imx6ull-系统移植篇21——Linux 内核移植（下）

目录

前言

CPU 主频修改

查看CPU频率

CPU调频策略

查看CPU各频率工作时间

配置CPU频率

修改 EMMC 驱动

使能 8 线 EMMC 驱动

关闭 EMMC 1.8V 供电选项

网络驱动修改

修改引脚

修改pinctrl-0 属性

修改PHY 地址

修改 fec_main.c 文件

网络驱动测试

前言

在上一讲实验里，Linux 内核移植（上），我们先将NXP官方的linux编译了一下，熟悉linux的编译流程；又在linux中添加自己的开发板，也就是正点原子的 I.MX6U-ALPHA 开发板。

本讲实验继续未完成的linux移植工作，也就是对CPU 主频和网络驱动进行修改。

CPU 主频修改

正点原子 I.MX6U-ALPHA 开发板所使用的 I.MX6ULL 芯片主频都是 792MHz 的。

我们需要设置 I.MX6U-ALPHA 开发板工作在 792MHz。

查看CPU频率

首先，确保 EMMC 中的根文件系统可用！然后重新启动开发板，进入终端(可以输入命令)，如图：

输入cat 命令查看 cpu 信息：

可以看出：BogoMIPS 为 3.00， BogoMIPS 是 Linux 系统中衡量处理器运行速度的一个“尺子”，处理器性能越强，主频越高， BogoMIPS 值就越大。

BogoMIPS 只是粗略的计算 CPU 性能，但不能直接看出CPU的频率。

所以进入到目录/sys/bus/cpu/devices/cpu0/cpufreq 中，此目录下会有很多文件，如图：

此目录中记录了 CPU 频率等信息，这些文件的含义如下：

如果需要查询或修改这些值，可以使用以下命令：

cat /sys/devices/system/cpu/cpu0/cpufreq/scaling_governor  # 查看当前调频策略
echo performance | sudo tee /sys/devices/system/cpu/cpu*/cpufreq/scaling_governor  # 设置为性能模式

将上面所提到的值都看一遍，如下：

# 当前CPU实际运行频率（直接从硬件寄存器读取）
cpuinfo_cur_freq = 198000  # 当前运行在198MHz（最低频率）

# CPU硬件支持的最大/最小频率范围
cpuinfo_max_freq = 792000  # 硬件支持的最高频率792MHz
cpuinfo_min_freq = 198000  # 硬件支持的最低频率198MHz

# cpufreq子系统当前使用的频率值
scaling_cur_freq = 198000  # 内核记录的当前频率198MHz（与cpuinfo_cur_freq一致）

# 当前调频策略允许的范围
scaling_max_freq = 792000  # 调频策略允许设置的最高频率（与硬件上限一致）
scaling_min_freq = 198000  # 调频策略允许设置的最低频率（与硬件下限一致）

# 该CPU支持的所有可用频率档位
scaling_available_frequencies = 198000 396000 528000 792000  
# 可用频率档位：198MHz, 396MHz, 528MHz, 792MHz（共4档）

# 当前使用的调频策略
scaling_governor = ondemand  
# 使用"按需调节"策略：
# - 当系统负载升高时自动提升频率
# - 空闲时自动降频到最低档
# - 在性能与功耗间取得平衡

CPU调频策略

Linux 内核一共有 5 种调频策略：

• Performance，最高性能，直接用最高频率，不考虑耗电。
• Interactive，一开始直接用最高频率，然后根据 CPU 负载慢慢降低。
• Powersave，省电模式，通常以最低频率运行，系统性能会受影响，一般不会用这个！
• Userspace，可以在用户空间手动调节频率。
• Ondemand，定时检查负载，然后根据负载来调节频率。负载低的时候降低 CPU 频率，这样省电，负载高的时候提高 CPU 频率，增加性能。

