iMX8MQ MCUXpresso SDK開發詳解
iMX8MQ
2020-12-15 19:10:00
iMX8MQ
飛凌iMX8MQ 平臺內部有一個Cortex M4內核，支持使用MCUXpresso SDK進行開發。
MCUXpresso SDK是微控制器軟件支持的集合，它包含外圍驅動程序，RPMSG多核通信，以及FreeRTOS支持。可以查看SDK API文檔了解它實現的函數和結構體。
OKMX8MQ平臺可以使用以下工具鏈進行SDK開發：
Linux環境： Makefiles support with GCC revision v7-2017-q4-major from Arm Embedded
Windows環境：IAR Embedded Workbench for ARM version 8.30.2
一、使用ARM GCC工具編譯應用程序
在Linux環境下，MCUXpresso SDK使用GCC工具進行編譯，下面以hello_world demo為例說明編譯的過程。
首先需要搭建Linux編譯環境：
1、安裝cmake
$ sudo apt-get install cmake
$ cmake --version
cmake 的版本要大于 3.0.x 才行。如果您的的版本小于3.0，可以參考下列步驟進行更新。
$ cd /tmp
$ wget https://cmake.org/files/v3.11/cmake-3.11.0-rc4-Linux-x86_64.tar.gz
$ tar zxvf cmake-3.11.0-rc4-Linux-x86_64.tar.gz
$ sudo mv cmake-3.11.0-rc4-Linux-x86_64 /opt/cmake-3.11
$ sudo ln -sf /opt/cmake-3.11/bin/* /usr/bin/
$ cmake --version
2、安裝GCC編譯器
將用戶資料工具目錄的 gcc-arm-none-eabi-7-2017-q4-major-linux.tar.bz2 拷貝到虛擬機/tmp 目錄。
$ cd /tmp
$ sudo tar xvf gcc-arm-none-eabi-7-2017-q4-major-linux.tar.bz2 -C /opt
3、設置環境變量
$ export ARMGCC_DIR=/opt/gcc-arm-none-eabi-7-2017-q4-major
$ export PATH=/opt/gcc-arm-none-eabi-7-2017-q4-major/bin:$PATH
設置完成可以看一下是否設置成功：
$ echo $ARMGCC_DIR
$ echo $PATH
4、編譯
將用戶資料原廠資料中的 SDK_2.8.0_EVK-MIMX8MQ.zip 拷貝到虛擬機 /home/forlinx/imx8mq 目錄下：
$ cd /home/forlinx/imx8mq
$ mkdir SDK_2.8.0_EVK-MIMX8MQ
$ mv SDK_2.8.0_EVK-MIMX8MQ.zip SDK_2.8.0_EVK-MIMX8MQ
$ cd SDK_2.8.0_EVK-MIMX8MQ
$ unzip SDK_2.8.0_EVK-MIMX8MQ.zip
$ cd boards/evkmimx8mq/demo_apps/hello_world/armgcc
$ ./build_debug.sh
編譯出來的 hello_world.bin 文件在 ./debug 目錄下。
注意：這里也可以編譯其他版本，如build_ddr_debug.sh，只是在運行的時候會有差別。
二、 使用IAR和J link編譯和 調試
參考官方提供的手冊 《SDK_2.8.0_EVK-MIMX8MQ\docs\Getting Started with MCUXpresso SDK for EVK-MIMX8MQ》。
1、IAR和Jlink官方工具版本要求
IAR請使用IAR embedded Workbench 8.30.2版本或更高版本，jlink官方工具版本請使用包含MIM8M6_M4設備的版本，我們使用的版本為JLink_Windows_V654c。IAR embedded Workbench為付費軟件，請用戶自行購買安裝。Jlink官方工具用戶可以在jlink官方網站下載。
另外還需要NXP提供的SDK_2.8.0_EVK-MIMX8MQ，用戶資料內已經提供。
2、IAR通過Jlink運行測試程序
步驟一、打開工程
1. 打開IAR
2. 在“File”菜單下選擇“Open Workspace”，選擇SDK_2.8.0_EVK-MIMX8MQ\boards\evkmimx8mq\demo_apps\hello_world\iar\hello_world.eww。
3. 選擇debug選項
步驟 二 、 配置工程
按下ALT+F7快捷鍵打開配置界面。
1. 設置General Options選項配置：
2. 設置linker選項配置：
點擊“Edit...”
