vi
new
0
Avatar
Tuan Truong Nho @Tuantnt19
8 0 2
Đã đăng vào khoảng 11 giờ trước 7 phút đọc
15

Bringup uboot trên openwrt image

Board mình sẽ sử dụng là Raspberry Pi 4 — một con board kinh điển và khá phổ biến trong giới Embedded Linux.

Mục tiêu của bài này là đưa U-Boot vào boot flow mặc định của Raspberry Pi 4 khi chạy OpenWrt.

1. Build OpenWrt image cho Raspberry Pi 4

Đầu tiên, cần build được một image OpenWrt cho Raspberry Pi 4.

Lưu ý: Image mặc định cho Raspberry Pi 4 của OpenWrt vốn không sử dụng U-Boot.

Cách build image OpenWrt cho Pi 4 khá đơn giản, phần này anh em có thể tự tìm hiểu thêm.

Sau khi build xong, trong thư mục bin sẽ có một file dạng:

openwrt-bcm27xx-bcm2711-rpi-4-ext4-factory.img.gz

Để flash image, đầu tiên giải nén:

gzip -d openwrt-bcm27xx-bcm2711-rpi-4-ext4-factory.img.gz

Sau đó dùng dd để ghi image vào thẻ SD:

sudo dd if=openwrt-bcm27xx-bcm2711-rpi-4-ext4-factory.img \
        of=/dev/sdX \
        bs=4M \
        status=progress \
        conv=fsync

Thay /dev/sdX bằng đúng device của thẻ SD.

Sau khi flash xong, boot Raspberry Pi 4 lên OpenWrt.

2. Boot files của Raspberry Pi 4

Sau khi boot vào board:

cd /boot
ls

Có thể thấy các file:

COPYING.linux
LICENCE.broadcom
bcm2711-rpi-4-b.dtb
bcm2711-rpi-400.dtb
bcm2711-rpi-cm4.dtb
config.txt
cmdline.txt
distroconfig.txt
fixup4.dat
fixup4cd.dat
fixup4x.dat
kernel8.img
overlays/
partuuid.txt
start4.elf
start4cd.elf
start4x.elf

Đây chính là những file mà Raspberry Pi 4 sử dụng trong quá trình boot.

3. Boot flow mặc định của Raspberry Pi 4

Điểm quan trọng đầu tiên:

Boot flow mặc định của Raspberry Pi 4 không sử dụng U-Boot.

Flow mặc định:

BOOTROM
   │
   ▼
start4.elf
   │
   ▼
config.txt
   │
   ├── Load kernel
   ├── Load Device Tree
   │
   ▼
Linux Kernel
   │
   ▼
OpenWrt

Trong đó:

  • BOOTROM: code boot đầu tiên của Raspberry Pi.
  • start4.elf: firmware/bootloader của Raspberry Pi 4.
  • config.txt: file cấu hình quan trọng, quyết định firmware sẽ load gì tiếp theo.
  • kernel8.img: Linux kernel 64-bit.
  • .dtb: Device Tree Blob.

4. config.txt mặc định của OpenWrt

File config.txt mặc định của OpenWrt gần như không chứa cấu hình boot đặc biệt:

################################################################################
# Bootloader configuration - config.txt
################################################################################

################################################################################
# For overclocking and various other settings, see:
# https://www.raspberrypi.com/documentation/computers/config_txt.html
################################################################################

# OpenWrt config
include distroconfig.txt

[all]
# Place your custom settings here

Do đó, Raspberry Pi tiếp tục sử dụng các thiết lập mặc định.

Một thiết lập quan trọng là:

arm_64bit=1

Raspberry Pi 4 sẽ boot ở chế độ ARM 64-bit, vì vậy kernel mặc định là:

kernel8.img

Flow lúc này:

start4.elf
    │
    ▼
config.txt
    │
    ├── arm_64bit=1
    │
    ▼
kernel8.img
    │
    ├── bcm2711-rpi-4-b.dtb
    │
    ▼
Linux Kernel

5. Thêm U-Boot vào boot flow

Bây giờ mục tiêu là chèn U-Boot vào giữa Raspberry Pi firmware và Linux kernel.

Cách làm là chỉnh config.txt để Raspberry Pi firmware load u-boot.bin thay vì load Linux kernel trực tiếp.