查看CPU各频率工作时间

查看 stats 目录下的 time_in_state 文件可以看到 CPU 在各频率下的工作时间，命令如下：

cat /sys/bus/cpu/devices/cpu0/cpufreq/stats/time_in_state

结果如图：

可以看出， CPU 在 198MHz、 396MHz、 528MHz 和 792MHz 都工作过，其中 198MHz 的工作时间最长。

当前我们开发板并没有做什么工作，因此 CPU 频率降低为 198MHz 以省电。

配置CPU频率

假如我们想让 CPU 一直工作在 792MHz，可以：

• 配置 Linux 内核，将调频策略选择为 performance。
• 或者修改 imx_alientek_emmc_defconfig 文件。

imx_alientek_emmc_defconfig文件中有下面几行：

# 默认的频率调节策略配置为ondemand（按需调节）
CONFIG_CPU_FREQ_DEFAULT_GOV_ONDEMAND=y  
# 说明：内核启动时默认使用ondemand策略，该策略会根据CPU负载动态调整频率，负载高时升频，空闲时降频，平衡性能和功耗

# 启用powersave（节能）策略
CONFIG_CPU_FREQ_GOV_POWERSAVE=y  
# 说明：该策略会始终让CPU运行在最低频率，最大化节省功耗，适用于对性能要求不高的场景

# 启用userspace（用户空间）策略
CONFIG_CPU_FREQ_GOV_USERSPACE=y  
# 说明：允许用户空间程序通过/sys接口直接设置CPU频率，需要配合cpufreqd等守护进程使用

# 启用interactive（交互式）策略
CONFIG_CPU_FREQ_GOV_INTERACTIVE=y  
# 说明：针对交互式设备（如手机/平板）优化的策略，比ondemand更激进，能更快响应突发负载， 但功耗也相对较高

将这几行代码，修改为如下：

#CONFIG_CPU_FREQ_DEFAULT_GOV_ONDEMAND=y
CONFIG_CPU_FREQ_GOV_POWERSAVE=y
CONFIG_CPU_FREQ_GOV_USERSPACE=y
CONFIG_CPU_FREQ_GOV_INTERACTIVE=y
CONFIG_CPU_FREQ_GOV_ONDEMAND=y

修改完成以后重新编译 Linux 内核，编译之前先清理一下工程。因为我们重新修改过默认配 置文 件了， 编译完成以后使用新的 zImage 镜像文件重新启动 Linux。

再次查看/sys/devices/system/cpu/cpu0/cpufreq/ cpuinfo_cur_freq 文件的值，如图：

可以看出，当前 CPU 频率为 792MHz 了。

查看 scaling_governor 文件看一下当前的调频策略，如图：

可以看出当前的 CPU 调频策略为 preformance，也就是高性能模式，一直以最高主频运行。

通过图形化界面配置 Linux 内核的 CPU 调频策略，输入“ make menuconfig”打开 Linux 内核的图形化配置界面，如图：

进入如下路径：

CPU Power Management -> CPU Frequency scaling -> Default CPUFreq governor

打开默认调频策略选择界面，选择“performance”，如图：

选择以后退出图形化配置界面，然后编译 Linux内核，记得不要清理工程，否则的话我们刚刚的设置就会被清理掉。

编译完成以后使用新的zImage 重启 Linux，查看当前 CPU 的工作频率和调频策略。

另外，在实际开发中，建议大家使用 ondemand 模式，一来可以省电，二来可以减少发热。

修改 EMMC 驱动

使能 8 线 EMMC 驱动

正点原子 EMMC 版本核心板上的 EMMC 采用的 8 位数据线，原理图如下：

Linux 内核驱动里面 EMMC 默认是 4 线模式的， 4 线模式肯定没有 8 线模式的速度快，所以本讲我们将 EMMC 的驱动修改为 8 线模式。

修改方法很简单，直接修改设备树即可，打开文件 imx6ull-alientek-emmc.dts，找到如下所示内容：

&usdhc2 {                          // 引用usdhc2节点（在芯片的dtsi中已定义）
    pinctrl-names = "default";     // 指定引脚控制状态名称（默认状态）
    pinctrl-0 = <&pinctrl_usdhc2>; // 关联具体的引脚配置组（由pinctrl_usdhc2定义）
    non-removable;                 // 标记设备不可热插拔（如eMMC芯片）
    status = "okay";               // 启用该控制器
};

将这一段代码修改为：

&usdhc2 {
    pinctrl-names = "default", "state_100mhz", "state_200mhz";  // 定义3种引脚状态
    pinctrl-0 = <&pinctrl_usdhc2_8bit>;        // 默认频率引脚配置
    pinctrl-1 = <&pinctrl_usdhc2_8bit_100mhz>; // 100MHz模式引脚配置
    pinctrl-2 = <&pinctrl_usdhc2_8bit_200mhz>; // 200MHz模式引脚配置
    bus-width = <8>;                           // 8位数据总线（eMMC典型配置）
    non-removable;                             // 设备不可热插拔（eMMC特性）
    status = "okay";                           // 启用控制器
};

