实验一 安装交叉编译工具链——给 x86 电脑配一位"ARM 翻译官"
对应课件：《第3章 移植U-Boot》3.4 节，Slide 28-31
系列说明：本系列基于华清远见 FS-MP1A（STM32MP157A）开发板，对应课件《第3章 移植U-Boot》。本文覆盖 Slide 28-31。所有操作在 VMware + Ubuntu 20.04 虚拟机中完成。
一、为什么第一个实验是装工具链？
先想一个问题：开发板上的 CPU 是ARM Cortex-A7，我们电脑的 CPU 是x86-64，两者指令集完全不同——在电脑上用普通 gcc 编译出的程序，板子根本"听不懂"。
要解决这个问题，就需要交叉编译工具链（cross toolchain）：它本身运行在 x86 电脑上，产出的却是 ARM 机器码。可以把它理解成一位常驻 PC 的"ARM 翻译官"——我们用 x86 的语言下指令，它负责翻译成板子听得懂的话。
ST 把整套翻译团队（交叉编译器、目标板 C 库、调试器、镜像制作工具……）打包成了一个 SDK 压缩包。本实验要做的事很简单：把它装好、激活、验证。
这个实验看似只是"装软件"，却是后面一切的地基——编译 U-Boot、内核、驱动全靠它，所以排在整个系列的第一位。
二、实验环境
| 项目 | 实际值 |
|---|---|
| 虚拟机 | VMware + Ubuntu 20.04（focal），主机名cnu-virtual-machine，用户cnu |
| 网络 | 桥接网卡 |
| 共享文件夹 | ~/Desktop/share/Linux/Test1 |
| 工具链安装位置 | /opt/st/stm32mp1/3.1-openstlinux-5.4-dunfell-mp1-20-06-24 |
三、实验步骤
步骤 1：先接好"眼睛"——验证串口
做什么：在 Windows 上用 MobaXterm 新建一个 Serial（串口）会话，连接板载 ST-Link 的虚拟串口（COM 口），波特率设为115200（ST 方案出厂默认值），给开发板上电，观察输出。
为什么第一步不是装软件，而是看串口？
因为接下来的一系列实验里，板子上发生了什么、报了什么错，全部要靠串口告诉我们。串口就是整个移植过程的"眼睛"——必须最先确认它是通的。否则以后编译、烧写出了问题，你连"板子到底是没跑起来还是跑了没输出"都无从判断。
在 Windows 上用 MobaXterm 新建 Serial 会话（菜单 Session → Serial，Speed (bps) 选115200），配置界面如下：
图：MobaXterm 新建 Serial 会话的设置界面——Session → Serial，Serial port 选
Choose at session start（连接时再选板子的 COM 口），Speed (bps) 选 115200。
给开发板上电后，成功抓到出厂固件的启动日志：
............NOTICE: CPU: STM32MP157AAA Rev.Z NOTICE: Model: HQYJ FS-MP1A Discovery Board INFO: Reset reason (0x14): INFO: Pad Reset from NRST INFO: Using SDMMC INFO: Instance 1 INFO: Boot used partition fsbl1 NOTICE: BL2: v2.2-r1.0(debug):a70053f NOTICE: BL2: Built : 09:55:29, Nov 5 2020 INFO: Using crypto library 'stm32_crypto_lib' INFO: BL2: Doing platform setup INFO: RAM: DDR3-DDR3L 16bits 533000Khz INFO: Memory size = 0x20000000 (512 MB) INFO: BL2 runs SP_MIN setup INFO: BL2: Loading image id 4 INFO: Loading image id=4 at address 0x2ffed000 INFO: Image id=4 loaded: 0x2ffed000 - 0x2ffff000 INFO: BL2: Loading image id 5 INFO: Loading image id=5 at address 0xc0100000 INFO: STM32 Image size : 855341 INFO: Image id=5 loaded: 0xc0100000 - 0xc01d0d2d WARNING: Skip signature check (header option) NOTICE: ROTPK is not deployed on platform. Skipping ROTPK verification. NOTICE: BL2: Booting BL32 INFO: Entry point address = 0x2ffed000 INFO: SPSR = 0x1d3 INFO: Cannot find st,stpmic1 node in DT NOTICE: SP_MIN: v2.2-r1.0(debug):a70053f NOTICE: SP_MIN: Built : 09:55:29, Nov 5 2020 INFO: ARM GICv2 driver initialized INFO: stm32mp IWDG1 (12): Secure INFO: ETZPC: CRYP1 (9) could be non secure INFO: SP_MIN: Initializing runtime services INFO: SP_MIN: Preparing exit to normal world U-Boot 2020.01-stm32mp-r1-a-ged50d843 (Dec 12 2023 - 19:23:21 +0800) CPU: STM32MP157AAA Rev.Z Model: STMicroelectronics STM32MP157A-DK1 Discovery Board Board: stm32mp1 in trusted mode (st,stm32mp157a-dk1) DRAM: 512 MiB Clocks: - MPU : 650 MHz - MCU : 208.878 MHz - AXI : 266.500 MHz - PER : 24 MHz - DDR : 533 MHz WDT: Started with servicing (32s timeout) NAND: 0 MiB MMC: STM32 SD/MMC: 0, STM32 SD/MMC: 1 Loading Environment from MMC... OK In: serial Out: serial Err: serial Net: eth0: ethernet@5800a000 Hit any key to stop autoboot: 0 ethernet@5800a000 Waiting for PHY auto negotiation to complete...........................这段日志值得精读——它按时间顺序讲了一个完整的启动故事，而且埋着后面两个实验的伏笔：
- 前半段是 TF-A 在说话（
BL2那些行）：TF-A 是板子的第一级引导固件，它完成了平台初始化和 DDR 内存初始化（Memory size = 0x20000000 (512 MB)），然后加载下一段镜像——Loading image id 5加载的那 855341 字节，就是 U-Boot。 - 后半段是 U-Boot 在说话（
U-Boot 2020.01-stm32mp-r1起）：它接过控制权，报告 CPU、内存、时钟、MMC 控制器等一串硬件信息。 - 两个关键线索：
Board: stm32mp1 in trusted mode (st,stm32mp157a-dk1)——出厂固件跑的是trusted 模式。U-Boot 有 basic 和 trusted 两种启动模式，本系列会先移植 basic 再移植 trusted，这里先混个脸熟；Model: ... STM32MP157A-DK1——出厂设备树用的是ST 官方 DK1 开发板。FS-MP1A 和 DK1 用的是同一颗 STM32MP157A 芯片，这正是后面实验三"复制 dk1 设备树做模板"的依据，源头就在这行日志里。
结论：板子硬件正常、串口链路正常，可以放心往下走。
步骤 2：安装并配置 git——为"打补丁"备好工具
做什么：安装 git 并配置全局用户名、邮箱。
为什么现在就装 git？
下一个实验要给 U-Boot 源码打上 ST 的 6 个补丁，课件指定用git am命令来做。git am会把每个补丁里的作者、提交说明原样还原成一条 git 提交——而创建提交就必须知道"作者是谁"，这正是user.name/user.email的用途。不先配置好，到时候git am会直接拒绝工作。所以这一步是实验二的前置条件，现在顺手做完。
sudoaptupdate&&sudoaptinstallgit实际执行（节选）：
命中:1 http://mirrors.ustc.edu.cn/ubuntu focal InRelease ... 将会同时安装下列软件： git-man liberror-perl 下列【新】软件包将被安装： git git-man liberror-perl ... 正在设置 git (1:2.25.1-1ubuntu3.14) ... 正在处理用于 man-db (2.9.1-1) 的触发器 ...配置并验证：
