U-BOOT的本地控制台输出

最新推荐文章于 2025-11-30 14:00:56 发布

原创最新推荐文章于 2025-11-30 14:00:56 发布 · 1k 阅读

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U-BOOT是伴随Linux成长起来的引导程序（Boot Loader），以代码短小精悍，功能灵活强大著称。虽然它支持包括比如Power PC和X86在内的很多种CPU，但是在ARM上使用的最广泛。比如幽兰代码本最初使用的就是U-BOOT。2023年年初，幽兰本增加了UEFI支持，但使用了一段时间后，又改为默认预装U-BOOT了。

曾经改用UEFI的主要原因有两个：一个是支持Windows，另一个是本地的交互界面，包括GUI和UEFI Shell。

改回U-BOOT的原因也主要有两个：一是U-BOOT速度快，二是硬件适配得比较好。U-BOOT对ARM的支持超过20年，而UEFI在ARM上的时间虽然算起来也有将近10年，但是实际使用不多，还属于磨合阶段。

换回U-BOOT后，少了UEFI的本地GUI和UEFI Shell。如何弥补这个缺失呢？

其实，U-BOOT也是有命令接口（Command Shell）的，而且命令的数量和功能与UEFI不相上下，只是使用起来不如UEFI那么方便。

幽兰使用的U-BOOT是基于瑞芯微定制过的版本修改的（以下简称RK版本）。以这个版本为例，只能通过串口终端才能激活和使用命令接口。

具体来说，需要使用一根串口线和两台电脑，在U-BOOT阶段在串口终端中按热键1打断自动启动，让其进入命令行。

Autoboot in 2 seconds
ulan# version
U-Boot 2017.09-YourLand_YouXi (Jan 27 2025 - 14:39:17 +0800)


gcc (Ubuntu 13.3.0-6ubuntu2~24.04) 13.3.0
GNU ld (GNU Binutils for Ubuntu) 2.42
ulan#

本地对话

串口终端需要两台电脑，肯定不如本地交互方便。为此，我一直在思考如何解决这个问题。

在谷歌公司工作的Simon Glass是U-BOOT的一位重要开发者，他在2023年6月的Embedded Open Source Summit上演讲，题目为《U-Boot中的近期进步》（Recent Advances in U-Boot）。

（Simon Glass，U-Boot重要开发者，照片来自Github）

在这个演讲中，Simon介绍了U-Boot的expo子系统，用于显示图形和文字，开发图形界面，比如菜单等。

Simon提到expo子系统已经在U-Boot的主线代码里，但是并不在RK代码里。因为expo子系统是在2022年开发的，而RK代码是基于主线的2017年9月版本。

看到曙光

上周在准备U-BOOT课程的讲义时，我仔细梳理了U-BOOT的所有命令，注意到了一条以前没有注意到的命令，名叫lcdputs。

ulan# lcdputs
lcdputs - print string on video framebuffer


Usage:
lcdputs     <string>

读这条命令的帮助信息，“在视频帧缓冲区上打印字符串”，正是我想要的。

于是，马上试了一下，lcdputs hi

但是屏幕上没有任何变化。

上挥码枪

接上挥码枪调试，设置断点，跟踪do_lcd_puts函数，发现内部执行console_normal_putc_xy函数时出错了。

具体来说，是上面的第85处返回错误了。

观察设备对象的私有数据，代表屏幕宽度的xsize_frac居然为0。

追查代码，找这个字段的赋值过程，发现它源于xsize字段。而xsize和它的兄弟ysize是通过如下两个宏来赋值的。

uc_priv->xsize = DRM_ROCKCHIP_FB_WIDTH;
  uc_priv->ysize = DRM_ROCKCHIP_FB_HEIGHT;
  uc_priv->bpix = VIDEO_BPP32;

查这两个宏的定义：

#ifdef CONFIG_DRM_ROCKCHIP_VIDEO_FRAMEBUFFER
 #define DRM_ROCKCHIP_FB_WIDTH    800
 #define DRM_ROCKCHIP_FB_HEIGHT    600
 #define DRM_ROCKCHIP_FB_BPP    VIDEO_BPP32
#else
 #define DRM_ROCKCHIP_FB_WIDTH    0
 #define DRM_ROCKCHIP_FB_HEIGHT    0
 #define DRM_ROCKCHIP_FB_BPP    VIDEO_BPP32
#endif

