[한화비전 VEDA 4기] 13주차 리뷰

부트 로더

부트로더란, 컴퓨터가 켜졌을 때, 커널을 찾아 메모리에 올려주는 일을 합니다. 이러한 부트로더를 만들 때에는 사용할 rootfile 등을 잡아주어야 합니다. 또한, 하드웨어나 소프트웨어를 초기화해주기도 합니다.
만약 커널이 적재되면, 부트로더는 메모리에서 내려갑니다.

이 부트로더는 직접 만들어줄 수도 있습니다. 보통 u-boot를 많이 이용합니다.

u-boot

설치는 다음과 같습니다.

$ git clone git://git.denx.de/u-boot.git
$ cd u-boot
$ make CROSS_COMPILE=aarch64-gcc-gnu- <board_name>_defconfig # 여기서는 rpi_4_defconfig
$ make CROSS_COMPILE=aarch64-gcc-gnu- -j 4

만약 uboot 빌드를 초기화하려면 다음 명령어를 수행하면 됩니다.

$ make CROSS_COMPILE=aarch64-gcc-gnu- distclean

빌드가 완료되면 다음 파일이 생성됩니다.

u-boot
u-boot.bin
u-boot.lds
u-boot.lds

 

여기서 u-boot.bin을 라즈베리파이로 넘기면 부트로더를 올릴 수 있는데, 그러면 커널이 올라가지 않은 상태가 되기 때문에 ssh를 사용할 수 없게 됩니다.
그럼에도 불구하고, UART 통신은 할 수 있기 때문에 이는 사용할 수 있습니다.

USB to TTL

이렇게 생긴 usb-to-ttl 컨버터를 사용한다면, 직렬 통신을 할 수 있습니다.

핀은 다음과 같이 연결해주면 됩니다. 다만, 라즈베리파이는 전송을 받는 입장이기 때문에, RX선을 TX에, TX선을 RX에 연결해주면 됩니다.
이후, 라즈베리파이로 u-boot.bin을 넘겨준 뒤, /boot/firmware/에 해당 파일을 이동시키고, /boot/firmware/config.txt 의 맨 밑에 kernel=u-boot.bin을 추가해주면 됩니다. 이를 추가해주면 라즈베리파이의 기본 부트로더가 커널을 올리지 못하고 u-boot 부트로더를 올리게 됩니다.

부트로더 cmd 만들기

부트로더의 cmd를 만들어줄 수 있습니다.

3588 U_BOOT_CMD(
3589     showled, 2, 1,  do_showled,
3590     "print local hushshell variables",
3591     "\n    - print values of all hushshell variables\n"
3592     "showvar name ...\n"
3593     "    - print value of hushshell variable 'name'"
3594 );

위와 같은 부분이 있는데, 이 형식에 맞춰 함수를 만들어주면 됩니다.
여기서는 showled 라는 명령어를 입력하면 do_showled 함수를 실행하라는 의미입니다.
물론, do_showled 함수는 직접 구현해야 합니다.

부트로더를 이용하여 커널 부팅하기

커널을 부팅하기 위해서는 커널의 위치를 알아야 합니다.
uboot/board/raspberrypi/rpi/rpi.env에서 kernel.addr을 찾을 수 있는데, 아마 0x00080000에 존재할 것입니다.

u-boot에서는 다음 명령어로 커널을 부팅할 수 있습니다.

setenv bootargs 'console=tty1 console=ttyS0,115200 root=/dev/mmcblk0p2 rootwait rw'

setenv user_mmc_boot '
mmc dev 0;
fatload mmc 0:1 ${kernel_addr_r} kernel8.img;
fatload mmc 0:1 ${fdt_addr_r} bcm2711-rpi-4-b.dtb;
booti ${kernel_addr_r} - ${fdt_addr_r}'

setenv bootcmd 'run user_mmc_boot'

saveenv
printenv user_mmc_boot

reset

자동으로 재부팅을 하게 되며, 이 이후로는 시리얼 통신이 아닌 ssh 통신을 할 수 있을 것입니다.

