前言

　　secure boot 和FIT Image是前段時(shí)間接觸到的，其實(shí)早就該總結(jié)下了，奈何懶癌犯了,，拖了好久才寫出來。

　　之前也有人問我,，工作后最大的感受是什么？我的回答是：“快速學(xué)習(xí)”,。

　　就嵌入式來講,，大多數(shù)應(yīng)屆生在校期間可能都沒做過完整的項(xiàng)目，僅憑在校期間學(xué)習(xí)的內(nèi)容很難勝任公司的要求,。

　　就底層驅(qū)動來講,，雖然我之前也學(xué)習(xí)過韋東山老師的上s3c2440的課程，但是到了公司才發(fā)現(xiàn),，這些內(nèi)容其實(shí)都已經(jīng)過時(shí)了,。

　　但并不是說這些內(nèi)容都沒有必要去學(xué)習(xí)了,。在學(xué)習(xí)的過程中，認(rèn)為最重要的是培養(yǎng)我們的自學(xué)能力,。

　　很多初學(xué)者在剛開始學(xué)習(xí)時(shí),，可能就敗在了搭建環(huán)境上。搭建環(huán)境時(shí)遇到問題不知道怎么辦,？

　　我們?nèi)粘ｉ_發(fā)中遇到的90%的問題,，在網(wǎng)上都有人遇到過，也有相應(yīng)的解決辦法,。學(xué)會利用bing,，google，stackoverflow等搜索工具是一項(xiàng)很重要的技能,。

　　如果遇到了網(wǎng)上沒有的問題怎么辦,？軟件問題要先搞清楚原理，再去看代碼邏輯,。硬件問題看官方手冊,。像Linux kernel，ARM等都提供了完善的手冊,，大部分問題在手冊中都有相應(yīng)說明,。

　　好了，扯遠(yuǎn)了,。下面回歸正題,。

　　本文主要介紹了FIT Image起源，制作方法,，its的語法結(jié)構(gòu),，bootm 啟動FIT Image的方式。

　　本文這篇文章是對后面介紹的secure boot做鋪墊,。ARMv8 secure boot一種實(shí)現(xiàn)的方式就是利用了FIT Image的特性,。

　　zImage，uImage,， Legacy uImage 和 FIT uImage

　　內(nèi)核經(jīng)過編譯后，會生成一個(gè)elf的可執(zhí)行程序,，叫vmlinux,，這個(gè)就是原始的未經(jīng)任何處理加工的原版內(nèi)核elf文件。不過,，最終燒寫在嵌入式設(shè)備上的并不是這個(gè)文件,。而是經(jīng)過objcopy工具加工后的專門用于燒錄的鏡像格式Image。

　　原則上Image就可以直接被燒錄到Flash上進(jìn)行啟動執(zhí)行,，但linux的內(nèi)核開發(fā)者覺得Image還是太大了,，因此對Image進(jìn)行了壓縮，并且在Image壓縮后的文件的前端附加了一部分解壓縮代碼，構(gòu)成了一個(gè)壓縮格式的鏡像文件就叫zImage,。

　　解壓的時(shí)候,，通過zImage鏡像頭部的解壓縮代碼進(jìn)行自解壓，然后執(zhí)行解壓出來的內(nèi)核鏡像,。

　　Uboot要正確啟動Linux內(nèi)核,，就需要知道內(nèi)核的一些信息，比如鏡像的類型（kernel image,，dtb,，ramdisk image），鏡像在內(nèi)存的位置,，鏡像的鏈接地址,，鏡像文件是否有壓縮等等。

