NXP i.MX6 优化linux系统启动时间

在眺望电子TW-IMX6DL-EVM开发板上优化linux系统启动时间。

编译环境及开发包： 主机：ubuntu18.04
交叉编译器：arm-linux-gnueabihf-gcc
QT5.12.8：qt-everywhere-opensource-src-5.12.8
开发板：TW-IMX6DL-EVM
Linux：Linux-4.1.15

注意:本文章的所有命令涉及到的路径均为眺望电子官方环境路径，需根据自身实际环境改变。本文所演示的平台来自于眺望电子 iMX6 ARM嵌入式平台，这是一个基于NXP iMX6 ARM处理器，支持单核/双核Cortex-A9的核心板。

NXP i.MX6系列平台可以通过修改u-boot默认配置、裁剪内核以及修改文件系统三个方面来优化启动时间。

u-boot主要可以通过以下几个方案进行优化：

• 去掉不必要的串口信息；
• 去掉启动延迟时间；
• 去掉不必要的驱动；
• 去掉用不到的命令。

u-boot启动通常会打印以下消息：

U-Boot 2014.04-gdec7a05-dirty (Mar 16 2020 - 10:34:39)

CPU:   Freescale i.MX6DL rev1.3 at 792 MHz
CPU:   Temperature 33 C, calibration data: 0x59751969
Reset cause: POR
Board: MX6-SabreSD
I2C:   ready
DRAM:  2 GiB
MMC:   FSL_SDHC: 0, FSL_SDHC: 1, FSL_SDHC: 2
No panel detected: default to Hannstar-XGA
Display: Hannstar-XGA (1024x768)
In:    serial
Out:   serial
Err:   serial
Found PFUZE100 deviceid=10,revid=11
mmc2(part 0) is current device
Net:   FEC [PRIME]
Warning: failed to set MAC address

Card did not respond to voltage select!
mmc1(part 0) is current device
Card did not respond to voltage select!
** Bad device mmc 1 **
Card did not respond to voltage select!
** Bad device mmc 1 **
Normal Boot
Saving Environment to MMC...
Writing to MMC(2)... done
Have env flag, ignore inner env
Hit any key to stop autoboot:  0
mmc2(part 0) is current device
reading boot.scr
** Unable to read file boot.scr **
reading zImage
6709816 bytes read in 172 ms (37.2 MiB/s)
Booting from mmc ...
reading imx6dl-sabresd.dtb
44928 bytes read in 18 ms (2.4 MiB/s)
Kernel image @ 0x12000000 [ 0x000000 - 0x666238 ]
##Flattened Device Tree blob at 18000000
   Booting using the fdt blob at 0x18000000
   Using Device Tree in place at 18000000, end 1800df6b
switch to ldo_bypass mode!

Starting kernel ...

可以通过在include/configs/mx6sabre_common.h文件中添加以下选项来屏蔽打印信息：

#define CONFIG_EXTRA_ENV_SETTINGS "silent=1"
#define CONFIG_SILENT_ConSOLE 1

默认出厂固件会有1秒钟的延迟，可以通过修改include/configs/mx6sabre_common.h文件来取消延迟。

#define CONFIG_BOOTDELAY 0 
#define CONFIG_ZERO_BOOTDELAY_CHECK

可以根据实际情况去掉不必要的驱动来优化启动时间，例如SPI、USB、HDMI等。去掉SPI驱动可以修改include/configs/mx6sabre_common.h文件：

#if defined(CONFIG_ENV_IS_IN_MMC)
#define CONFIG_ENV_OFFSET                	 	(8 * 64 * 1024)
#elif defined(CONFIG_ENV_IS_IN_SPI_FLASH)
#define CONFIG_ENV_OFFSET                 		(768 * 1024)
#define CONFIG_ENV_SECT_SIZE             		(64 * 1024)
//#define CONFIG_ENV_SPI_BUS             		CONFIG_SF_DEFAULT_BUS
//#define CONFIG_ENV_SPI_CS                 	CONFIG_SF_DEFAULT_CS
//#define CONFIG_ENV_SPI_MODE             		CONFIG_SF_DEFAULT_MODE
//#define CONFIG_ENV_SPI_MAX_HZ         		CONFIG_SF_DEFAULT_SPEED
#elif defined(CONFIG_ENV_IS_IN_FLASH)

