0.说明
本项目是一个基于全志F1C200s芯片的超迷你&低成本的Linux开发板，本来是用于个人的某个小项目调试，现把所有硬件、软件（u-boot、内核、root-fs）开源出来。
板载资源：
- 一个OLED 128x80
- 一个麦克风 & 功放可以外接喇叭
- 双面不同功能的Type-C接口分别提供
USB转串口以及USB-OTG功能- 一个USB-A口用于外接设备
- SD卡插槽
- 引出绝大部分IO
板卡成本应该不到50RMB，而且提供了很多资料，很适合用于新手作为入门Linux学习的开发板。
芯片介绍
全志F1C200s是全志的一款高度集成、低功耗的移动应用处理器，可用于多种多媒体音视频设备中。
F1C200s基于ARM 9架构，芯片集成了SiP的DDR，外围电路可以极其简单；它支持高清视频解码，包括H.264、H.263、MPEG 1/2/4等，还集成了音频编解码器和I2S/PCM接口，是一款开发简单、性价比较高的产品，也适合用来做入门级的Linux开发板。
| 功能 | 描述 |
|---|---|
| CPU | ARM9 CPU architecture，16KByte D-Cache，2KByte I-Cache |
| Memory | SIP 64MB DDR1，SD2.0，eMMC 4.41 |
| Video | H.264 1920x1080@30fps decoding MPEG1/2/4 1920x1080@30fps decoding MJPEG 1280x720@30fps encoding JPEG encode size up to 8192x8192 |
| Camera | 8-bit CMOS-sensor interface CCIR656 protocol for NTSC and PAL |
| Audio | Integrated analog audio codec with two DAC channels and one ADC channel,maximum 192kHz DAC sample rate and 48kHz ADC sample rate One I2S/PCM interface |
| Display | LCD RGB interface up to 1280x720@60fps TV CVBS output, support NTSC/PAL, with auto plug detecting |
| Connectivity | USB OTG, SDIO,IR, 3 x TWI, 2 x SPI, 3 x UART |
| OS | Melis, Linux OS |
| Package | QFN88, 10mm x 10mm |
| Process | 40nm |
| 特点 | 支持H.264 1920x1080@30fps 解码 支持MJPEG 1280x720@30fps 编码 集成 64MB DDR1,集成音频CODEC 低成本，低功耗，开发简单 |
基础知识
1. F1Cxxxs芯片的上电启动顺序
芯片可以从SPI Flash或者SD-Card中启动，因为Flash容量较小可玩性不高，后文都是以SD卡启动为主的。
- 上电后, f1c100s内部 BROM (芯片内置，无法擦除) 启动；
- 首先检查 SD0 有没有插卡, 如果有插卡就读卡 8k偏移数据，是否是合法的启动数据, 如果是BROM 引导结束, 否则进入下一步；
- 检测SPI0 NOR FLASH(W25QXXX, MX25LXXX) 是否存在, 是否有合法的启动数据, 如果是BROM 引导结束, 否则进入下一步；
- 检测SPI0 NAND FLASH 是否存在, 是否有合法的启动数据, 如果是BROM 引导结束, 否则进入下一步；
- 因为找不到任何可以引导的介质， 系统进入usb fel 模式， 可以用USB烧录了。
2. 开发工具链下载
编译工具链官网：https://www.linaro.org/
或Arm GNU Toolchain，以linaro为例：进入
support->downloads可以看到下载页面，点击GNU cross-toolchain binary archives，可以进入对应下载列表，可以看到各个版本的toolchain，这里我使用的latest-7/arm-linux-gnueabi/即gcc-linaro-7.5.0-2019.12-x86_64_arm-linux-gnueabi即可。
1.硬件开发
原理图见仓库的源文件和PDF，需要说明的点是：
-
板子的Type-C采用正反插不同功能，正面是USB转TTL串口功能，用于内核调试，反面是芯片的USB功能，在内核中我开启了USB的RNDIS网卡也就是说可以通过这个USB口模拟出一个网卡然后共享电脑的网络，也就不需要外接WiFi和以太网模块了很方便。
-
