如何让树莓派4上固件的debug日志输出到串口？

  • rlk8888

    2022-02-09 13:46:02
  • Linux操作系统
  • 原创

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   2020年10月1号重磅上线
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树莓派4上的FW

图片


我们玩过树莓派的小伙伴都知道，树莓派4上有几个固件，我们是需要把这些固件拷贝到MicroSD卡里的，这些固件包括如下几个文件。

  1. bootcode.bin：引导程序。树莓派复位上电时，CPU处于复位状态，由GPU来负责启动系统。GPU首先会启动固化在芯片内部的固件（BootROM代码），读取MicroSD卡中的bootcode.bin文件，并装载和运行bootcode.bin中的引导程序。树莓派4B已经把bootcode.bin引导程序固化到SPI Boot EEPROM里。

  2. start4.elf：树莓派4上的GPU固件。bootcode.bin引导程序检索MicroSD卡中的GPU固件，加载固件并启动GPU。

  3. start.elf：树莓派3上的GPU固件。

  4. config.txt：配置文件。GPU启动后读取config.txt配置文件，读取Linux内核映像（比如kernel8.img等）以及内核运行参数等，然后把内核映像加载到共享内存中并启动CPU，CPU结束复位状态开始运行Linux内核。

在树莓派官方文档里提到，把config.txt配置文件中的uart_2ndstage设置为1就能把第二阶段的start4.elf的固件的debug log信息打印到串口。

uart_2ndstage

Setting uart_2ndstage=
1 causes the second-stage loader

 (bootcode.bin on devices prior to the Raspberry Pi 
4,

 or the boot code 
in the EEPROM 
for Raspberry Pi 
4 devices)

 and the main firmware (start*.elf) to output diagnostic

 information to UART0.

我们尝试在config.txt配置文件中的uart_2ndstage设置为1，但是start4依然只是打印一句话，并没有打印出debug log。

Starting start4.elf

上面这句话打印之后，需要停顿几十秒才能显示Linux内核的日志，所以，为了方便调试BenOS，我们需要找一个方法来把start4.elf的debug log打印到串口里。

打开start.elf的debug日志

我们从树莓派官网得知，2020年8月20号发布的SPI BootRom固件已经支持了这个功能，另外还需要搭配最新的start4.elf固件，即2020年9月3号发布的。
接下来，我们告诉小伙伴如何更新树莓派4上的固件。

  1. 下载一个最新的树莓派OS，一定是要Raspberry Pi OS，不要使用第三方的树莓派OS，例如ubuntu for Raspberry Pi。
    国内小伙伴可以从清华源中下载。

https:
//mirrors.tuna.tsinghua.edu.cn/raspberry-pi-os-images/raspios_arm64/images/raspios_arm64-2020-08-24/

下载完成之后，使用烧写工具把image 烧写到MircoSD里，在windows下可以使用Win32DiskImager 软件来进行烧录，Linux主机可以使用dd命令。

  1. 修改MircoSD卡中boot分区里面的config.txt配置文件，在这个文件里新增两行。

uart_2ndstage=
1

enable_uart=
1

  1. 把MircoSD插回到树莓派4上，开机。

  2. 配置树莓派4上的wifi。可以使用树莓派上的配置工具.

$ sudo raspi-config

选择“Network Options”来配置WIFI密码等。

图片

  1. 更新软件包。
    树莓派4上的SPI BootRom固件是在rpi-eeprom这个软件包里，第二阶段的固件start4.elf是在raspberrypi-bootloader软件包里。
    这两个软件包更新之后，会自动把最新的BootRom固件烧写到SPI EEPROM里，并且更新start4.elf到MicroSD的boot分区。
    我们最好是全系统的更新软件包。

sudo apt update

sudo apt full-upgrade

sudo reboot

更新完成之后，我们reboot机器。我们就能看到久违的start4.elf的debug日志了。

Starting start4.elf @ 
0xfec00200 partition 
0



MESS:
00:
00:
05.630001:
0: arasan: arasan_emmc_open

MESS:
00:
00:
05.803154:
0: brfs: File read: 
/mfs/sd/config.txt

MESS:
00:
00:
05.806352:
0: brfs: File read: 
1789 bytes

MESS:
00:
00:
05.834684:
0: brfs: File read: 
/mfs/sd/config.txt

MESS:
00:
00:
05.843900:
0: brfs: File read: 
1789 bytes

MESS:
00:
00:
06.325273:
0: gpioman: gpioman_get_pin_num: pin DISPLAY_DSI_PORT not defined

