RPI3 B+ - Pi 乐园探险记 第 3 部分（ 更新支持 Pi1 & 2）
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Raspberry Pi 挫折和探险系列第三篇
*** 在下面的旧源代码中，RGBA 宏中的红色和蓝色是颠倒的 .. 抱歉，没注意到
引言
上一篇文章
好吧，这并不是最初打算的文章，原本是关于如何在裸机上运行 USB 集线器，并连接键盘和鼠标。虽然我在 Pi1 上实现了这一点（正如我在上一篇文章中添加的更新截图所示），但我圣诞节收到了一份礼物，即一个 Pi3 B+ 和一个 Pi 摄像头模块。
终于有了这样的板子，我立刻去尝试我的代码，结果就是鸡飞狗跳。不仅我的 Pi3 特定代码不起作用，我根本无法在 Pi3 上运行任何裸机代码，这为我花了三周时间找出原因的极度沮丧埋下了伏笔。
我还要提醒一句，和许多 Pi 相关的东西一样，有些答案我实在不知道，它们隐藏在未公开的细节中。
这是我运行代码的结果。我们有一些视觉上的板子细节，以及一些运行的图形测试（IFS 蕨类植物、矩阵雨、着色），以及闪烁活动 LED....好吧，我知道这不是很令人兴奋。
背景
Pi3 B+ 使用 1.2GHz 64 位四核 ARMv8 CPU，但是 Arm 启动固件会强制 CPU 以 32 位模式运行，并且它运行的默认 Linux 发行版也是 32 位。在我让所有东西都工作起来之后，我发现将 CPU 切换到 64 位模式非常简单，我可能会在以后的文章中进一步探讨。对于这篇文章，我们将让 CPU 以 32 位模式运行，因为目的是要有一套代码可以在任何 Pi 版本上运行。
Pi 基金会据称已经做了特定的固件加载顺序，理论上是为了让所有 Pi 版本兼容。我之所以说是据称，是因为我们即将讨论的，我无法让它工作。有些细节缺失了。所以固件启动顺序应该是这样的加载顺序，进行一些内存重排，然后从地址 0x8000 启动
RPi3 启动顺序
- 检查 kernel8.img，如果找到，则加载它并以 64 位模式启动。
- 如果未找到，检查 kernel8-32.img，如果找到，则加载它并以 32 位模式启动。
- 如果未找到，检查 kernel7.img，如果找到，则加载它并以 32 位模式启动。
- 如果未找到，检查 kernel.img，如果找到，则加载它并以 32 位模式启动。
这个顺序是正确的并且奏效了，但对我来说不起作用的是从 0x8000 地址读取处理器。我无法从该地址可靠地启动任何裸机镜像。我尝试了几乎所有网上声称可以在 Pi3 上运行的裸机代码，但都失败了。我甚至一度认为板子坏了，但用 raspbian 镜像快速测试一下，它就又活了过来。甚至来自 David Welch (https://github.com/dwelch67/raspberrypi) 等网站的代码也无法让 Pi3 正常工作。在论坛上搜索，很明显我不是一个人。我们有很多人无法让 Pi3 B+ 正常工作。快速测试表明处理器根本没有从 0x8000 启动或开始，或者即使启动了，固件也没有正确地将我的文件放入内存。
更新：Pi 社区中的一些人对我暗示 Pi3 加载器存在问题或 bug 表示不满，甚至说我是骗子。他们坚持认为 XYZ 代码或仓库在 Pi3 上没有问题。我只能说，我手头的板子似乎在处理大多数从 0x8000 开始的代码时遇到了困难，并且加载非常不稳定。我没有理由再花费数小时来处理这个问题，因为加载器并没有提供任何比使用 config.txt 文件从 0x0 开始处理器更多的额外功能，我能看到的。
经过很多挫折，我终于找到了一个网站，上面的代码可以启动 Pi3，而且他的所有示例都有效。这个网站 (https://github.com/PeterLemon/RaspberryPi) 是由 Peter Lemon（又名 krom）创建的。他的所有代码都做了一件事，就是在 SD 卡上引入了一个 config.txt 文件，其中包含以下几行：
kernel_old=1
disable_commandline_tags=1
disable_overscan=1
framebuffer_swap=0
第一行是最重要的一行。它告诉固件在内存地址 0x0 启动处理器。我的代码从 0x0 开始加载的那一刻，一切都爆发了。我真的不知道这是否是固件的一个 bug，可能会很快修复，或者是一个永久性的问题。Peter Lemon 没有详细说明他是如何或为何知道这样做的。我现在只能说，目前它是必需的。所以你的 Pi3 裸机 SD 卡上最终会有 4 个文件：bootcode.bin、start.elf、config.txt 和 kernel8-32.img。kernel8-32.img 也可以是 kernel7.img。如果查看上面的启动顺序，两者之间似乎没有太大区别。我使用的是 Kernel8-32.img，这样我就知道它是 Pi3 文件，将 kernel7.img 留给 Pi2 内核文件。
已更新：我被告知 fixup.dat 需要放到 SD 卡上，否则 Pi3B 将只报告 256MB 内存。我们玩的示例程序 ninguno 接近那么多内存，所以如果你打算编写更大的代码，我会让你自己决定是否添加它。
已更新：新的复合 SD 镜像包含 3 个内核文件：kernel.img (Pi1)、kernel7.img (Pi2) 和 kernel8-32.img (Pi3)。SD 卡现在将有 6 个文件，但无论放在哪个 Pi 板上都能工作。
Using the Code
