点击开始按钮开始刷机，等待完成后安卓系统刷机就完成了。

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移植主线Uboot

前面说了，安卓系统镜像自带的Uboot一般版本比较老，而且可能带的一些工具命令不全，对后面的适配调试过程有影响，因此最好的办法就是我们自己适配一个Uboot程序，方便自定义支持更多的命令和打印最新的版本（主要是强迫症）。

S905 Uboot启动流程

Amlogic S905系列常用的启动介质有EMMC、SD卡、USB，上电复位后CPU内部BootRom(BL1)开始执行，尝试从EMMC、SD卡和USB读取Bootloader文件并启动，Bootloader启动流程参考ATF（arm-trusted-firmware），ATF启动流程可参考下图。

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主线Uboot作为Blootloader的BL33部分，在最后阶段启动，在BootRom和Uboot之间还需要BL2和BL3阶段的启动文件。对于S905系列CPU来说，要想构建完整的Bootloader，除Uboot(BL33)外，还需要BL2.bin、BL21.bin、BL30.bin、BL301.bin、BL31.img，以及负责签名、加密、打包文件的工具脚本。其中BL2.bin、BL30.bin是不开源的，只能从其他开发板厂家获取bin文件，BL21.bin、BL301.bin和BL31.bin可以从Uboot源码中编译得到，整个Bootloader的制作流程可参考以下流程图。

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从上面的启动过程和需要的文件就可以看出，S905这个芯片在Bootloader阶段对定制开发就控制得比较严格，不仅需好几个文件，还需要对文件进行签名加密，相比于其他芯片，如瑞芯微的RK3288、RK3399，Bootloader的组成要更复杂些。猜测这也是ARMBIAN没有适配Uboot的原因之一，对于不同后缀的S905来说需要的文件还不一样，做成一个统一的版本兼容各种型号还是有点繁杂。

本次适配Uboot我就只针对我的板子上这款S905L-B来适配，不保证编译出的文件能直接用在其他型号的S905板子上，但适配流程是通用的，其他型号也可以参考下面的流程来适配自己的板子。

适配主线Uboot

下载源码和工具

制作主线Uboot会使用到Uboot源码和s905镜像工具，在Linux虚拟机中通过git clone到本地。

git clone https://github.com/u-boot/u-boot.git
git clone https://github.com/repk/gxlimg.git
git clone https://github.com/LibreELEC/amlogic-boot-fip --depth=1

Uboot的编译环境搭建这儿就不展开介绍了，网上教程都是通用的，主要就是下载跨编译器gcc-aarch64-linux-gnu和其他相关的一些依赖软件。

编译Uboot源码工程

Uboot部分代码比较通用，我们选一个S905系列芯片的板子的配置文件编译即可，这儿我选择khadas-vim_defconfig这个板子的配置，khadas-vim网上可以查到是一个搭载S905X的板子。

在Uboot源码文件夹下依次执行下面的命令编译Uboot。

make khadas-vim_defconfig
export ARCH=arm64
export CROSS_COMPILE=aarch64-linux-gnu-

执行menu menuconfig，修改Uboot配置。

make menuconfig

修改环境变量存储在FAT文件系统，存储设备设置为SD卡对应的设备号，我这里是1。
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修改启动设备配置，支持从SD/EMMC启动。
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修改命令支持，支持bootz命令。
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保存退出。
执行make命令开始编译Uboot。

make -j32

执行完最后一步后等待Uboot编译完成，没报错的话最终编译会生成一个u-boot.bin文件。

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适配已有开发板型号的S905系列芯片

对于S905x等已有对应开发板的CPU型号，直接使用amlogic-boot-fip这里面的工具即可，脚本会使用开发板提供的BL30.bin等文件打包生成完整Bootloader。

# khadas-vim换成对应型号的开发板名字
# /path/to/u-boot/u-boot.bin换成上一步生成的u-boot.bin文件路径
# my-output-dir 换成输出文件的路径
./build-fip.sh khadas-vim /path/to/u-boot/u-boot.bin my-output-dir

执行完后会在输出文件夹里面生成u-boot.bin.sd.bin文件，这个文件就可以用来烧写到SD卡后启动板卡了，烧写步骤见下下节。关于这个工具的详细用法，参考工具github链接

没有开发板型号的S905系列芯片

根据我的观察，国内的S905系列的机顶盒用的芯片基本都不是S905X这个版本的，像我的机顶盒就是S905L-B，这个就不好找对应的开发板型号了（可能没有），因此前面描述这个工具就不能用了（上面工具用和实际芯片不匹配的开发板型号生成的启动文件烧写到SD卡，大概率是会在启动阶段的，BL30.bin文件会检测CPU型号，不对应的话会导致启动失败，报错“wrong chip id”）。要拿到对应的启动代码，最方便的是从一个可启动的固件中提取出来，然后再把新编译的Uboot替换掉原版固件中BL33的部分，再将所有文件重新打包成一个完整的启动烧写文件。这里就用一个可启动的安卓固件为例来展示替换掉其中的BL33（Uboot程序）的过程。