選擇MIMX8MQ6xxxJZ_cm4_ddr_ram.icf、MIMX8MQ6xxxJZ_cm4_ram.icf，不同的選項會生成的鏡像會運行在不同的存儲中（ddr、ram）。
3. 設置Debugger選項配置：
4. 設置J-Link/J-Trace選項配置：
配置完成后點擊 “OK”。
步驟三、編譯并運行工程
注意：調試M4程序，iMX8MQ開發板不能啟動到Linux內核階段，需要停止在uboot（啟動時，在調試串口按下空格鍵）。
1. 點擊“Make”編譯工程，工程編譯完成，且無報錯：
2. 點擊“Download and Debug”按鈕：
3. 提示設置 J-Link 選擇設備：
4. 選擇“MIMX8MQ6_M4”設備：
5. 運行測試程序：
6. 在M4核調試串口查看運行結果：
三、使用 U -boot運行應用程序
可以在iMX8MQ開發板啟動的時候進入u-boot命令行，通過u-boot命令來將bin文件加載到M4中并運行，下面以hello_world.bin程序為例說明運行的過程。
注意：M4程序運行可能和A53有資源沖突，如某個接口在M4中已經使用，A53中不要再次調用此接口。M4程序運行在DDR中，需要Linux中預留這部分內存。在系統燒寫的設備樹ok8mq-evk-rpmsg.dtb中有配置。我們下面測試都是使用此設備樹測試M4程序。
在uboot命令行內輸入下列命令修改設備樹：
$ setenv fdt_file ok8mq-evk-rpmsg.dtb
$ saveenv
1、 準備測試用M4程序
采用第一或者第二中的方法生成運行在DDR和ram的hello_world.bin，并將它們分別命名為hello_world_ddr.bin和hello_world_ram.bin。
2、 串口連接
由于hello_world程序中使用了uart2，因此在開始測試之前請連接uart2到PC的串口。并使用串口調試工具打開對應的COM口，波特率等參數設置和OKMX8MQ Debug口參數相同。
3、 將編譯出來的hello_world_ddr.bin和hello_world_ram.bin拷貝到U盤（Fat32）的根目錄下面，將U盤插到開發板上，重啟iMX8MQ開發板，停在u-boot命令行。
4、 在u-boot命令行執行如下命令
對于debug/release版本的bin文件，它運行在TCM，執行下列命令：
$ usb start
$ fatload usb 0:1 0x48000000 hello_world_ram.bin
$ cp.b 0x48000000 0x7e0000 0x20000
$ bootaux 0x7e0000
終端的執行：
在uart2的調試串口工具上可以看到打印信息如下：
對于ddr_debug/ddr_release版本的bin文件，它運行在DDR4，執行下列命令：
$setenv fdt_file ok8mq-evk-rpmsg.dtb
$ saveenv
$ usb start
$ fatload usb 0:1 0x80000000 hello_world_ddr.bin
$ dcache flush
$ bootaux 0x80000000
終端的執行：
在uart2的調試串口工具上可以看到打印信息如下：
四、Uboot自動啟動M4程序
在制作系統鏡像的時候，會將源碼包內images/m4/文件夾下的文件寫入到boot.img鏡像內，該鏡像是rootfs.sdcard的一部分。我們把鏡像燒寫到emmc后，這些m4程序的鏡像就在emmc的fat32分區內存在。Uboot啟動過程中會運行m4_run，將m4_run設置為啟動m4程序，啟動后uboot會啟動M4程序。
以hello_world例程示例，按下面的方法設置uboot環境變量后，uboot會自動啟動M4程序。
hello_world程序的鏡像，我們已經默認添加到源碼的images/m4/文件夾下，所以我們的鏡像內emmc的分區1內的m4文件夾下包含了hello_world的鏡像，hello_world_ram.bin和hello_world_ddr.bin。
在ram啟動M4程序。
$ setenv m4_run 'mmc dev 0; fatload mmc 0:1 0x48000000 m4/hello_world_ram.bin; cp.b 0x48000000 0x7e0000 0x20000; bootaux 0x7e0000 '
$ saveenv
在ddr啟動M4程序。
$ setenv m4_run 'mmc dev 0; fatload mmc 0:1 0x80000000 m4/hello_world_ddr.bin; dcache flush; bootaux 0x80000000'