Thêm:

enable_uart=1
arm_64bit=1
kernel=u-boot.bin
device_tree=bcm2711-rpi-4-b_owrt.dtb

Ý nghĩa:

enable_uart=1

Bật UART để debug U-Boot.

arm_64bit=1

Boot ARM ở chế độ 64-bit.

kernel=u-boot.bin

Thay vì load:

kernel8.img

Raspberry Pi firmware sẽ load:

u-boot.bin

device_tree=bcm2711-rpi-4-b_owrt.dtb

Sử dụng Device Tree dành cho U-Boot.

Boot flow mới:

BOOTROM
   │
   ▼
start4.elf
   │
   ▼
config.txt
   │
   ├── kernel=u-boot.bin
   └── device_tree=bcm2711-rpi-4-b_owrt.dtb
   │
   ▼
U-Boot
   │
   ├── Load kernel
   ├── Load Device Tree
   │
   ▼
Linux Kernel
   │
   ▼
OpenWrt

Từ thời điểm U-Boot được load lên, việc Linux kernel được load như thế nào sẽ do U-Boot đảm nhiệm.

6. Build U-Boot

Sau khi đã có boot flow mới, bước tiếp theo là build U-Boot sao cho U-Boot có thể load Linux kernel của Pi 4.

Clone source:

git clone https://github.com/u-boot/u-boot.git
cd u-boot

Tạo branch riêng để làm việc:

git checkout -b rpi4-openwrt

7. Hai file cần quan tâm trong U-Boot

Có hai file gốc của Raspberry Pi 4 cần quan tâm:

configs/rpi_4_defconfig
arch/arm/dts/bcm2711-rpi-4-b.dts

Mình không muốn sửa trực tiếp hai file gốc.

Thay vào đó, tạo hai file riêng:

configs/rpi_4_owrt_defconfig
arch/arm/dts/bcm2711-rpi-4-b_owrt.dts

Có thể copy như sau:

cd configs
cp rpi_4_defconfig rpi_4_owrt_defconfig

cd ../arch/arm/dts
cp bcm2711-rpi-4-b.dts bcm2711-rpi-4-b_owrt.dts

Từ đây, mình sẽ xử lý defconfig và Device Tree ở hai phần riêng biệt.

8. U-Boot defconfig

8.1. Đổi Device Tree mặc định

Trong:

configs/rpi_4_owrt_defconfig

có dòng:

CONFIG_DEFAULT_DEVICE_TREE="bcm2711-rpi-4-b"

Đây là Device Tree mà U-Boot sẽ sử dụng/build.

Do mình đã tạo Device Tree riêng:

bcm2711-rpi-4-b_owrt.dts

nên sửa thành:

CONFIG_DEFAULT_DEVICE_TREE="bcm2711-rpi-4-b_owrt"

8.2. Tắt Boot Standard

Một config khác cần đặc biệt chú ý:

CONFIG_BOOTSTD_DEFAULTS=y

Đây là Boot Standard (bootstd) của U-Boot.

Khi bật bootstd, U-Boot sẽ thực hiện quá trình bootflow discovery để tìm một bootflow hợp lệ trên các thiết bị boot.

Trong quá trình này, U-Boot có thể thử các boot method như:

EFI
PXE
DHCP
...

Trong khi đó, OpenWrt có boot layout riêng, ví dụ:

kernel
Device Tree
root filesystem

Vì vậy nếu tiếp tục sử dụng:

CONFIG_BOOTSTD_DEFAULTS=y

có thể gặp lỗi:

Card did not respond to voltage select: 110
Can not persist EFI variable without system partition
bootflow NULL with efi_mgr

Với boot flow hiện tại, mình sẽ không sử dụng bootstd mà chuyển sang boot bằng bootargs và bootcmd thủ công.

Thay:

CONFIG_BOOTSTD_DEFAULTS=y

bằng:

# CONFIG_BOOTSTD_DEFAULTS is not set

8.3. Cấu hình CONFIG_BOOTARGS

Thêm:

CONFIG_USE_BOOTARGS=y
CONFIG_BOOTARGS="console=tty1 console=ttyAMA0,115200 root=PARTUUID=c509a674-02 rootfstype=squashfs,ext4 rootwait"

CONFIG_BOOTARGS chính là kernel command line được truyền cho Linux kernel.