由于芯片只有一个USB接口，因此为了能使板子作为Host外接其他设备，我在板卡上添加了一个OTG的跳线：
正常情况下不接跳线的话OTG功能为Device模式，也就是可以通过TypeC接口模拟网卡或者其他设备如MTP；当插上跳线帽之后，就可以作为Host在右边的A口插入USB设备了如U盘、键盘、鼠标等，注意此时C口的USB功能失效，需要通过串口登录板子。
2.环境准备
推荐直接使用我配置好的完整镜像，用Etcher等工具直接烧写到SD卡里即可以使用，方便又好用~
镜像的账户：
- pi 密码：planck
- root 密码：planck
下面的教程是给需要自己配置uboot、内核、文件系统的人看的。
2.1 准备Docker开发环境
为了最小化编译环境，这里采用Docker构建ubuntu20.04镜像的方式来搭建环境。
2.1.1 安装依赖软件
首先需要自己安装一下Docker（百度一下教程），然后pull一下Ubuntu官方的Docker镜像到本地，选择版本为ubuntu:20.04：
sudo docker pull ubuntu:20.04
实际操作中使用了我自己预先配置好的本地镜像（安装了nano、ssh等软件，更新了国内的apt源等）。
然后启动容器（修改为你自己的相关路径）：
sudo docker run -it --name planck-pi-env --network host \
-p 8022:22 \
-v /home/pengzhihui/WorkSpace:/workspace \
--privileged \
planck-pi-env.image:latest
进入容器之后执行apt update核apt upgrade更新软件，接下来安装依赖的软件包：
sudo apt-get install xz-utils nano wget unzip build-essential git bc swig libncurses5-dev libpython3-dev libssl-dev pkg-config zlib1g-dev libusb-dev libusb-1.0-0-dev python3-pip gawk bison flex
2.2.2 安装编译工具链
按照前文介绍的地址下载工具链（可以在VMware宿主机进入共享文件夹操作）：
wget http://releases.linaro.org/components/toolchain/binaries/7.2-2017.11/arm-linux-gnueabi/gcc-linaro-7.2.1-2017.11-x86_64_arm-linux-gnueabi.tar.xz
**注意：**GCC版本要大于 6；此处为获取交叉编译链为7.2.1版本，也可以自行下载其他版本。
将工具链压缩包解压：
mkdir /usr/local/arm
tar -vxf gcc-linaro-7.2.1-2017.11-x86_64_arm-linux-gnueabi.tar.xz -C /usr/local/arm
配置环境变量：
nano ~/.bashrc
打开文件添加下面的变量：
export PATH=$PATH:/usr/local/arm/gcc-linaro-7.2.1-2017.11-x86_64_arm-linux-gnueabi/bin
使环境变量立即生效 ：
source ~/.bashrc
查询版本，确认安装成功 ：
arm-linux-gnueabi-gcc -v
配置完成后可以commit容器到镜像方便未来部署：
sudo docker commit planck-pi-env planck-pi-env.image
sudo docker save -o planck-pi-env.image.tar planck-pi-env.image
2.4 常规编译方法
进入源码目录, 执行下述命令进行编译:
make ARCH=arm CROSS_COMPILE=arm-linux-gnueabi- -j4
在uboot顶层
Makefile的250行左右，添加默认编译器，就可以直接用make编译省去后面的参数了:ifeq ($(HOSTARCH),$(ARCH)) CROSS_COMPILE ?= endif ARCH ?= arm CROSS_COMPILE ?= arm-linux-gnueabi-
2.5 烧写方法
FEL烧写方法这里不使用, 有兴趣可以参考这些教程了解:
这里介绍TF卡的烧写方法。
在TF卡上构建系统之前，需要将TF卡进行分区与格式化。
也可以使用GParted等软件做图形化的操作：
命令行方式如下，首先查看电脑上已插入的TF卡的设备号（一般为 /dev/sdb1,下面以/dev/sdb1为例：
sudo fdisk -l
若自动挂载了TF设备，先卸载（有多个分区则全部卸载）：
sudo umount /dev/sdb1...