$ saveenv
注1：用戶添加自己編譯的鏡像放到images/m4/文件夾下，編輯生成鏡像，燒寫后就會在emmc的fat分區內，啟動的時候根據編譯的為ddr版或ram版選擇m4_run的設置方法，并將m4_run命令內的m4鏡像名字替換成自己編譯的m4鏡像的名字。
注2：可以在系統啟動后查看fat分區內包含的鏡像，也可以通過cp命令添加鏡像。
查看鏡像：
$ ls /run/media/mmcblk0p1/m4
復制鏡像到文件夾：
$ cp /run/media/sda1/m4_flash.bin /run/media/mmcblk0p1/m4/
五、異構多核通信測試
使用RPMsg（Remote Processor Messaging）實現Cortex A53跟Cortex M4進行通信。
RPMsg是一種基于virtio的消息傳遞總線，它允許內核驅動程序與系統上可用的遠程處理器（如Cortex M4）進行通信。下圖是一個多核通信架構：
飛凌iMX8MQ的MCUXpresso SDK中有一個demo：rpmsg_lite_pingpong_rtos，它實現了Cortex A53與Cortex M4的數據收發，二者使用了共享內存，并且在Cortex M4上運行了一個FreeRTOS Task。
在Cortex A53端通過內核模塊的方式實現該功能，代碼位于：drivers/rpmsg/imx_rpmsg_pingpong.c。
下面以 Arm GCC 方式編譯示例。
進入以下目錄：
$ cd boards/evkmimx8mq/multicore_examples/rpmsg_lite_pingpong_rtos/linux_remote/armgcc
編譯debug版本的bin文件：
$ ./build_debug.sh
$ cd debug
$ ls -l
將編譯出來的bin文件rpmsg_lite_pingpong_rtos_linux_remote.bin拷貝到U盤（Fat32）的根目錄下面，啟動開發板停在u-boot命令行。
$ setenv fdt_file ok8mq-evk-rpmsg.dtb
$ saveenv
$ usb start
$ fatload usb 0:1 0x48000000 rpmsg_lite_pingpong_rtos_linux_remote.bin
$ cp.b 0x48000000 0x7e0000 0x20000
$ bootaux 0x7e0000
運行bin文件后，可以在uart2的串口終端看到以下輸出：
然后在A53 U-boot命令行輸入 boot 啟動kernel，此時可以在Cortex M4的串口終端看到以下輸出：
然后在Cortex A53的串口終端加載以下內核模塊：
$ modprobe imx_rpmsg_pingpong
模塊加載之后，Cortex A53開始跟Cortex M4進行數據傳輸，此時可以在Cortex M4的串口終端看到以下輸出：
此時可以在Cortex A53的串口終端看到以下輸出：
六、FreeRTOS 應用程序測試
飛凌iMX8MQ板卡內部有一個Cortex M4核，可以在上面運行FreeRTOS 應用程序。
下面以freertos_swtimer demo為例測試FreeRTOS。
進入目錄：
$ cd boards/evkmimx8mq/rtos_examples/freertos_swtimer/armgcc
編譯debug版本的bin文件：
$ ./build_debug.sh
$ cd debug
$ ls -l
將編譯出來的bin文件 freertos_swtimer.bin 拷貝到U盤（FAT32）的根目錄下面。將U盤插入開發板USB Host接口，啟動開發板停在u-boot命令行。
$ setenv fdt_file ok8mq-evk-rpmsg.dtb
$ saveenv
$ usb start
$ fatload usb 0:1 0x48000000 freertos_swtimer.bin
$ cp.b 0x48000000 0x7e0000 0x20000
$ fbootaux 0x7e0000
此時可以在Cortex M4的串口終端看到以下輸出：
可以看到終端周期性的打印出Tick字符，說明FreeRTOS 應用程序中的定時器任務正在運行。
原創：iMX8MQ 2020-12-15 19:10:00
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