　　Uboot為了拿到這些信息,，發(fā)明了一種內(nèi)核格式叫uImage,，也叫Legacy uImage。uImage是由zImage加工得到的,，uboot中有一個(gè)工具mkimage,，該工具會給zImage加一個(gè)64字節(jié)的header，將啟動內(nèi)核所需的信息存儲在header中,。uboot啟動后,，從header中讀取所需的信息，按照指示,，進(jìn)行相應(yīng)的動作即可,。

　　header格式可以參考：include/image.h。mkimage源碼在tools/mkimage

　　FIT image的來源

　　有了Legacy uImage后,，為什么又搞出來一個(gè)FIT uImage呢,？

　　在Linus Torvalds 看來，內(nèi)核中arch/arm/mach-xxx充斥著大量的垃圾代碼,。因?yàn)閮?nèi)核并不關(guān)心板級細(xì)節(jié),，比如板上的platform設(shè)備、resource,、i2c_board_info,、spi_board_info等等。大家有興趣可以看下s3c2410的板級目錄,，代碼量在數(shù)萬行,。

　　因此，ARM社區(qū)引入了Device Tree,，使用Device Tree后,，許多硬件的細(xì)節(jié)可以直接透過它傳遞給Linux,，而不再需要在kernel中進(jìn)行大量的冗余編碼。

　　為了更好的支持單個(gè)固件的通用性,，Uboot也需要對這種uImage固件進(jìn)行支持,。FIT uImage中加入多個(gè)dtb文件 和ramdisk文件，當(dāng)然如果需要的話,，同樣可以支持多個(gè)kernel文件,。

　　內(nèi)核中的FDT全程為flattened device tree，F(xiàn)IT全稱叫flattened image tree,。FIT利用了Device Tree Source files（DTS）的語法,，生成的Image文件也和dtb文件類似（稱作itb）。

　　這樣的目的就是能夠使同一個(gè)uImage能夠在Uboot中選擇特定的kernel/dtb和ramdisk進(jìn)行啟動了,，達(dá)成一個(gè)uImage可以通用多個(gè)板型的目的,。

　　制作FIT Image

　　制作FIT Image需要用到兩個(gè)工具，mkimage和的dtc,。dtc要導(dǎo)入到環(huán)境變量$PATH中,，mkimage會調(diào)用dtc。

　　mkimage的輸入為 image source file,它定義了啟動過程中image的各種屬性,，擴(kuò)展名為.its,。its只是描述了Image的屬性，實(shí)際的Image data 是在uImage中,，具體路徑由its指定,。

　　如下是kernel 的its文件,后面會介紹各項(xiàng)內(nèi)容的含義。

　　/*

　　* Simple U-Boot uImage source file containing a single kernel

　　*/

　　/dts-v1/;

　　/ {

　　description = "Simple image with single Linux kernel";

　　#address-cells = <1>;

　　images {

　　kernel@1 {

　　description = "Vanilla Linux kernel";

　　data = /incbin/("./vmlinux.bin.gz"); # Image data 具體路徑

　　type = "kernel";

　　arch = "ppc";

　　os = "linux";

　　compression = "gzip";

　　load = <00000000>;

　　entry = <00000000>;

　　hash@1 {

　　algo = "crc32";

　　};

　　hash@2 {

　　algo = "sha1";

　　};

　　};

　　};

　　configurations {

　　default = "config@1";

　　config@1 {

　　description = "Boot Linux kernel";

　　kernel = "kernel@1";

　　};

　　};

　　};

　　mkimage的輸出是一個(gè)后綴為.itb的二進(jìn)制文件,，包含了所有需要的數(shù)據(jù)（kernel,，dtb，ramdisk）,。itb文件制作好之后,，就可以直接加載到嵌入式設(shè)備上，通過bootm命令啟動,。

　　總結(jié)下制作FIT Image的4個(gè)必要文件：

　　mkimage,，

　　dtc

　　its（image source file (*.its)）

　　image data file(s)。

　　its語法結(jié)構(gòu)

　　uImage Tree 的根節(jié)點(diǎn)結(jié)構(gòu)

　　/ o image-tree

　　|- description = "image description"

　　|- timestamp = <12399321>

　　|- #address-cells = <1>

　　|

　　o images

　　| |

　　| o image@1 {...}

　　| o image@2 {...}

　　| ...

　　|

　　o configurations

　　|- default = "conf@1"

　　|

　　o conf@1 {...}

　　o conf@2 {...}

　　...