디바이스트리

하드웨어를 구성하고 있는 요소를 arm에서 커널에게 알려주는 구조를 말합니다. 자료구조의 일종이라고 볼 수 있습니다.
각 보드 별로 독자적으로 코드를 구성하게 되면 같은 SoC에서 파생된 보드임에도 전혀 다른 코드가 구현될 수 있습니다. 이렇게 되면 코드의 복잡도와 코드량 자체가 늘어나는 문제가 발생할 수 있습니다.
그러나 디바이스트리를 구성하면 보드 구성이 바뀌더라도 커널 코드를 수정하지 않고도 동작할 수 있도록 만들 수 있습니다.

디바이스트리 구성

디바이스트리는 정해진 구성 방식이 있습니다.

/ {
    node@0 {
        a-string-property = "A string";
        ...

        child_node@0 {
            first-child-property;
            ...
        };
    };
};

.dts 라는 파일로 만들어집니다. 이를 빌드하여 .dtb를 만들어줍니다. 이렇게 만들어진 디바이스트리는 커널에 적재할 수 있습니다.
만약 이미 적재된 디바이스트리 대신 다른 것을 올리고 싶다면 overlay할 수 있는데, 이는 dtoverlay 라고 하며 .dtbo 확장자를 가집니다.

이렇게 만들어진 장치들은 /boot/firmware 에 등록할 수 있습니다. 여기 값을 등록한 뒤, config.txt의 맨 밑줄에 dtoverlay=gpioled,gpio=21,label=myled 라고 적는다면 dtoverlay를 사용할 수 있습니다. 물론 해당 내용은 본인의 상황에 맞게 바꾸어주어야 합니다.

만약 mydev.dts 라는 파일이 존재한다고 한 다음, 이 디바이스트리 소스를 사용하려면 다음과 같이 해주면 됩니다.
먼저, .dtbo 파일을 생성해주어야 합니다.

$ dtc -@ -I dts -O dtb -o mydev.dtbo mydev.dts

이후, 생성된 .dtbo 파일은 /boot/firmware/overlays에 위치시키고, /boot/firmware/config.txt의 맨 밑줄에 다음을 추가합니다.

dtoverlay=mydev

이제 재시작을 하면 mydev가 디바이스트리로 들어가게 됩니다.

yocto

드디어 yocto에 대해 공부하였습니다. yocto 는 툴체인, 부트로더, 커널, 루트파일시스템을 한 번에 만들어 관리할 수 있는 툴입니다.
yocto는 초대형 프로젝트로, 공식 문서 상 약 140기가 이상의 디스크 공간, 32기가 이상의 램이 필요하다고 합니다.
현재 가상머신 스펙은 다음과 같습니다.

• 6코어 cpu
• 30287MB 메모리
• 250GB 디스크

설치 및 실행

ubuntu에서 dependency 다운로드

$ sudo apt-get install build-essential chrpath cpio debianutils diffstat file gawk gcc git iputils-ping libacl1 libcrypt-dev locales python3 python3-git python3-jinja2 python3-pexpect python3-pip python3-subunit socat texinfo unzip wget xz-utils zstd lz4

이렇게 먼저 필요한 패키지를 다운받아준 뒤, locale을 설정해줍니다.

$ locale --all-locales | grep en_US.utf8

만약 locale이 지원되지 않는다고 한다면, 다음을 이용해 설정해주면 됩니다.

$ sudo dpkg-reconfigure locales

poky 다운로드

이후로는 poky를 다운받습니다. poky는 레퍼런스 배포판이라고 합니다.
https://git.yoctoproject.org/poky/
위 프로젝트로 들어가면 여러 버전이 나옵니다. 저는 일단 scarthgap으로 받았습니다.