gitconfig--globaluser.name"Gsheep0729"&&gitconfig--globaluser.email"2697438381@qq.com"cnu@cnu-virtual-machine:~/Desktop/share/Linux/Test1$ git config --global user.name Gsheep0729 cnu@cnu-virtual-machine:~/Desktop/share/Linux/Test1$ git config --global user.email 2697438381@qq.com步骤 3：解压 SDK 压缩包
做什么：把 ST 提供的 SDK 压缩包从 Windows 拷进虚拟机，用tar解压。
为什么要解压两步走（先cd再解压）？没有特殊讲究，只是解压会按包内的目录结构展开出一个同名目录，先固定好工作目录，后面的路径都好写。
cd~/Desktop/share/Linux/Test1tar-xfen.SDK-x86_64-stm32mp1-openstlinux-5.4-dunfell-mp1-20-06-24.tar.xz
tar -xf会自动识别压缩格式（这里是 xz），且不删除原始压缩包——万一后面要重装，包还在。
实际执行记录：
cnu@cnu-virtual-machine:~/Desktop/share/Linux/Test1$ ls en.SDK-x86_64-stm32mp1-openstlinux-5.4-dunfell-mp1-20-06-24.tar.xz cnu@cnu-virtual-machine:~/Desktop/share/Linux/Test1$ tar -xf en.SDK-x86_64-stm32mp1-openstlinux-5.4-dunfell-mp1-20-06-24.tar.xz cnu@cnu-virtual-machine:~/Desktop/share/Linux/Test1$ cd stm32mp1-openstlinux-5.4-dunfell-mp1-20-06-24/ cnu@cnu-virtual-machine:~/Desktop/share/Linux/Test1/stm32mp1-openstlinux-5.4-dunfell-mp1-20-06-24$ cd sdk/步骤 4：认清安装脚本——别被长文件名吓住
解压出的sdk目录里有 6 个长名字文件，ls一看：
st-image-weston-openstlinux-weston-stm32mp1-x86_64-toolchain-3.1-openstlinux-5.4-dunfell-mp1-20-06-24.host.manifest st-image-weston-openstlinux-weston-stm32mp1-x86_64-toolchain-3.1-openstlinux-5.4-dunfell-mp1-20-06-24.license st-image-weston-openstlinux-weston-stm32mp1-x86_64-toolchain-3.1-openstlinux-5.4-dunfell-mp1-20-06-24-license_content.html st-image-weston-openstlinux-weston-stm32mp1-x86_64-toolchain-3.1-openstlinux-5.4-dunfell-mp1-20-06-24.sh st-image-weston-openstlinux-weston-stm32mp1-x86_64-toolchain-3.1-openstlinux-5.4-dunfell-mp1-20-06-24.target.manifest st-image-weston-openstlinux-weston-stm32mp1-x86_64-toolchain-3.1-openstlinux-5.4-dunfell-mp1-20-06-24.testdata.json别慌，名字虽长，结构都是"前缀 + 后缀"，按后缀分类一下就清楚了：
| 后缀 | 含义 |
|---|---|
.sh | 安装脚本——我们要执行的就是它 |
.host.manifest | 装到 PC（宿主机）上的文件清单 |
.target.manifest | 目标板侧文件的清单 |
.license/-license_content.html | 开源许可证及全文 |
.testdata.json | 安装自测数据 |
这里有个小坑：想当然敲./install.sh会报"没有那个文件或目录"——ST 没有给脚本起这个名，.sh结尾的长名字文件才是安装脚本。拿到陌生软件包，先ls看清楚再动手，这个习惯贯穿整个嵌入式开发。
步骤 5：运行安装脚本
./st-image-weston-openstlinux-weston-stm32mp1-x86_64-toolchain-3.1-openstlinux-5.4-dunfell-mp1-20-06-24.sh安装器会依次问三件事，每一件都值得明白它"在问什么"：