Khi Raspberry Pi boot mà không có U-Boot, thông tin này nằm trong:

/boot/cmdline.txt

Ví dụ:

console=tty1 console=serial0,115200 root=@ROOT@ rootfstype=squashfs,ext4 rootwait

Nhưng khi đưa U-Boot vào boot flow, U-Boot không tự động sử dụng cmdline.txt theo cách boot flow mặc định của Raspberry Pi.

Vì vậy, mình truyền trực tiếp kernel command line thông qua:

CONFIG_BOOTARGS

Vấn đề với root=@ROOT@

Trong cmdline.txt:

root=@ROOT@

@ROOT@ cuối cùng sẽ được thay bằng PARTUUID của partition chứa root filesystem.

Điểm cần chú ý là:

PARTUUID có thể thay đổi theo từng image.

Ở đây, mình đã hardcode bằng cách boot OpenWrt lên board rồi kiểm tra:

cd /boot
cat cmdline.txt

Sau đó lấy giá trị root=... tương ứng và đưa vào:

CONFIG_BOOTARGS

Ví dụ:

root=PARTUUID=c509a674-02

thì:

CONFIG_BOOTARGS="console=tty1 console=ttyAMA0,115200 root=PARTUUID=c509a674-02 rootfstype=squashfs,ext4 rootwait"

8.5. Cấu hình CONFIG_BOOTCOMMAND

Tiếp theo:

CONFIG_USE_BOOTCOMMAND=y
CONFIG_BOOTCOMMAND="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}"

CONFIG_BOOTCOMMAND là command mà U-Boot sẽ thực thi sau quá trình boot delay/countdown.

Ở đây U-Boot sẽ thực hiện 3 bước.

Load kernel

fatload mmc 0:1 ${kernel_addr_r} kernel8.img

Trong đó:

mmc 0:1

→ partition 1 của MMC device 0.

${kernel_addr_r}

→ địa chỉ RAM dùng để load kernel.

kernel8.img

→ Linux kernel.

Load Device Tree

fatload mmc 0:1 ${fdt_addr_r} bcm2711-rpi-4-b.dtb

U-Boot load:

bcm2711-rpi-4-b.dtb

vào:

${fdt_addr_r}

Boot Linux

booti ${kernel_addr_r} - ${fdt_addr_r}

Trong đó:

${kernel_addr_r}

→ địa chỉ kernel.

-

→ không sử dụng initrd.

${fdt_addr_r}

→ địa chỉ Device Tree.

Tức là:

booti <kernel address> - <device tree address>

8.6. Địa chỉ kernel_addr_r và fdt_addr_r

Các địa chỉ này không cần tự nghĩ ra.

Có thể tìm trong:

board/raspberrypi/rpi/rpi.env

8.7. Bật FAT command để debug

Vì boot partition của Raspberry Pi sử dụng FAT, có thể bật thêm:

CONFIG_CMD_FAT=y

Tham khảo: https://github.com/u-boot/u-boot/commit/17e57b1975d804fe88e95885c168da4ca29ba7a

9. Device Tree bcm2711-rpi-4-b_owrt.dts

Sau khi xử lý defconfig, chuyển sang Device Tree.

File:

arch/arm/dts/bcm2711-rpi-4-b_owrt.dts

9.1. Vấn đề MMC

Nếu không chỉnh sửa gì thêm trong Device Tree, khi boot có thể gặp:

U-Boot 2026.07-rc1-00004-g33d676df8693 (Sep 01 2026 - 19:43:26 +0700)

DRAM:  1.9 GiB
RPI 4 Model B (0xb03115)
Core:  176 devices, 18 uclasses, devicetree: board
MMC:   mmc@7e300000: 0, mmc@7e340000: 1
Loading Environment from FAT... Card did not respond to voltage select! : -110
** Bad device specification mmc 0 **

Có thể thấy:

MMC:
mmc@7e300000: 0
mmc@7e340000: 1

Tức là U-Boot đang khởi tạo hai MMC device:

mmc0 → 0x7e300000
mmc1 → 0x7e340000

Tại sao mmc 0 bị lỗi?

Trong CONFIG_BOOTCOMMAND, mình đang sử dụng:

fatload mmc 0:1 ...