MESS:
00:
00:
06.332523:
0: *** Restart logging

MESS:
00:
00:
06.337819:
0: hdmi: HDMI:hdmi_get_state is deprecated, use hdmi_get_display_state instead

MESS:
00:
00:
06.347118:
0: hdmi: HDMI:hdmi_get_state is deprecated, use hdmi_get_display_state instead

MESS:
00:
00:
06.353048:
0: HDMI0: hdmi_pixel_encoding: 
300000000

MESS:
00:
00:
06.358516:
0: HDMI1: hdmi_pixel_encoding: 
300000000

MESS:
00:
00:
06.368733:
0: dtb_file 
'bcm2711-rpi-4-b.dtb'

MESS:
00:
00:
06.377978:
0: brfs: File read: 
/mfs/sd/bcm2711-rpi
-4-b.dtb

MESS:
00:
00:
06.381224:
0: Loading 
'bcm2711-rpi-4-b.dtb' to 
0x100 size 
0xb96f

MESS:
00:
00:
06.400028:
0: brfs: File read: 
47471 bytes

MESS:
00:
00:
06.414733:
0: brfs: File read: 
/mfs/sd/overlays/overlay_map.dtb

MESS:
00:
00:
06.472806:
0: brfs: File read: 
1423 bytes

MESS:
00:
00:
06.477908:
0: brfs: File read: 
/mfs/sd/config.txt

MESS:
00:
00:
06.480832:
0: dtparam: audio=on

MESS:
00:
00:
06.493443:
0: brfs: File read: 
1789 bytes

MESS:
00:
00:
06.509298:
0: brfs: File read: 
/mfs/sd/overlays/vc4-fkms-v3d.dtbo

MESS:
00:
00:
06.529750:
0: Loaded overlay 
'vc4-fkms-v3d'

MESS:
00:
00:
06.574805:
0: brfs: File read: 
1238 bytes

MESS:
00:
00:
06.579822:
0: brfs: File read: 
/mfs/sd/cmdline.txt

MESS:
00:
00:
06.582401:
0: Read command line 
from file 
'cmdline.txt':

MESS:
00:
00:
06.588273:
0: 
'console=serial0,115200 console=tty1 root=PARTUUID=2b2231e3-02 rootfstype=ext4 elevator=deadline fsck.repair=yes rootwait plymouth.ignore-serial-consoles'

MESS:
00:
00:
07.648530:
0: brfs: File read: 
153 bytes

MESS:
00:
00:
08.864766:
0: brfs: File read: 
/mfs/sd/kernel8.img

MESS:
00:
00:
08.867324:
0: Loading 
'kernel8.img' to 
0x80000 size 
0xec4200

MESS:
00:
00:
08.873585:
0: Device tree loaded to 
0x2eff4100 (size 
0xbead)

MESS:
00:
00:
08.880030:
0: uart: 
Set PL011 baud rate to 
103448.300000 Hz

MESS:
00:
00:
08.888893:
0: uart: Baud rate change done...

MESS:
00:
00:
08.890915:
0:[    
0.000000] Booting Linux on physical CPU 
0x0000000000 [
0x410fd083]

[    
0.000000] Linux version 
5.4
.51-v8+ (dom@buildbot) (gcc version 
5.4
.0 
20160609 (Ubuntu/Linaro 
5.4
.0
-6ubuntu1~
16.04
.9)) #
1333 SMP PREEMPT Mon Aug 
10 
16:
58:
35 BST 
2020

[    
0.000000] Machine model: Raspberry Pi 
4 Model B Rev 
1.2

上面是启动Linux内核的日志，接下来我们把MicroSD卡拷贝BenOS的实验代码的bin文件。

Starting start4.elf @ 
0xfec00200 partition 
0



MESS:
00:
00:
05.264585:
0: arasan: arasan_emmc_open

MESS:
00:
00:
05.421982:
0: brfs: File read: 
/mfs/sd/config.txt

MESS:
00:
00:
05.424859:
0: brfs: File read: 
493 bytes

MESS:
00:
00:
05.453548:
0: brfs: File read: 
/mfs/sd/config.txt

MESS:
00:
00:
05.462417:
0: brfs: File read: 
493 bytes

MESS:
00:
00:
05.943690:
0: gpioman: gpioman_get_pin_num: pin DISPLAY_DSI_PORT not defined