关闭 EMMC 1.8V 供电选项

由原理图可以看出，此时 EMMC 工作电压是 3.3V 的。

因此我们还需要在usdhc2 节点内容中，关闭 1.8V 这个功能选项。 防止内核在运行的时候用 1.8V 去驱动 EMMC，导致 EMMC 驱动出现问题。

修改后的 usdhc2 节点内容如下：

&usdhc2 {
    pinctrl-names = "default", "state_100mhz", "state_200mhz";  // 多频率状态支持
    pinctrl-0 = <&pinctrl_usdhc2_8bit>;        // 默认模式引脚配置（通常50MHz）
    pinctrl-1 = <&pinctrl_usdhc2_8bit_100mhz>; // 100MHz高速模式
    pinctrl-2 = <&pinctrl_usdhc2_8bit_200mhz>; // 200MHz超高速模式
    bus-width = <8>;                           // 8位数据总线（eMMC标准）
    non-removable;                             // 非热插拔设备（eMMC特性）
    no-1-8-v;                                  // 禁用1.8V低电压模式
    status = "okay";                           // 启用控制器
};

修改完成以后保存一下 imx6ull-alientek-emmc.dts，然后使用命令“make dtbs”重新编译一下设备树，编译完成以后使用新的设备树重启 Linux 系统即可。

网络驱动修改

在讲解 uboot 移植的时候，U-Boot 移植（下），我们已经知道，正点原子开发板的网络和 NXP 官方的网络硬件上不同：

• 网络 PHY 芯片由 KSZ8081 换为了 SR8201F，
• 两个网络 PHY 芯片的复位 IO 也不同。

所以 Linux 内核自带的网络驱动是驱动不起来 I.MX6U-ALPHA 开发板上的网络的，需要做修改。

修改引脚

ENET1 复位引脚 ENET1_RST 连接在 I.M6ULL 的 SNVS_TAMPER7 这个引脚上。

ENET2的复位引脚 ENET2_RST 连接在 I.MX6ULL 的 SNVS_TAMPER8 上。

打开设备树文件 imx6ull-alientek-emmc.dts，找到如下代码：

将红框中的初始化 SNVS_TAMPER7 和 SNVS_TAMPER8 这两个引脚的代码删除掉。

继续在 imx6ull-alientek-emmc.dts 中找到如下所示代码：

现在我们需要 GPIO5_IO07 和 GPIO5_IO08 分别作为 ENET1 和 ENET2 的复位引脚，而不是 SPI4 的什么功能引脚，所以将红框中的2行代码删除掉，防止干扰到网络复位引脚。

继续在 imx6ull-alientek-emmc.dts 中找到名为“iomuxc_snvs”的节点：

仿照格式在该节点内末尾处，添加网络复位引脚信息：

		/*enet1 reset zuozhongkai*/
		pinctrl_enet1_reset: enet1resetgrp {
			fsl,pins = <
				/* used for enet1 reset */
				MX6ULL_PAD_SNVS_TAMPER7__GPIO5_IO07 0x10B0
			>;
		};

		/*enet2 reset zuozhongkai*/
		pinctrl_enet2_reset: enet2resetgrp {
			fsl,pins = <
				/* used for enet2 reset */
				MX6ULL_PAD_SNVS_TAMPER8__GPIO5_IO08 0x10B0
			>;
		};

继续在 imx6ull-alientekemmc.dts 中找到如下所示代码：

红框中的2行代码，分别为 ENET1 和 ENET2 的网络时钟引脚配置信息，将这两个引脚的电气属性值改为 0x4001b031(原来默认值就是 0x4001b031)。

修改完成以后记得保存一下 imx6ull-alientek-emmc.dts，网络复位以及时钟引脚驱动就修改好了。

修改pinctrl-0 属性

在 imx6ull-alientek-emmc.dts 文件中找到名为“fec1”和“fec2”的这两个节点，修改其中的“pinctrl-0”属性值，修改以后如下所示：