进行分区操作：
sudo fdisk /dev/sdb
操作步骤如下：
-
若已存分区即按 d 删除各个分区
-
通过 n 新建分区，第一分区暂且申请为1M用于储存uboot-with-spl，第二分区32M用于储存Linux内核，剩下的空间都给root-fs
-
第一分区操作：p 主分区、默认 1 分区、默认2048、+16M
n p [Enter] [Enter] [Enter] +1M -
第二分区操作：p 主分区、2 分区、默认2048、+128M
n p [Enter] [Enter] [Enter] +128M -
第三分区操作：p 主分区、3 分区、默认2048，剩下的全部分配
n p [Enter] [Enter] [Enter] [Enter] -
w 保存写入并退出
-
分区格式化：
sudo mkfs.vfat /dev/sdb1 # 将第1分区格式化成FAT
sudo mkfs.ext4 /dev/sdb2 # 将第2分区格式化成FAT
sudo mkfs.ext4 /dev/sdb3 # 将第3分区格式化成EXT4
格式说明：
- EXT4：只用于Linux系统的内部磁盘
- NTFS：与Windows共用的磁盘
- FAT：所有系统和设备共用的磁盘
使用dd将u-boot-sunxi-with-spl.bin烧写进第一分区：
sudo dd if=path/to/u-boot-sunxi-with-spl.bin of=/dev/sdb bs=1024 seek=8
sync
注意：这里的
bs=1024 seek=8是添加了8192字节的偏移，之所以要加8K偏移是因为FSBL也就是bootROM里面硬写死了会从设备的8K地址处加载SPL，然后进入uboot。因此上面烧写的时候，指定的偏移地址一定是相对于储存设备硬件的偏移，而不是相对于分区的偏移！
- 8K的来源是参考
buildroot-mangopi-r/board/allwinner/generic/genimage-sdcard.cfg文件的描述offset = 0x2000。- 是否单独划分一个uboot分区其实不重要，因为烧写的时候直接覆盖了但是我们人为设置一个1M大小的区间分隔开，便于和后面的内核储存分区区分。
- 关于genimage的使用，可以参考billdroot官方的文档描述：The Buildroot user manual 。
image bootfs.vfat { vfat { files = { "zImage", "devicetree.dtb" } } size = 8M } image sysimage-sdcard.img { hdimage { } partition u-boot { image = "u-boot-sunxi-with-spl.bin" offset = 0x2000 size = 1016K # 1MB - 8192 } partition boot { partition-type = 0xC bootable = "true" image = "bootfs.vfat" } partition rootfs { partition-type = 0x83 image = "rootfs.ext4" } }
- 关于上面
partition-type的含义可以参考：Listing of MBR/EBR Partition Types 。- 对于内核的FAT分区，分区完挂载之后直接把zImage和dtb文件放进去就行了，至于如何指定内核镜像和设备树所在分区，可以参考
configs/uboot.env里面的配置，启动的时候相关参数是在这里被传递给内核的。
3.u-boot开发
【待补充】
* uboot的文件结构
.
├── api //封装一些平台无关的操作，如字符串打印，显示，网络，内存
├── arch //以平台架构区分
│ ├──arm
│ │ └──cpu
│ │ │ └──arm926ejs
│ │ │ │ └──sunxi //cpu相关的一些操作，如定时器读取
│ │ │ │ │ └──u-boot-spl.lds //spl的放置方法
│ │ └──dts
│ │ │ └──suniv-f1c100s-licheepi-nano.dts // f1c100s芯片的一些配置
│ │ │ └──suniv-f1c100s-licheepi-nano.dtb
│ │ │ └──suniv-f1c100s.dtsi
│ │ │ └──suniv.dtsi
│ │ └──lib //一些库文件
│ │ └──mach-sunxi
│ │ │ └──board.c //board_init_f
│ │ │ └──dram_sun4i.c //ddr的操作，复位，时钟，延时，odt，etc.
│ │ │ └──dram_helpers.c //ddr的设置及读写测试
├── board
│ ├──sunxi
│ │ └──board.c //sunxi_board_init 入口
│ │ └──dram_suniv.c //DRAM的一些默认参数
├── cmd //Uboot命令行的一些命令
├── common //含spl
├── configs //menuconfig里的默认配置,比如各类驱动适配
│ ├── licheepi_nano_defconfig
│ ├── licheepi_nano_spiflash_defconfig
├── disk //硬盘分区的驱动
├── doc
├── drivers //外设驱动
├── dts
├── examples
├── fs //多种文件系统
├── include
│ ├──configs
│ │ └──sunxi_common.h //预配置的参数，如串口号等
│ │ └──suniv.h
├── lib //加密压缩等算法
├── net //nfs,tftp等网络协议
├── post
├── scripts
4.Linux内核开发
5.root-fs开发
由于F1C200s的RAM只有64M，无法支持像是Ubuntu-Core这样的文件系统（最低RAM需求512M），所以一般只能用buildroot来生成简单的文件系统，或者裸机开发。
但是为了方便地使用Debian系的丰富软件，我们可以自己构建Debian最小系统，最小rootfs在180MB左右。
5.1 准备环境
安装构建文件系统的工具主要有两个：
- 一个是qemu用来模拟ARM9的芯片架构，基于qemu模拟器可以在x86的宿主机上通过chroot切换到ARM环境然后完成root-fs的各种配置。
- 一个是debootstrap ，用来构建Debian文件系统。
**注意：**上述软件都是需要在安装了交叉编译环境的Docker容器下运行的，否则编译出来的文件系统上版运行的时候会报格式错误。
Docker中运行下面的命令安装软件：
apt install qemu-user-static
apt install debootstrap
mkdir path/to/rootfs-debian
5.2 构建Debian文件系统
构建文件系统之前，需要知道我们想要构建哪个版本的文件系统，这里从Debian 全球镜像站选择访问速度快的源，这里使用华为源：mirrors.huaweicloud.com。
**注意：**选择的源需要支持硬件架构
armel，因为F1Cxxxs是armel架构的芯片。关于不同架构的区别：
- armel：
arm eabi little endian的缩写，针对旧的 32 位 ARM 处理器，而不支持硬件浮点单元（FPU）- armhf：
arm hard float的缩写，仅适用于较新的 32 位 ARM 处理器，其至少实现了 ARMv7 架构，且支持 ARM 矢量浮点规范（VFPv3）第 3 版- **arm64：**适用于 64 位 ARM 处理器，64位的arm默认就是hf的，其至少实现了 ARMv8 架构
然后就是debian的版本，使用最新的buster：
debootstrap --foreign --verbose --arch=armel buster rootfs-debian http://mirrors.huaweicloud.com/debian/
cd rootfs-debian
mount --bind /dev dev/
mount --bind /sys sys/
mount --bind /proc proc/
mount --bind /dev/pts dev/pts/
cd ..