　　description：描述uImage的文本,。

　　timestamp：修改Image鏡像的時(shí)間,，由mkimage工具自動生成。在security boot中,，timestamp不同也會被認(rèn)為是不同的Image。

　　images：子鏡像,，如kernel Image,，ramdisk Image,。

　　configurations：配置項(xiàng)節(jié)點(diǎn)，可以將不同類型的二進(jìn)制文件,，根據(jù)不同的場景,，組合起來，形成一個(gè)個(gè)的配置項(xiàng),。u-boot在boot的時(shí)候,，以配置項(xiàng)為單位加載、執(zhí)行,，這樣就可以根據(jù)不同的場景,，方便的選擇不同的配置。

　　'/images' node

　　該節(jié)點(diǎn)中描述了Image鏡像必要的信息.

　　o image@1

　　|- description = "component sub-image description"

　　|- data = /incbin/("path/to/data/file.bin")

　　|- type = "sub-image type name"

　　|- arch = "ARCH name"

　　|- os = "OS name"

　　|- compression = "compression name"

　　|- load = <00000000>

　　|- entry = <00000000>

　　|

　　o hash@1 {...}

　　o hash@2 {...}

　　...

　　description：子鏡像的文本描述,，可以隨便寫,。

　　type：子鏡像的類型，比如standalone,，kernel,，ramdisk，firmware等等,。

　　data：包含該節(jié)點(diǎn)二進(jìn)制文件的路徑,。

　　compression：壓縮方式，比如none,，gzip,，bzip2。

　　os：操作系統(tǒng)的名稱,，如solaris,，uboot，qnx等,。

　　arch：平臺架構(gòu),，如arm，mips,，i386等,。

　　entry：二進(jìn)制文件入口地址，即鏈接地址,。

　　load：二進(jìn)制文件的加載位置,。

　　hash@1：鏡像使用的校驗(yàn)算法，如sha256,，crc32等,。

　　Hash nodes

　　o hash@1

　　|- algo = "hash or checksum algorithm name"

　　|- value = [hash or checksum value]

　　algo：算法名稱，如crc32,，md5,，sha256等,。

　　value：算法校驗(yàn)值，即algo計(jì)算后的數(shù)值,。

　　'/configurations' node

　　o configurations

　　|- default = "default configuration sub-node unit name"

　　|

　　o config@1 {...}

　　o config@2 {...}

　　...

　　default：默認(rèn)的子節(jié)點(diǎn)的配置

　　config@1: 該配置具體使用那些kernel Image,，ramdisk Image等。

　　Configuration nodes

　　o config@1

　　|- description = "configuration description"

　　|- kernel = "kernel sub-node unit name"

　　|- ramdisk = "ramdisk sub-node unit name"

　　|- fdt = "fdt sub-node unit-name" [, "fdt overlay sub-node unit-name", ...]

　　|- fpga = "fpga sub-node unit-name"

　　|- loadables = "loadables sub-node unit-name"

　　description：該配置的名稱,。

　　kernel：鏡像類型為kernel的單元的名稱,。

　　ramdisk：鏡像類型為ramdisk的單元的名稱。

　　fdt：鏡像類型為fdt的單元的名稱,。

　　loadables：額外的可加載的二進(jìn)制文件的列表,，U-Boot將在給定的起始地址加載每個(gè)二進(jìn)制文件。

　　舉例

　　如下是一個(gè)有多種kernels, ramdisks and FDT blobs鏡像多套配置的its文件,。它包含了3種配置,，每種配置使用了不同的kernel、ramdisk和fdt,，默認(rèn)配置項(xiàng)由“default”指定,，當(dāng)然也可以在運(yùn)行時(shí)指定。

　　/*

　　* U-Boot uImage source file with multiple kernels, ramdisks and FDT blobs

　　*/

　　/dts-v1/;

　　/ {

　　description = "Various kernels, ramdisks and FDT blobs";

　　#address-cells = <1>;

　　images {

　　kernel@1 {

　　description = "vanilla-2.6.23";

　　data = /incbin/("./vmlinux.bin.gz");

　　type = "kernel";

　　arch = "ppc";

　　os = "linux";

　　compression = "gzip";

　　load = <00000000>;

　　entry = <00000000>;

　　hash@1 {

　　algo = "md5";