如果无需使用网络，也可以去掉相关驱动，同样是修改include/configs/mx6sabre_common.h文件：

//#define CONFIG_FEC_MXC
//#define CONFIG_MII
//#define IMX_FEC_base                	ENET_base_ADDR
//#define CONFIG_FEC_XCV_TYPE        	RGMII
//#define CONFIG_ETHPRIME            	"FEC"
//#define CONFIG_FEC_MXC_PHYADDR      	1
//#define CONFIG_PHYLIB
//#define CONFIG_PHY_ATHEROS

同样可以选择去掉USB的驱动，修改如下：

#if 0

#define CONFIG_CMD_USB
#define CONFIG_USB_EHCI
#define CONFIG_USB_EHCI_MX6
#define CONFIG_USB_STORAGE
#define CONFIG_EHCI_HCD_INIT_AFTER_RESET
#define CONFIG_USB_HOST_ETHER
#define CONFIG_USB_ETHER_ASIX
#define CONFIG_MXC_USB_PORTSC (PORT_PTS_UTMI | PORT_PTS_PTW)
#define CONFIG_MXC_USB_FLAGS 0
#define CONFIG_USB_MAX_CONTROLLER_COUNT 1 
#endif

在配置文件include/configs/mx6sabre_common.h文件中可以去掉用不到的命令，这里以去掉网络相关的命令为例。

//#define CONFIG_CMD_PING
//#define CONFIG_CMD_DHCP
//#define CONFIG_CMD_MII
//#define CONFIG_CMD_NET

内核层面主要通过裁剪内核来实现启动时间优化，为了减少启动时间，可以在arch/arm/configs/imx_v7_defconfig文件中去掉caam(i.MX6硬件加密加速模块)模块的支持：

#CONFIG_CRYPTO_ANSI_CPRNG is not set 
#CONFIG_CRYPTO_DEV_FSL_CAAM=y
#CONFIG_CRYPTO_DEV_FSL_CAAM_SM=y
#CONFIG_CRYPTO_DEV_FSL_CAAM_SM_TEST=y
#CONFIG_CRYPTO_DEV_FSL_CAAM_SECVIO=y

根据实际情况去掉其它用不到的驱动模块，例如A9平台默认没有使用flash，可以去掉该驱动模块的支持：

#CONFIG_MTD=y

对于需用到的模块，可以可以编译成KO文件，等待系统启动后再加载，或者在需调用时再加载。

另外对于初始化中小于10 ms的sleep，可由msleep改为mdelay，因为msleep会让出CPU的占用，而A9上CPU调度频率是100hz，也就是最快调度一次也要大于10ms，所以用mdelay会更快些。

内核启动过程中同样会在串口打印相关信息，所以关闭打印时间以及将printk的打印级别调高，减少打印的信息也可以在一定程度上对启动时间进行优化：

#CONFIG_PRINTK_TIME=n
#define DEFAULT_CONSOLE_LOGLEVEL 4

文件系统占用启动时间较多的地方主要有：

• 拷贝文件系统到内存；
• udev或者mdev等自动创建设备节点；
• 系统自启动服务；
• 相关的自启程序。

相对应的优化方法有：

• 裁剪文件系统
• 用mknod创建设备节点
• 关闭不使用的服务
• 取消不必要的自启程序

需根据自身需求进行裁剪，去掉文件系统中不必要的库文件、logo图片、测试程序等，在虚拟机上先对文件系统进行解包，裁剪完成后再进行打包，对应的命令为：

tar zxvf rootfs.tar.gz –C ./ 			/* 解包 * /
tar zcvf rootfs.tar.gz ./rootfs			/* 打包 * /

创建设备节点一般有两种方法，第一种是自动创建，利用udev(mdev)来实现设备文件的自动创建，这种比较占用启动时间。第二种是使用mknod手动创建，可以减少启动时间，使用cat /proc/devices查看申请到的设备名，设备号，然后使用以下命令创建设备节点：

mknod filename type major minor

系统默认会自启很多种服务，结合自身需求取消用不到的服务同样可以优化启动时间。这里以取消几种服务为例：

rm /etc/init.d/oprofileui-server 			/* 系统性能 * /
rm /etc/init.d/bootlogd 					/* 日志 * /
rm /etc/init.d/ofono 						/* 电话 * /
rm /etc/init.d/neard 

init进程会调用/etc/rcS.d目录下Sxxxx之类的脚本文件（S是开头，然后是数字，之后是名称）从而实现开机自启程序的目的。可以将不需要的脚本文件直接删掉，也可以节省不少启动时间。