对 Orange Pi Zero3 板载Flash的一些看法

引言

根据官方手册的说明，板子上有一块自带的16MB存储，里面有一个小型的Linux系统。在出厂状态下，这个自带的Linux系统没有太多功能，基本只能用于证明开发板可以正常开机。

板载Flash位置图：

这个微型Linux的主要功能就是：

• 开机时更改LED灯的状态
• 可以通过HDMI连接显示器进入文本终端，也可以通过USB连接键盘输入一些Busybox自带的命令

技术分析

启动流程与存储配置

存储卡

在存在存储卡，并且在存储卡的8KiB处存在有效的uboot，则全志SoC会优先启动存储卡上的uboot并启动系统，因此如果板载Flash损坏或内容丢失也不影响开发板从存储卡启动系统（放心折腾？）。因此如果需要重写存储卡上的uboot,需要设置一个8KiB的偏移，并且第一个分区前面需要给uboot留出足够的空间，建议至少1MiB：

写入uboot时应该使用如下命令（Linux环境中）：

sudo dd if=uboot.bin of=/dev/sdX bs=1024 seek=8

uboot.bin 应当替换为你即将写入的uboot文件名（或完整路径），/dev/sdX 替换为存储卡的实际设备名，在上图的案例中应为 /dev/sda ，bs=1024 表示设置一个块的大小是 1024字节（即1KiB），seek=8 表示偏移8个块，因此使用这条命令就能把uboot写到存储卡偏移8KiB的位置供全志SoC识别和启动。

user@Host:~ $ sudo dd if=/path/to/u-boot-sunxi-with-spl.bin  of=/dev/sda bs=1024 seek=8
[sudo] user 的密码：
输入了 822+1 块记录
输出了 822+1 块记录
842253 字节 (842 kB, 823 KiB) 已复制，0.168543 s，5.0 MB/s
user@Host:~ $ 

Flash

如果不存在存储卡，则SoC会从Flash头部寻找uboot并尝试启动。

物理层面上，这个Flash通过SPI总线与SoC通信，在我使用的 Arch Linux 环境下，他被识别为 spi0.0 设备，然后系统根据存储设备的性质生成 /dev/mtd0 字符设备进行通信。

你也许发现问题了，常规的存储设备应该是块设备，而 mtd 存储是字符设备。为了方便用户操作，系统就又模拟出 /dev/mtdblock0 块设备。这个块设备也能被系统中常见的分区软件所识别。

在出厂状态下，Flash中包含uboot（版本很旧，不支持从efi启动），设备树，linux内核和一个最小化的rootfs。因为uboot占用了Flash的前面400个KiB左右的空间，导致常规的分区表无法写入（分区表记录所在位置与uboot冲突，无法共存），因此Flash中使用ubi分区表，常规的分区软件无法识别。我们需要安装 mtd-utils 工具集：

# Arch Linux
sudo pacman -S mtd-utils

分区表和文件系统部分我还没有能力进行解析和提取，希望阅读本文的大佬们能提出一些自己的看法并留在评论区。下附上提取得的镜像：

百度网盘：提取码wxb5

sha256: d27405c97bea456c7f06240fc4413906dd1add7557db896cc60c5b9744e50037

UBoot 改写与刷入

如上所述，板载Flash中附带的uboot版本很旧，不支持efi启动等新特性，反而是Arch镜像中附带的uboot比较新，你可以从 /boot/u-boot-sunxi-with-spl.bin 取得uboot镜像。

操作之前一定要备份：

sudo dd if=/dev/mtdblock0 of=/path/to/bakimage

由于mtd存储比较特殊，我们需要先擦除设备：

sudo flash_erase /dev/mtd0 0 0

然后写入新的uboot镜像（无需设置偏移）：

sudo dd if=uboot.bin of=/dev/mtdblock0 

如果操作无误，写入完成后在无内存卡的情况下开机就能启动到flash中的新uboot,该uboot支持从efi启动，因此也支持使用U盘等方式启动，不再局限于存储卡，也不一定非得使用uboot直接加载内核并启动Linux，这部分内容之后再说（不知道什么时候）。