　　};

　　hash@2 {

　　algo = "sha1";

　　};

　　};

　　kernel@2 {

　　description = "2.6.23-denx";

　　data = /incbin/("./2.6.23-denx.bin.gz");

　　type = "kernel";

　　arch = "ppc";

　　os = "linux";

　　compression = "gzip";

　　load = <00000000>;

　　entry = <00000000>;

　　hash@1 {

　　algo = "sha1";

　　};

　　};

　　kernel@3 {

　　description = "2.4.25-denx";

　　data = /incbin/("./2.4.25-denx.bin.gz");

　　type = "kernel";

　　arch = "ppc";

　　os = "linux";

　　compression = "gzip";

　　load = <00000000>;

　　entry = <00000000>;

　　hash@1 {

　　algo = "md5";

　　};

　　};

　　ramdisk@1 {

　　description = "eldk-4.2-ramdisk";

　　data = /incbin/("./eldk-4.2-ramdisk");

　　type = "ramdisk";

　　arch = "ppc";

　　os = "linux";

　　compression = "gzip";

　　load = <00000000>;

　　entry = <00000000>;

　　hash@1 {

　　algo = "sha1";

　　};

　　};

　　ramdisk@2 {

　　description = "eldk-3.1-ramdisk";

　　data = /incbin/("./eldk-3.1-ramdisk");

　　type = "ramdisk";

　　arch = "ppc";

　　os = "linux";

　　compression = "gzip";

　　load = <00000000>;

　　entry = <00000000>;

　　hash@1 {

　　algo = "crc32";

　　};

　　};

　　fdt@1 {

　　description = "tqm5200-fdt";

　　data = /incbin/("./tqm5200.dtb");

　　type = "flat_dt";

　　arch = "ppc";

　　compression = "none";

　　hash@1 {

　　algo = "crc32";

　　};

　　};

　　fdt@2 {

　　description = "tqm5200s-fdt";

　　data = /incbin/("./tqm5200s.dtb");

　　type = "flat_dt";

　　arch = "ppc";

　　compression = "none";

　　load = <00700000>;

　　hash@1 {

　　algo = "sha1";

　　};

　　};

　　};

　　configurations {

　　default = "config@1";

　　config@1 {

　　description = "tqm5200 vanilla-2.6.23 configuration";

　　kernel = "kernel@1";

　　ramdisk = "ramdisk@1";

　　fdt = "fdt@1";

　　};

　　config@2 {

　　description = "tqm5200s denx-2.6.23 configuration";

　　kernel = "kernel@2";

　　ramdisk = "ramdisk@1";

　　fdt = "fdt@2";

　　};

　　config@3 {

　　description = "tqm5200s denx-2.4.25 configuration";

　　kernel = "kernel@3";

　　ramdisk = "ramdisk@2";

　　};

　　};

　　};

　　FIT Image的編譯和啟動

　　在服務(wù)器上,，可以使用mkimage工具制作 FIT Image,。

　　如下是kernel_fdt.its，下面將使用該文件制作itb,。

　　/*

　　* Simple U-Boot uImage source file containing a single kernel and FDT blob

　　*/

　　/dts-v1/;

　　/ {

　　description = "Simple image with single Linux kernel and FDT blob";

　　#address-cells = <1>;

　　images {

　　kernel@1 {

　　description = "Vanilla Linux kernel";

　　data = /incbin/("./vmlinux.bin.gz");

　　type = "kernel";

　　arch = "ppc";

　　os = "linux";

　　compression = "gzip";

　　load = <00000000>;

　　entry = <00000000>;

　　hash@1 {

　　algo = "crc32";

　　};

　　hash@2 {

　　algo = "sha1";

　　};

　　};

　　fdt@1 {

　　description = "Flattened Device Tree blob";

　　data = /incbin/("./target.dtb");

　　type = "flat_dt";

　　arch = "ppc";

　　compression = "none";

　　hash@1 {

　　algo = "crc32";