cp /usr/bin/qemu-arm-static rootfs-debian/usr/bin/
chmod +x rootfs-debian/usr/bin/qemu-arm-static
LC_ALL=C LANGUAGE=C LANG=C chroot rootfs-debian /debootstrap/debootstrap --second-stage --verbose
LC_ALL=C LANGUAGE=C LANG=C chroot rootfs-debian
5.3 配置文件系统
5.3.1 最小配置
构建完成之后，需要在Docker中chroot进去修改密码等配置，通过下面的命令进入chroot环境：
LC_ALL=C LANGUAGE=C LANG=C chroot rootfs-debian
**注意：**前文启动Docker容器的时候，一定要加
--privileged参数，否则上面mount指令会报权限错误。
上面最后一条命令chroot完成，此时可以用apt-get等命令给文件系统安装需要的软件包，修改root登录密码等操作：
apt install net-tools usbutils ssh
passwd root
# 修改密码
nano /etc/ssh/sshd_config
# 添加SSH权限，修改为PermitRootLogin yes
可能会出现无法使用方向键的问题，输入
bash命令进入bash窗口即可。
5.3.2 增加开机自启脚本
文件系统中的/etc/init.d负责linux的服务的开启和关闭等，为了能使系统开机自动运行一些脚本和命令，这里介绍如何新添加一个自启动项。
首先我们创建一个文件/etc/init.d/runOnBoot，内容如下：
#!/bin/sh /etc/init.d/runOnBoot
### BEGIN INIT INFO
# Provides: runOnBoot Required-Start: $local_fs $syslog $network
# Required-Stop: $local_fs $syslog $network Default-Start: 2 3 4 5
# Default-Stop: 0 1 6 Short-Description: runOnBoot startup Description:
# runOnBoot auto startup 1.0
### END INIT INFO
#------------------------------------------------------------------------------
swapon /opt/images/swap
mkdir /sys/kernel/config/usb_gadget/gg
cd /sys/kernel/config/usb_gadget/gg
echo "0x0502" > idVendor
echo "0x3235" > idProduct
mkdir functions/rndis.rn0
mkdir configs/c1.1
ln -s functions/rndis.rn0 configs/c1.1/
echo "musb-hdrc.1.auto" > UDC
ifconfig usb0 192.168.137.2
ifconfig usb0 up
route add default gw 192.168.137.1
# Demo to run a script ↓
# script_path=/home/start.sh
# if [ ! -r ${script_path} ]; then
# echo ${script_path} not existing;
# fi
# . ${myStart_spaddr}
#------------------------------------------------------------------------------
给文件添加可执行权限：
chmod +x /etc/init.d/runOnBoot
最后要添加软链接：
ln -s /etc/init.d/runOnBoot /etc/rc2.d/S99runOnBoot
/etc/rc.d/rc0.d/～/etc/rc.d/rc6.d/文件夹的含义不同，S开头代表是开启时处理的脚本，按照后面紧跟的数字进行按顺序启动，S99则是最后进行启动。
重启即可看到命令和脚本自动执行了。
5.3.3 解决root-fs分区开机后被挂载为Read-Only的问题
新配置的文件系统需要添加fstab进行对应分区的自动挂载，修改/etc/fstab文件：
# <file system> <mount pt> <type> <options> <dump> <pass>
/dev/root / ext2 rw,noauto 0 1
proc /proc proc defaults 0 0
devpts /dev/pts devpts defaults,gid=5,mode=620,ptmxmode=0666 0 0
tmpfs /dev/shm tmpfs mode=0777 0 0
tmpfs /tmp tmpfs mode=1777 0 0
tmpfs /run tmpfs mode=0755,nosuid,nodev 0 0
sysfs /sys sysfs defaults 0 0
/opt/images/swap swap swap defaults 0 0
5.3.4 添加USB-OTG & Gadget-RNDIS功能
参考资料：
USB Gadget（小饰品），就是指所开发的电子设备以USB-device的模式通过USB连接到主机，比如手机用USB线插入PC后，手机就是USB Gadget。
在本开发板中，可以利用USB Gadget把USB模拟成虚拟网卡、虚拟串口、MTP设备等等非常方便，下面介绍具体的配置方法。
RNDIS功能开发方法：
首先需要在内核中开启了相关选项：
Device Drivers --->
[*] USB support --->
<M> Inventra Highspeed Dual Role Controller (TI, ADI, AW, ...)