MESS:
00:
00:
05.950942:
0: *** Restart logging

MESS:
00:
00:
05.956330:
0: hdmi: HDMI:hdmi_get_state is deprecated, use hdmi_get_display_state instead

MESS:
00:
00:
05.965627:
0: hdmi: HDMI:hdmi_get_state is deprecated, use hdmi_get_display_state instead

MESS:
00:
00:
05.971561:
0: HDMI0: hdmi_pixel_encoding: 
300000000

MESS:
00:
00:
05.977028:
0: HDMI1: hdmi_pixel_encoding: 
300000000

MESS:
00:
00:
05.987254:
0: dtb_file 
'bcm2711-rpi-4-b.dtb'

MESS:
00:
00:
05.997023:
0: brfs: File read: 
/mfs/sd/bcm2711-rpi
-4-b.dtb

MESS:
00:
00:
06.000269:
0: Loading 
'bcm2711-rpi-4-b.dtb' to 
0x100 size 
0xb96f

MESS:
00:
00:
06.019176:
0: brfs: File read: 
47471 bytes

MESS:
00:
00:
06.110001:
0: brfs: File read: 
/mfs/sd/config.txt

MESS:
00:
00:
06.118301:
0: brfs: File read: 
493 bytes

MESS:
00:
00:
06.122231:
0: brfs: File read: 
/mfs/sd/cmdline.txt

MESS:
00:
00:
06.125361:
0: Read command line 
from file 
'cmdline.txt':

MESS:
00:
00:
06.131256:
0: 
'logdev=ttyS1'

MESS:
00:
00:
07.167549:
0: brfs: File read: 
13 bytes

MESS:
00:
00:
07.179048:
0: brfs: File read: 
/mfs/sd/benos4.bin

MESS:
00:
00:
07.181512:
0: Loading 
'benos4.bin' to 
0x80000 size 
0x4b30

MESS:
00:
00:
07.187507:
0: Device tree loaded to 
0x2eff4200 (size 
0xbd33)

MESS:
00:
00:
07.193841:
0: uart: 
Set PL011 baud rate to 
103448.300000 Hz

MESS:
00:
00:
07.202824:
0: uart: Baud rate change done...

Booting at EL2

              Booting at EL1

                            Welcome BenOS!

printk init done

<
0x800880> func_c

BenOS image layout:

  .text.boot: 
0x00080000 - 
0x000800d8 (   
216 B)

       .text: 
0x000800d8 - 
0x00083ad8 ( 
14848 B)

     .rodata: 
0x00083ad8 - 
0x000842fe (  
2086 B)

       .data: 
0x000842fe - 
0x000846d0 (   
978 B)

        .bss: 
0x00084b30 - 
0x000a4f40 (
132112 B)

test and: p=
0x2

test or: p=
0x3

test andnot: p=
0x1

el = 
1

test_asm_goto: a = 
1

Bad mode 
for Sync Abort handler detected, 
far:
0x80002 esr:
0x96000061 - DABT (current EL)

ESR info:

  ESR = 
0x96000061

  Exception 

class = DABT (current EL), IL = 
32 bits

  Data abort:

  SET = 
0, FnV = 
0

  EA = 
0, S1PTW = 
0

  CM = 
0, WnR = 
1

  DFSC = Alignment fault

上面是启动BenOS的日志，其中如下日志对我们调试有帮助。

MESS:
00:
00:
07.179048:
0: brfs: File read: 
/mfs/sd/benos4.bin

MESS:
00:
00:
07.181512:
0: Loading 
'benos4.bin' to 
0x80000 size 
0x4b30

MESS:
00:
00:
07.187507:
0: Device tree loaded to 
0x2eff4200 (size 
0xbd33)

上面日志告诉我们，固件读取了SD卡里的benos4.bin，其中benos4.bin是我们编写的BenOS的二进制文件，并且把benos加载到0x80000的地址，这些信息对我们调试BenOS非常有帮助。

第三季旗舰篇视频课程：ARM64体系结构与编程，2020年10月1号上线。

图片

上线地址：

淘宝店：shop115683645.taobao.com

第三季视频预览片：

https://space.bilibili.com/277836343/channel/detail?cid=149997


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