Tức là U-Boot cần truy cập:

MMC device 0

Nhưng vấn đề là SD card của Raspberry Pi 4 lại k nằm đây

Xác định SD card nằm ở đâu

file arch/arm/dts/bcm2711-rpi-4-b_owrt.dts

/* EMMC2 is used to drive the SD card */

check device tree full ( Thật ra là mk đã build ra file bcm2711-rpi-4-b_owrt.dtb trong TH k chỉnh sửa gì rồi dùng command dtc để dump ngược thành file dts )

emmc2

nằm tại:

0x7e340000

Do đó:

SD card
   │
   ▼
emmc2
   │
   ▼
0x7e340000
   │
   ▼
MMC device 1

--> SD card nằm tại mmc1

9.2. Fix bằng Device Tree alias

Có thể sửa mapping của MMC bằng aliases.

Thêm:

aliases {
    mmc0 = &emmc2;
    mmc1 = &sdhci;
};

Khi đó:

mmc0
 │
 └──> emmc2
       │
       └──> SD card

Và command:

fatload mmc 0:1 ...

sẽ truy cập đúng SD card.

Tham khảo: https://github.com/u-boot/u-boot/commit/5a297f0d06e092e46c0c761207d3c710b39b2e73

10. Script build U-Boot

Có thể thêm một script riêng để đơn giản hóa quá trình build.

Ví dụ:

./build.sh rpi_4_owrt_defconfig

Tham khảo:

https://github.com/u-boot/u-boot/commit/7ab72e1d28f24f836331802abd54bc2f7acd3053


---

# 11. Build U-Boot

Sau khi hoàn tất:

```text
configs/rpi_4_owrt_defconfig
arch/arm/dts/bcm2711-rpi-4-b_owrt.dts

tiến hành build U-Boot.

Sau khi build xong, hai file cần quan tâm là:

out/u-boot.bin
arch/arm/dts/bcm2711-rpi-4-b_owrt.dtb

12. Copy U-Boot vào OpenWrt

Trên Raspberry Pi 4:

cd /boot

Chỉnh sửa:

config.txt

thành:

################################################################################
# Bootloader configuration - config.txt
################################################################################

################################################################################
# For overclocking and various other settings, see:
# https://www.raspberrypi.com/documentation/computers/config_txt.html
################################################################################

# OpenWrt config
include distroconfig.txt

[all]

# Place your custom settings here.
enable_uart=1
arm_64bit=1
device_tree=bcm2711-rpi-4-b_owrt.dtb
kernel=u-boot.bin

Sau đó copy:

out/u-boot.bin
arch/arm/dts/bcm2711-rpi-4-b_owrt.dtb

vào:

/boot

Có thể dùng scp:

scp out/u-boot.bin root@<PI_IP>:/boot/
scp arch/arm/dts/bcm2711-rpi-4-b_owrt.dtb root@<PI_IP>:/boot/

13. Boot thử

Sau khi copy xong:

/boot
├── u-boot.bin
├── bcm2711-rpi-4-b_owrt.dtb
├── kernel8.img
├── config.txt
├── cmdline.txt
└── ...

Rút thẻ SD ra, cắm lại vào Raspberry Pi 4 và boot.

Nếu UART đã được bật:

enable_uart=1

có thể mở serial console để quan sát log của U-Boot.

Boot flow cuối cùng sẽ là:

┌──────────────┐
│   BOOTROM    │
└──────┬───────┘
       │
       ▼
┌──────────────┐
│  start4.elf  │
└──────┬───────┘
       │
       ▼
┌──────────────┐
│  config.txt  │
└──────┬───────┘
       │
       │ kernel=u-boot.bin
       ▼
┌──────────────┐
│    U-Boot    │
└──────┬───────┘
       │
       ├── fatload kernel8.img
       │
       ├── fatload Device Tree
       │
       └── booti
              │
              ▼
       ┌──────────────┐
       │ Linux Kernel │
       └──────┬───────┘
              │
              ▼
          OpenWrt

Bài viết trên có 1 vài chỗ mình hơi hardcode, anh chị em có ý kiến gì thì cmt cùng sửa nhé

embedded Linux openwrt

All rights reserved

Mục lục


Viblo
Hãy đăng ký một tài khoản Viblo để nhận được nhiều bài viết thú vị hơn.
Đăng kí