Arm 工具已更新。它们已从上篇文章中的旧 5.4 版本升级到 6.2 版本。在我遇到麻烦时，我更新了我的工具以防万一 (https://developer.arm.com/open-source/gnu-toolchain/gnu-rm/downloads)。
与之前的文章一样，我只是像这样设置一个批处理文件来编译我的代码：
g:\pi\gcc_pi_6_2\bin\arm-none-eabi-gcc -O2 -mfpu=neon-fp-armv8 -mfloat-abi=hard
-march=armv8-a+crc -mtune=cortex-a53 -nostartfiles -g3 -Wa,--defsym,BCM2837=1 start.s main.c -Wl,
-T,rpi3.ld -o kernel.elf -lc -lm
你可以看到处理器选项与 Pi3 上的 Arm8 处理器匹配
-mfpu=neon-fp-armv8 -mfloat-abi=hard -march=armv8-a+crc -mtune=cortex-a53
SRC 2a 更新：新的源代码 2a 不需要将符号推送到 Start.S 文件，它会自动检测 CPU 类型和外设基地址并进行纠正。该代码中包含的批处理文件不会推送符号，因此要小心不要混合使用原始 zip 文件和 2a zip 文件之间的代码。
有一个新的命令会将 CPU 推送到 Start.S 中的汇编代码
-Wa,--defsym,BCM2837=1
它将 "BCM2837=1" 推送给 Start.S 的汇编器，用于控制是否包含某些汇编块（更新：Pi1 BCM8235=1, Pi2 BCM8236 =1）。这是为了准备将代码与前几篇文章中的标准 Pi1 代码重新合并，因为我需要 start.S 来添加/删除代码，具体取决于我们正在编译哪个 Pi。
Start.S 知道 Pi2/Pi3 是四核的，它启动并让核心 1、2、3 进入死循环。只有核心 0 继续运行并在此示例中进入主代码，所以它看起来确实像一个 Pi1。同样，所有这些都是为了让我能够将 Pi3 代码合并回旧文章的代码中。
更高级的用户可能想打开 Start.S 并查看在跳转到 C 起始点（在 main.c 中称为 kernel_main）之前运行的汇编代码。
已更新：在原始代码中，需要在初始 C 代码中立即运行两个关键代码段。将 Start.S 与运行 Pi1/Pi2 的能力合并后，我能够将这两个关键代码段移到汇编代码中。新的 Start.S 既清除了 .BSS，又运行了自动外设基地址检测，以及一项新功能：读取 Arm 处理器的 CPUID 并将结果存储在两个全局变量中。
RPi_IO_Base_Addr = Peripheral Base Address auto detected (0x3F000000 or 0x20000000)
RPi_CpuId = ARM processor CPUID
你可以通过声明一个外部变量来在 C 代码中访问它们，如下所示：
extern uint32_t RPi_IO_Base_Addr; // The base IO address auto-detected by Start.S
extern uint32_t RPi_CpuId; // Detected CPU by Start.S
稍作修改的源代码现在将显示检测到的外设基地址以及 CPU。
这是我 Pi3 B+ 的详细信息：
与 Pi1 的详细信息进行比较：
SRC 2a 更新：技术上讲，Src 2a 生成的 Arm6 代码在单个 Kernel.img 中可以运行在所有 PI 上，这得益于所有自动检测代码。但它在 Pi2 和 Pi3 上运行速度较慢，因为它没有使用它编译 Arm6 时可用的高级指令。如果你想尝试一下，只需有一个文件 Kernel.img，你就会看到这种行为。这是一个非常嵌入式的技巧，我们通常会用它来创建一个引导加载程序，它会搞清楚我们在处理什么板子等等，然后下载一个正确的镜像文件给那个板子。
如上所述，新的 SD 复合镜像为每个 Pi 板提供了 3 个内核，并且上面讨论的启动顺序将确保该卡在任何 Pi 上都能工作。
我提供了 3 个批处理文件：Pi1.bat（构建 kernel.img）、Pi2.bat（构建 Kernel7.img）和 Pi3.bat（构建 Kernel8-32.img），它们将为每个不同的 Pi 板生成相应的 Kernel 镜像文件。我将正在处理的版本复制到 make.bat，我的编译器会与之链接。
有一个特殊的链接器文件 "rpi3.ld"，它设置了起始地址、.BSS 段和 .end，定义了堆的起始位置。它相当直接，任何对 GCC 简单链接脚本的阅读都会解释它的作用。
我试图让这篇文章保持简短，因为它实际上只是一个临时报告，但对于那些专门尝试 Pi3 裸机的人来说，它可能很有用。
关注点
有了 Pi3，我现在有更多未来可能会研究并撰写文章的主题：
- 使用所有 4 个核心
- 64 位编码
- 摄像头裸机访问
希望下一篇文章将按照计划进行，关于使用键盘和鼠标驱动程序的 USB 裸机访问，并在 Pi1 和 Pi3 上进行测试。
历史
- 版本 0.4：添加了新的 2a 版本源代码，具有扩展的自动检测代码
- 版本 0.3：添加了 Pi 社区中关于 0x8000 加载和 fixup.dat 的异议。
- 版本 0.2：代码修改为运行 Pi1 & 2（
Start.S已大量修改） - 版本 0.1：初始发布