Enter target directory for SDK (default: /opt/st/stm32mp1/...):——"你想装到哪？"直接回车即可。默认的/opt是 Linux 文件系统层次标准（FHS）里约定的第三方大型软件安装位置，ST 的工具链放这里最合适。注意：这里只能直接回车或输入绝对路径——输相对路径的话，SDK 会装进当前目录下的一个子文件夹里，位置不受控。另外切记不要装到虚拟机共享文件夹里：共享文件夹不支持 Linux 符号链接，而工具链内部大量使用符号链接，装在那里后面编译必踩坑。
Proceed [Y/n]?——"确认继续？"输入y。[sudo] password for cnu:——要往/opt/st这个系统目录写文件，需要 root 权限，所以索取当前用户密码。
实际执行结果：
Extracting SDK................................................................................................................................................................................................................done Setting it up...done SDK has been successfully set up and is ready to be used. Each time you wish to use the SDK in a new shell session, you need to source the environment setup script e.g. $ . /opt/st/stm32mp1/3.1-openstlinux-5.4-dunfell-mp1-20-06-24/environment-setup-cortexa7t2hf-neon-vfpv4-ostl-linux-gnueabi注意最后一行提示——它已经把"每次使用工具链前该做什么"告诉我们了，这正是下一步的内容。
步骤 6：激活工具链并验证
为什么要"激活"？安装只是把文件放到了磁盘上，当前终端并不知道它们的存在。environment-setup-...脚本的作用就是设置一串环境变量：把工具链的bin目录加入PATH、定义CC变量指向交叉 gcc、指定--sysroot（目标板的 C 库根目录）等等。每次新开终端都要重新执行一遍——这是后面最容易忘、也最容易坑自己的地方。
为什么必须用source（或.）执行，而不能./运行？source是"在当前 shell 进程里执行这段脚本"，设置的环境变量能留下来；而./xxx.sh会启动一个子进程，脚本跑完子进程退出，环境变量也随之消失——白忙一场。
课件的标准做法是先在根目录建一个符号链接，以后所有命令统一写source /stm32env，简短好记：
sudoln-s/opt/st/stm32mp1/3.1-openstlinux-5.4-dunfell-mp1-20-06-24/environment-setup-cortexa7t2hf-neon-vfpv4-ostl-linux-gnueabi /stm32envsource/stm32env（直接 source 完整路径完全等价。软链接建过一次就一直在：重复执行ln -s会报"文件已存在"，无害——链接已在，直接source /stm32env即可。下方实际输出记录的是当初用完整路径激活的终端，效果与source /stm32env一致；本系列后续实验的激活命令统一写source /stm32env。）
验证——看$CC变量：
echo$CC实际输出：
cnu@cnu-virtual-machine:~/Desktop/share/Linux/Test1/stm32mp1-openstlinux-5.4-dunfell-mp1-20-06-24/sdk$ . /opt/st/stm32mp1/3.1-openstlinux-5.4-dunfell-mp1-20-06-24/environment-setup-cortexa7t2hf-neon-vfpv4-ostl-linux-gnueabi cnu@cnu-virtual-machine:~/Desktop/share/Linux/Test1/stm32mp1-openstlinux-5.4-dunfell-mp1-20-06-24/sdk$ echo $CC arm-ostl-linux-gnueabi-gcc -mthumb -mfpu=neon-vfpv4 -mfloat-abi=hard -mcpu=cortex-a7 --sysroot=/opt/st/stm32mp1/3.1-openstlinux-5.4-dunfell-mp1-20-06-24/sysroots/cortexa7t2hf-neon-vfpv4-ostl-linux-gnueabi这一串输出同样值得逐段读懂——它就是"翻译官"的工作方式说明书：
| 片段 | 含义 |
|---|---|