$ git clone -b scarthgap https://git.yoctoproject.org/poky

이후, 환경 설정을 위해 스크립트를 수행해주어야 합니다.

$ source oe-init-build-env

그러면 자동으로 build 폴더로 이동하게 된다. 뒤에 argument를 넣어주면 해당 폴더를 빌드 폴더로 사용하게 됩니다.
conf/local.conf 는 빌드하려는 장치의 정보가 담겨있으며, conf/bblayer.conf는 메타레이어의 경로가 들어있습니다.
만약 레이어를 추가하고 싶다면 conf/bblayer.conf의 값을 변경해주면 됩니다.

openembedded, meta-raspberrypi 다운로드

poky 폴더 안에 meta 폴더를 다운받아야 합니다.

$ git clone -b scarthgap https://git.openembedded.org/meta-openembedded
$ git clone -b scarthgap https://git.yoctoproject.org/meta-raspberrypi

이 메타 데이터들을 통해 레이어를 쌓습니다. 여기서 추가되는 것들은 새로 추가되는 거고, 바뀌는 것은 바뀌게 됩니다. 이렇게 하나하나 쌓아가기 때문에 레이어라고 부르는 듯 합니다.

$ vim conf/local.conf
# 이후, MACHINE ??= "raspberripi4" 로 수정

$ vim core/bblayers.conf
# 이후 다음을 추가해야 합니다.

/home/vboxuser/poky/meta-raspberrypi

여기까지 설정을 마친 뒤, bitbake를 이용하여 빌드를 해주면 됩니다.

 $ bitbake core-image-full-cmdline

참고로 yocto는 빌드 자체도 매우 오래걸리기 때문에 시간을 매우 많이(몇 시간 정도) 두고 빌드하면 됩니다.

레시피

만들어진 yocto에 대해서는(빌드 하기 전, 빌드파일이 생성되었을 때) $ bitbake -c listtasks core-image-minimal 과 같은 방식으로 태스크 리스트를 확인할 수 있습니다.
만약, bitbake 도중 실패하게 된다면, 어떤 작업에서 오류가 발생했는지 확인한 뒤, 해당 태스크만 clean한 뒤, 다시 빌드하는 것도 가능합니다.

$ bitbake -c clean 타깃명
$ bitbake -c fetch 타깃명
$ bitbake core-image-minimal | --runall=fetch

레시피는 다음과 같은 방식으로 만들어집니다.

  1 DESCRIPTION = "A friendly program that prints Hello World!"
  2 PROPERTY = "optional"
  3 SECTION = "hello"
  4
  5 LICENSE = "GPLv2"
  6 LIC_FILES_CHKSUM = "file://${COMMON_LICENSE_DIR}/GPL2.0;md5=801f80980d171dd6425    610833a22dbe6"
  7
  8 SRC_URI = "file://helloworld.c"
  9
 10 S = "${WORKDIR}/sources"
 11 UNPACKDIR = "${S}"
 12
 13 do_compile() {
 14     ${CC} ${CFLAGS} ${LDFLAGS} ${S}/helloworld.c -o ${B}/helloworld
 15 }
 16
 17 do_install() {
 18     install -d ${D}${bindir}
 19     install -m 0755 ${B}/helloworld ${D}${bindir}
 20 }

md5 값은 md4sum을 통해 알아낼 수 있으며, src 파일을 넣어준다면 자동으로 빌드할 때 추가해줍니다.
이렇게 추가된 함수는 해당 yocto를 통해 빌드한 이미지 파일 위에서 특별한 작업 없이도 사용할 수 있는 기본 명령어가 됩니다.

그 외...

이번주에는 기업 면접을 가느라 아쉽게도 목요일에 참여하지 못하였습니다.
목요일은 한화비전 본사에서 취업특강과 BSP 직무설명 등을 진해하였다고 전해들었습니다. 다음 면접과는(있을지 모르겠지만) 겹치지 않으면 좋겠네요ㅜ