　　};

　　hash@2 {

　　algo = "sha1";

　　};

　　};

　　};

　　configurations {

　　default = "conf@1";

　　conf@1 {

　　description = "Boot Linux kernel with FDT blob";

　　kernel = "kernel@1";

　　fdt = "fdt@1";

　　};

　　};

　　};

　　$ mkimage -f kernel_fdt.its kernel_fdt.itb

　　DTC: dts->dtb  on file "kernel_fdt.its"

　　$

　　$ mkimage -l kernel_fdt.itb

　　FIT description: Simple image with single Linux kernel and FDT blob

　　Created:  Tue Mar 11 16:29:22 2008

　　Image 0 (kernel@1)

　　Description: Vanilla Linux kernel

　　Type:  Kernel Image

　　Compression: gzip compressed

　　Data Size: 1092037 Bytes = 1066.44 kB = 1.04 MB

　　Architecture: PowerPC

　　OS:  Linux

　　Load Address: 0x00000000

　　Entry Point: 0x00000000

　　Hash algo: crc32

　　Hash value: 2c0cc807

　　Hash algo: sha1

　　Hash value: 264b59935470e42c418744f83935d44cdf59a3bb

　　Image 1 (fdt@1)

　　Description: Flattened Device Tree blob

　　Type:  Flat Device Tree

　　Compression: uncompressed

　　Data Size: 16384 Bytes = 16.00 kB = 0.02 MB

　　Architecture: PowerPC

　　Hash algo: crc32

　　Hash value: 0d655d71

　　Hash algo: sha1

　　Hash value: 25ab4e15cd4b8a5144610394560d9c318ce52def

　　Default Configuration: 'conf@1'

　　Configuration 0 (conf@1)

　　Description: Boot Linux kernel with FDT blob

　　Kernel: kernel@1

　　FDT:  fdt@1

　　在當(dāng)前目錄下就可以找到kernel_fdt.itb,，itb文件就可以加載到設(shè)備上啟動。

　　> tftp 900000 /path/to/tftp/location/kernel_fdt.itb

　　Using FEC device

　　TFTP from server 192.168.1.1; our IP address is 192.168.160.5

　　Filename '/path/to/tftp/location/kernel_fdt.itb'.

　　Load address: 0x900000

　　Loading: #################################################################

　　###########

　　done

　　Bytes transferred = 1109776 (10ef10 hex)

　　=> iminfo

　　## Checking Image at 00900000 ...

　　FIT image found

　　FIT description: Simple image with single Linux kernel and FDT blob

　　Created:     2008-03-11 15:29:22 UTC

　　Image 0 (kernel@1)

　　Description:  Vanilla Linux kernel

　　Type:    Kernel Image

　　Compression:  gzip compressed

　　Data Start:   0x009000ec

　　Data Size:    1092037 Bytes =  1 MB

　　Architecture: PowerPC

　　OS:    Linux

　　Load Address: 0x00000000

　　Entry Point:  0x00000000

　　Hash algo:    crc32

　　Hash value:   2c0cc807

　　Hash algo:    sha1

　　Hash value:   264b59935470e42c418744f83935d44cdf59a3bb

　　Image 1 (fdt@1)

　　Description:  Flattened Device Tree blob

　　Type:    Flat Device Tree

　　Compression:  uncompressed

　　Data Start:   0x00a0abdc

　　Data Size:    16384 Bytes = 16 kB

　　Architecture: PowerPC

　　Hash algo:    crc32

　　Hash value:   0d655d71

　　Hash algo:    sha1

　　Hash value:   25ab4e15cd4b8a5144610394560d9c318ce52def

　　Default Configuration: 'conf@1'

　　Configuration 0 (conf@1)