arm-ostl-linux-gnueabi-gcc | 目标平台三元组命名的交叉 gcc：ARM 架构 / OpenSTLinux / gnueabi 接口 |
-mcpu=cortex-a7 | 按 Cortex-A7 核生成指令 |
-mthumb | 使用 Thumb 指令集（代码密度更高） |
-mfpu=neon-vfpv4 -mfloat-abi=hard | 使用 NEON 硬件浮点，浮点参数走寄存器传递 |
--sysroot=... | 编译时找头文件、链接时找库，都到目标板的根目录下找——保证链接的是板子上的 C 库，绝不混入 PC 的 glibc |
顺带一提：直接执行$CC会报fatal error: no input files（没给它源文件），这是正常现象，只要出现了arm-ostl-linux-gnueabi-gcc字样就说明工具链已生效。
步骤 7：安装辅助工具
为什么 SDK 装完了还要再装一堆？因为 SDK 只覆盖了"翻译官团队"，而编译 U-Boot 的过程中，构建系统本身还需要一些 PC 侧的基础工具。分工如下：
| 软件包 | 用途 |
|---|---|
bison/flex | 语法/词法分析器生成器。U-Boot 的配置系统 Kconfig（menuconfig的后台）和设备树编译器dtc都要用它们现场生成解析代码——不装，配置和编译设备树阶段直接报错 |
libncurses5-dev | 字符终端图形库。make menuconfig那个蓝色菜单界面就是它画出来的 |
libssl-dev | OpenSSL 开发库。U-Boot 的主机端工具（如mkimage制作签名镜像）编译时需要它的头文件 |
libyaml-dev | YAML 解析库，本课程后续内容会用到 |
sudoaptinstallbison flex libncurses5-dev libyaml-dev libssl-dev实际执行（节选）：
cnu@cnu-virtual-machine:~/Desktop/share/Linux/Test1/stm32mp1-openstlinux-5.4-dunfell-mp1-20-06-24/sdk$ sudo apt install bison flex libncurses5-dev libyaml-dev libssl-dev 正在读取软件包列表... 完成 将会同时安装下列软件： libfl-dev libfl2 libncurses-dev libncurses6 libncursesw6 libsigsegv2 libssl1.1 libtinfo6 m4 下列【新】软件包将被安装： bison flex libfl-dev libfl2 libncurses-dev libncurses5-dev libsigsegv2 libssl-dev libyaml-dev m4 升级了 4 个软件包，新安装了 10 个软件包，要卸载 0 个软件包，有 502 个软件包未被升级。 需要下载 4,833 kB 的归档。 ... 正在设置 libyaml-dev:amd64 (0.2.2-1) ... ... 正在设置 bison (2:3.5.1+dfsg-1) ... update-alternatives: 使用 /usr/bin/bison.yacc 来在自动模式中提供 /usr/bin/yacc (yacc) 正在设置 flex (2.6.4-6.2) ... ... 正在处理用于 man-db (2.9.1-1) 的触发器 ...安装成功，无报错。
四、注意事项（踩坑记录）
- 目录里没有
install.sh：安装脚本就是长名字的st-image-weston-...sh。拿到任何安装包，先ls看清楚再执行。 source只对当前窗口有效：新开终端必须重新激活，否则make会找不到交叉编译器（后果见实验三的实战案例）。- 工具链必须装在虚拟机本地磁盘（
/opt/st）——不要装到共享文件夹里，共享文件夹不支持 Linux 符号链接。
五、实验结果
| 检查项 | 结果 |
|---|---|
| 串口验证（MobaXterm，115200） | 抓到出厂固件启动日志 |
| git 安装并完成全局配置 | 完成 |
SDK 安装到/opt/st/stm32mp1/3.1-openstlinux-5.4-dunfell-mp1-20-06-24 | successfully set up |
激活后echo $CC出现arm-ostl-linux-gnueabi-gcc | sysroot 指向 /opt/st |
| bison / flex / libncurses5-dev / libyaml-dev / libssl-dev | 安装成功 |
六、下一步
工具链这位"翻译官"已经就位，但巧妇难为无米之炊——我们还缺"料"：U-Boot 源码本身。下一实验获取 ST 的源码包，并用 git 给它打上 6 个厂商补丁，请看《实验二 获取 U-Boot 源码并打 ST 补丁》。