  1. 首先要有一个可启动的安卓系统，可以是原版安卓，也可以是刷机的，只要里面的Uboot能正常启动就行。可以连接串口查看，上电后按空格或其他按键打断Uboot启动，进入Uboot Shell界面。

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  2. 进入Uboot后，利用mmc命令复制出emmc中的bootloader，复制EMMC的前4MB空间，去掉第1个扇区，第一个扇区是分区表。

 #列出所有MMC设备（SD卡和EMMC）
 mmc list 
 # 切换到EMMC设备，我的板子dev 1对应的EMMC，不同的板子不一样，需使用mmc info命令列出设备信息，根据容量和宽度等判断是否是EMMC
 mmc dev 1
 # 从EMMC的第1个扇区到后面共4MB的空间到内存0x1000000处
 mmc read 0x1000000 1 0x2000

​ 板子上插入一张不用的SD卡，将内存中读出来的文件再写入到SD卡中。

# 切换到SD卡，我的板子dev 0对应SD卡
mmc dev 0
# 将内存0x1000000处的4MB的内容写入到SD卡0扇区开始
mmc write 0x1000000 0 0x2000

​ 将SD卡从板子取下来，通过读卡器插入电脑，使用dd命令提取出里面备份出来的原版Bootloader镜像到backup-boot.img。

# /dev/sdb替换为SD卡路径
sudo dd if=/dev/sdb of=backup-boot.img bs=512 count=8192

  1. 使用gxlimg工具提取文件

    前面克隆了gxlimg工具后，还需要在本地编译下生成可执行文件gxlimg，直接执行make命令编译。

make

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​ 新建个文件夹用于存储解出来的文件。

mkdir backup

​ 使用gxlimg命令解压原版bootloader到backup文件夹。

./gxlimg -e backup-boot.img ./backup

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​ 如果想得到bin文件的话还可以进一步解密和取消签名（不是必须的）。

 ./gxlimg -t bl3x -d ./backup/bl33.enc ./backup/bl33.bin
 ./gxlimg -t bl3x -d ./backup/bl31.enc ./backup/bl31.img
 ./gxlimg -t bl3x -d ./backup/bl30.enc ./backup/bl30.bin
 ./gxlimg -t bl3x -d ./backup/bl301.enc ./backup/bl301.bin
 ./gxlimg -t bl2  -u ./backup/bl2.sign  ./backup/bl2.bin
  1. 使用gxlimg工具将解包出来的文件和新编译的u-boot.bin重新打包生成Bootloader gxl-boot.bin，但是打包之前将BL33.enc替换为主线Uboot，具体步骤如下：
# 加密Uboot,../u-boot/u-boot.bin换成前面编译出来的u-boot.bin文件路径
./gxlimg -t bl3x -c ../u-boot/u-boot.bin backup/u-boot.bin.enc
# 重新生成包含主线Uboot的Bootloader文件gxl-boot.bin
./gxlimg -t fip --bl2 backup/bl2.sign --bl30 backup/bl30.enc --bl301 backup/bl301.enc  --bl31 backup/bl31.enc --bl33  backup/u-boot.bin.enc ./gxl-boot.bin

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将新Bootloader烧写到SD卡

使用dd命令将gxl-boot.bin烧写到SD卡，跳过第1个扇区。

sudo dd if=gxl-boot.bin of=/dev/sdb bs=512 seek=1

验证新Uboot

首先需要先把EMMC中原版的Bootloader擦除掉，否则S905会默认先从EMMC启动，SD卡烧写了Uboot也不会执行。在原版Uboot里面通过mmc命令擦除前面4M区域的内容。

mmc dev 1
mmc erase 0 0x2000

插入SD卡，重新上电启动，没问题的话可以看到新编译的Uboot正常启动了。

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小结

到此主线Uboot的适配就结束了，因为机顶盒主板上面功能比较简单，就是把CPU的几个USB口、网口、MMC驱动起来就行了，没有搞GPIO来控制电源上下电这个设计，因此整个移植过程还是比较顺利，使用其他板子的默认配置和设备配置都能起来。主要的难点就是获取那几个没有官方资料支持的加密文件上，理清楚了S905的启动流程才能对移植过程中涉及到的文件的功能有清晰的认识，理论上其他后缀的S905系列SOC就也可以通过这种方法来支持最新的Uboot了。

下一步就是移植最新版的主线Linux和Ubuntu根文件系统了，会涉及到Linux的编译、网络加载启动、根文件系统制作和完整烧写镜像文件制作过程。

posted @ 2024-11-14 03:13  LM358  阅读(1891)  评论(2)    收藏  举报