MUSB Mode Selection (Dual Role mode) --->
*** Platform Glue Layer ***
<M> Allwinner (sunxi)
*** MUSB DMA mode ***
[*] Disable DMA (always use PIO)
USB Physical Layer drivers --->
<M> NOP USB Transceiver Driver
<M> USB Gadget Support --->
<M> USB Gadget functions configurable through configfs
[*] RNDIS
然后在文件系统中添加一些配置文件：
cd /sys/kernel/config/usb_gadget
mkdir gg
cd gg/
echo "0x0502" > idVendor
echo "0x3235" > idProduct
mkdir functions/rndis.rn0
mkdir configs/c1.1
ln -s functions/rndis.rn0 configs/c1.1/
echo "musb-hdrc.1.auto" > UDC
启用usb0网卡并设置一个ip地址：
ifconfig usb0 192.168.137.2
ifconfig usb0 up
这里使用137网段的原因是希望后面通过Windows的网络共享功能让板卡通过USB连上互联网，而Windows的共享网段固定是
192.168.137.1。
在Windows端安装驱动，手动选择网络适配器，然后添加下面的驱动：
之后会在网络适配器中发现新的网卡设备，配置固定ip如下：
此时通过ping命令应该可以相互ping通了，但是在板卡上可能还是无法连接互联网，需要配置一下默认网关和DNS服务器：
route add default gw 192.168.137.1
#但是这样重启以后就不能用了，需要添加到自启脚本中
DNS记录在/etc/resolv.conf这个文件里，可以按resolv.conf文件的格式修改DNS。
nano /etc/resolv.conf
修改为：
nameserver 8.8.8.8
如果可以ping通www.baidu.com就说明配置完成了。
5.3.5 启用swap
芯片的SiP内存只有64MB，大部分情况下都不够用，所以需要开启swap使用内存卡的一部分空间来作为交换内存。
通过free -m来查看下内存使用状况：
# free -m
total used free shared buff/cache available
Mem: 54 15 6 0 31 34
Swap: 0 0 0
创建一个自定义的目录/opt/images/：
mkdir /opt/images/
rm -rf /opt/images/swap
创建一个需要内存大小的文件，如512M：
# dd if=/dev/zero of=/opt/images/swap bs=1024 count=512000
2048000+0 records in
2048000+0 records out
2097152000 bytes (2.1 GB, 2.0 GiB) copied, 30.3635 s, 69.1 MB/s
把创建的文件变成SWAP分区并启用：
mkswap /opt/images/swap
swapon /opt/images/swap
free -m看看SWAP是否生效，ok的话设置开机自动挂载swap：
nano /etc/fstab
添加一行：
/opt/images/swap swap swap defaults 0 0
5.4 打包&部署文件系统
配置完成后清理一下缓存，然后退出chroot环境：
apt clean
exit
在Docker中umount相关文件夹：
umount dev/
进入文件系统并添加压缩包打包相关文件：
cd rootfs-debian
tar cvf ../rootfs-debian.tar .
生成的rootfs-debian.tar任意解压到SD卡的文件系统分区即可。
或者直接插上SD卡拷贝所有文件（需要在VMware宿主机打开终端操作），在挂载的SD卡root-fs磁盘打开终端，输入：
sudo cp -Rf path/to/rootfs-debian/* ./
然后插上板卡即可启动。
后续配置，在超级用户权限下执行如下两个命令：
chown root:root /usr/bin/sudo
chmod 4755 /usr/bin/sudo
nano /etc/hosts
在localhost后面添加一个自己的用户名如pi