是根据CONFIG_DRM_ROCKCHIP_VIDEO_FRAMEBUFFER条件编译的。而CONFIG_DRM_ROCKCHIP_VIDEO_FRAMEBUFFER的确没有定义。

定义CONFIG_DRM_ROCKCHIP_VIDEO_FRAMEBUFFER宏后，先是更新新版本遇到了点麻烦（pre-loader升级rkbin后魔码错误），解决了之后，也还是不能显示。

沙箱模式

为了方便调试，U-Boot支持以App方式运行，称为沙箱模式（Sandbox）。

昨天，我花了大约2小时的时间，亲自试验了这种方法。

在沙箱模式下，我测试了lcdputs功能，是可以工作的。顺便也跟踪了它的执行过程。

锲而不舍

临近春节假期，小伙伴们陆续休假回老家了。今天是春节前的最后一个工作日，早晨6点半左右，我就到了办公室。

试验室里很安静，我一边准备U-Boot课程的讲义，一边看U-Boot的代码和文档，也时不时的在幽兰上做各种试验。

为了准备驱动模型一讲的讲义，我逐行阅读了U-Boot文档中的Develop U-Boot/Driver Model / Design Details部分。并且做了很多试验，包括用挥码枪调试器看幽兰上的设备树和具体实现。

使用dm tree命令观察，可以看到上百个驱动。考虑到萦绕心头许久的本地界面问题，我再次选择了视频实现有关的驱动，上调试器，看活代码。

关于U-Boot，瑞芯微也有一篇很不错的文档，也是很多同行积累了多年的成果。

把多方面收集的信息汇总到一起，眼前的代码逐渐从陌生变得熟悉。脑海中有了一幅比较清晰的蓝图。总体来说，关于RK硬件的显示驱动有两套代码，一套出自RK官方，在video/dm目录下，另一套出自开源社区，在video目录下。前者代码量较大，支持幽兰使用的RK3588芯片，后者只支持比较老的芯片。功能方面RK驱动实现了显示图片和启动徽标，没有很好的实现字符显示。

充分理解代码后，我开始尝试做一些修改，特别是仔细核对分辨率后，纠正前面设置分辨率的两个宏定义。

edp@fded0000:  detailed mode clock 148500 kHz, flags[a]
    H: 1920 1968 2000 2200
    V: 1080 1083 1089 1126
bus_format: 100e

这样调整代码和更新后，重启时，我看到一些白色的字符在屏幕上方划过，虽然很快就被后来显示徽标所替代，但是我还是确认那就是代码里打印出的字符，我的修改有效果了。

仔细跟踪前面提到的console_normal_putc_xy函数，很容易看出它的工作原理就是把字符的点阵信息“镶嵌”到帧缓冲区（fb）里。

Sandbox下，这个帧缓冲区被通过video_sync函数刷新到窗口里，就显示出来了。

但是目前使用的代码中，video_sync函数并没有把fb发送给dm下的video驱动。

仔细跟踪可以工作的位图显示代码，我发现显示位图时调用的函数叫display_logo，display_logo的代码是把位图的内存区传给底层的。

display_set_plane(state);
  display_enable(state);

display_logo接受的参数是一个display_state 结构体。

static int display_logo(struct display_state *state)

接下来的目标便是如何给帧缓冲区fb封装一个display_state 结构体，浏览代码，发现有一个rockchip_show_fbbase函数实现了这个逻辑。

有了这些基础后，我大胆地在video_sync函数末尾加入如下三行代码：

#ifdef CONFIG_DRM_ROCKCHIP_VIDEO_FRAMEBUFFER
  rockchip_show_fbbase(priv->fb);
  video_set_flush_dcache(vid, true);
#endif

然后构建更新，再进入U-Boot命令，执行lcdputs hi，这一次出现在屏幕上了。再试: ulan# lcdputs "Happy 2025 Sping Festival!\n"

也显示出来了。

期待多日的本地显示功能终于在龙年的最后一个工作日工作了。高兴之余，我站起身顺手向窗外拍了一张照片，这棵香樟树看见了我调试的全过程。

龙年即将过去，在此感谢一直支持格蠹的各位格友，祝大家新一年里大吉大利！

(写文章很辛苦，恳请各位读者点击“在看”，欢迎转发）

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