　　Description:  Boot Linux kernel with FDT blob

　　Kernel:    kernel@1

　　FDT:    fdt@1

　　=> bootm

　　## Booting kernel from FIT Image at 00900000 ...

　　Using 'conf@1' configuration

　　Trying 'kernel@1' kernel subimage

　　Description:  Vanilla Linux kernel

　　Type:    Kernel Image

　　Compression:  gzip compressed

　　Data Start:   0x009000ec

　　Data Size:    1092037 Bytes =  1 MB

　　Architecture: PowerPC

　　OS:    Linux

　　Load Address: 0x00000000

　　Entry Point:  0x00000000

　　Hash algo:    crc32

　　Hash value:   2c0cc807

　　Hash algo:    sha1

　　Hash value:   264b59935470e42c418744f83935d44cdf59a3bb

　　Verifying Hash Integrity ... crc32+ sha1+ OK

　　Uncompressing Kernel Image ... OK

　　## Flattened Device Tree from FIT Image at 00900000

　　Using 'conf@1' configuration

　　Trying 'fdt@1' FDT blob subimage

　　Description:  Flattened Device Tree blob

　　Type:    Flat Device Tree

　　Compression:  uncompressed

　　Data Start:   0x00a0abdc

　　Data Size:    16384 Bytes = 16 kB

　　Architecture: PowerPC

　　Hash algo:    crc32

　　Hash value:   0d655d71

　　Hash algo:    sha1

　　Hash value:   25ab4e15cd4b8a5144610394560d9c318ce52def

　　Verifying Hash Integrity ... crc32+ sha1+ OK

　　Booting using the fdt blob at 0xa0abdc

　　Loading Device Tree to 007fc000, end 007fffff ... OK

　　[    0.000000] Using lite5200 machine description

　　[    0.000000] Linux version 2.6.24-rc6-gaebecdfc (m8@hekate) (gcc version 4.0.0 (DENX ELDK 4.1 4.0.0)) #1 Sat Jan 12 15:38:48 CET 2008

　　bootm啟動不同的配置

　　對于FIT Image,，bootm有多種啟動方式,。

　　1. bootm <addr1>

　　2. bootm [<addr1>]:<subimg1>

　　3. bootm [<addr1>]#<conf>[#<extra-conf[#...]]

　　4. bootm [<addr1>]:<subimg1> [<addr2>]:<subimg2>

　　5. bootm [<addr1>]:<subimg1> [<addr2>]:<subimg2> [<addr3>]:<subimg3>

　　6. bootm [<addr1>]:<subimg1> [<addr2>]:<subimg2> <addr3>

　　7. bootm [<addr1>]:<subimg1> -     [<addr3>]:<subimg3>

　　8. bootm [<addr1>]:<subimg1> -     <addr3>

　　對于有多種鏡像，多套配置的itb,，都是以configurations 中default 指定的配置啟動,。

　　bootm 200000

　　也可以手動指定使用那套配置

　　bootm 200000#cfg@1

　　也可以手動搭配不同的鏡像節(jié)點(diǎn)啟動

　　bootm 200000:kernel@1 800000:ramdisk@2

　　bootm 200000:kernel@1 800000:ramdisk@1 800000:fdt@1

　　bootm 200000:kernel@2 200000:ramdisk@2 600000

　　bootm 200000:kernel@2 - 200000:fdt@1

　　如果bootm的時(shí)候不指定地址，則會使用CONFIG_SYS_LOAD_ADDR配置的地址,。

　　總結(jié)

　　本文對FIT Image作了簡單的介紹,，更詳細(xì)的內(nèi)容可以參考官方文檔。后面有時(shí)間會動手制作一個(gè)FIT Image在板子上跑下,。

　　FIT Image可以兼容于多種板子,，而無需重新進(jìn)行編譯燒寫。對于有多個(gè)kernel節(jié)點(diǎn)或者fdt節(jié)點(diǎn)等等,，兼容性更強(qiáng),。同時(shí)，可以有多種configurations，來對kernel,、fdt,、ramdisk來進(jìn)行組合。

　更多信息可以來這里獲取==>>電子技術(shù)應(yīng)用-AET<<

電子技術(shù)應(yīng)用專欄作家  嵌入式與Linux那些事

原文鏈接：https://mp.weixin.qq.com/s/MtfGhhP_6PSa_mTeLn_XFQ