修改PHY 地址

我们说过：

• ENET1 的 LAN8720A 地址为 0x2，
• ENET2 的 LAN8720A地址为 0x1。

在 imx6ull-alientek-emmc.dts 中找到如下代码：

像上图一样，添加上这两行代码：

phy-reset-gpios = <&gpio5 7 GPIO_ACTIVE_LOW>;
phy-reset-duration = <200>;

同理，在fec2节点中，添加如下代码：

	phy-reset-gpios = <&gpio5 8 GPIO_ACTIVE_LOW>;
	phy-reset-duration = <200>;

另外，继续添加代码：

smsc,disable-energy-detect

最后这段代码如下图：

ENET1 网络复位引脚所使用的 IO 为 GPIO5_IO07，低电平有效。复位低电平信号持续时间为 200ms。

ENET2 网络复位引脚所使用的 IO 为 GPIO5_IO08，同样低电平有效，持续时间同样为 200ms。

“smsc,disable-energy-detect”表明 PHY 芯片是 SMSC 公司的，这样 Linux内核就会找到 SMSC 公司的 PHY 芯片驱动来驱动 LAN8720A。

注意“ethernet-phy@”后面的数字是 PHY 的地址， ENET1 的 PHY 地址为 2，ENET2 的 PHY 地址为 1.

修改 fec_main.c 文件

要在 I.MX6ULL 上使用SR8201F ， 需要修改一下 Linux 内核源码 。

打开drivers/net/ethernet/freescale/fec_main.c，找到函数 fec_reset_phy，在 fec_reset_phy 函数中加入如下代码：

根据 SR8201F 收据手册上的要求， SR8201F 在复位结束以后需要等待至少 150ms 才能操作 SR8201F，因此这里添加了一个 200ms 的延时。

网络驱动测试

修改好设备树和 Linux 内核以后重新编译一下，得到新的 zImage 镜像文件和 imx6ullalientek-emmc.dtb 设备树文件：

cd arch/arm/boot/dts进入这个路径下，找到dts文件：

使用网线将 I.MX6U-ALPHA 开发板的两个网口与路由器或者电脑连接起来，最后使用新的文件启动 Linux 内核。

tftp 80800000 zImage
tftp 83000000 imx6ull-alientek-emmc.dtb
bootz 80800000 – 83000000

启动以后，输入命令“ifconfig -a”来查看一下开发板中存在的所有网卡，结果如图：

eth0 和 eth1 是网络接口的网卡，其中 eth0 对应于 ENET2， eth1 对应于 ENET1。

使用如下命令依次打开 eth0 和 eth1 这两个网卡：

ifconfig eth0 up
ifconfig eth1 up

网卡的打开过程如图：

可以看到“Generic PHY”字样，说明当前的网络驱动使用的就是 Linux 内核自带的通用网络 PHY 驱动。

再次输入“ifconfig”命令来查看一下当前活动的网卡，结果如图：

可以看出，此时 eth0 和 eth1 两个网卡都已经打开，并且工作正常，但是这两个网卡都还没有 IP 地址，所以不能进行 ping 等操作。

使用如下命令给两个网卡配置 IP 地址：

ifconfig eth0 192.168.1.251
ifconfig eth1 192.168.1.252

设置好以后，使用“ping”命令来 ping 一下自己的主机，如果能 ping 通那说明网络驱动修改成功：

我们在后面的构建根文件系统和 Linux 驱动开发中就可以使用网络调试代码。

关于 Linux 内核的移植，简单总结一下移植步骤：

1. 在 Linux 内核中查找可以参考的板子，一般都是半导体厂商自己做的开发板。
2. 编译出参考板子对应的 zImage 和.dtb 文件。
3. 使用参考板子的 zImage 文件和.dtb 文件在我们所使用的板子上启动 Linux 内核，看能否启动。
4. 如果不能启动，那就需要调试 Linux 内核。启动Linux 内核用到的外设不多，一般就 DRAM(Uboot 都初始化好的)和串口。作为终端使用的串口一般都会参考半导体厂商的 Demo 板。
5. 修改相应的驱动。重点是网络驱动，如果是处理器内部 MAC+外部 PHY 这种网络方案的话，只要设置好复位引脚、 PHY 地址信息基本上都可以驱动起来。
6.  Linux 内核启动以后需要根文件系统，如果没有根文件系统的话肯定会崩溃，所以确定 Linux内核移植成功以后就要开始根文件系统的构建。