1. 前言
之前提到，Sipeed Lichee RV看起来是一个性价比很高的RISC-V开发板，虽然性能相对孱弱，但起码能启动像Debian这样的Linux发行版，其实也够用。
当然我想除了启动Debian或者Arch Linux之外，肯定也有人想在这个开发板上启动一个自己编写的OS，毕竟在QEMU上运行跟在物理机上还是不一样的。之前有人在Reddit提出了这个问题，不过看回复的样子，他们也不太清楚。
2. 全志D1芯片的启动过程
首先先搞懂这个Allwinner D1芯片的启动流程，根据Datasheet（可在全志官网或者https://linux-sunxi.org/D1查看）和Sunxi-Allwinner_Nezha可以大致了解芯片的启动过程。
2.1 BROM
CPU启动后，首先从地址0x0的位置取指令，这个位置是CPU内部的片上存储Boot ROM(BROM)，地址范围是从0x0开始的48KiB空间。启动后检查开发板上的FEL按键是否按下，如果按下则进入FEL模式（手动升级模式或者说Recovery模式），没有按下则尝试从SD卡加载BOOT0，加载的位置为SD卡的第16或者256扇区，不过一般GPT分区模式可能会使用第16扇区，所以最好把BOOT0烧写到256扇区去。
BROM的源代码没有公开，不过对BROM的一些逆向工程可以在GitHub上找到。
2.2 BOOT0
BOOT0用来初始化DDR和一些外设，然后加载下一级Bootloader，这个在启动U-Boot的时候也作为SPL(Secondary Program Loader)，目前版本的BOOT0从SD卡中加载一个包含了OpenSBI和U-Boot的TOC1格式的镜像，BOOT0会尝试从SD卡的16MiB的位置加载TOC1镜像，加载失败则会进入FEL模式。
BOOT0的代码也在GitHub上：https://github.com/smaeul/sun20i_d1_spl
2.3 OpenSBI和U-Boot
BOOT0尝试加载的TOC1镜像里包含了OpenSBI和U-Boot，首先运行的是OpenSBI(Open Supervisor Binary Interface)，可以近似理解为固件，提供了一些环境调用，比如控制台收发字符，关机等功能，之后的U-Boot可以初始化更多外设，可以从网络或者U盘等设备加载OS。
3. 使用XFEL启动
可不可以不从SD卡启动呢？之前提到这个开发板有一个FEL模式，有一个非官方的工具xfel也可以完成DDR和串口初始化、加载文件到内存等功能，这样就不需要向SD卡烧写BOOT0、OpenSBI和U-Boot了。
现在已经有人已经移植了MIT的xv6到D1上(https://github.com/michaelengel/xv6-d1)，编译好之后，可以通过xfel初始化内存，然后将其加载到开发板的DDR3内存起始地址0x40000000处：
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PS C:\> xfel ddr d1
Initial ddr controller succeeded
PS C:\> xfel write 0x40000000 .\kernel.bin
100% [================================================] 1.010 MB, 461.421 KB/s
PS C:\> xfel exec 0x40000000
之后可以从串口看到xv6打印的信息，如果发现输出混乱，是因为输出的换号符号只有LF，可以在串口终端设置里补上CR符号。
启动xv6
xv6运行在RISC-V的M模式下，可以直接加载运行。如果你的OS运行在S模式，也可以用xfel先加载编译好的OpenSBI和OS到内存，再执行命令运行OpenSBI。
注意Lichee RV开发板的内存大小为512MB，对应的物理地址从0x40000000开始。
4. 使用OpenSBI和U-Boot
这部分介绍编译Bootloader的过程。这部分的命令参考了项目https://github.com/tmolteno/d1_build/的内容。
4.1 安装编译依赖
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# Install the prerequisites
sudo apt update
sudo apt install -y autoconf automake autotools-dev curl \
python3-setuptools python3 libmpc-dev \
libmpfr-dev libgmp-dev gawk build-essential \
bison flex texinfo gperf libtool patchutils \
bc zlib1g-dev libexpat-dev swig libssl-dev \
python3-distutils python3-dev git \
gcc-riscv64-linux-gnu g++-riscv64-linux-gnu
4.2 编译BOOT0
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# Build SPL for D1
git clone --branch mainline https://github.com/smaeul/sun20i_d1_spl
cd sun20i_d1_spl
make CROSS_COMPILE=riscv64-linux-gnu- p=sun20iw1p1 mmc
# The binary is at: sun20i_d1_spl/nboot/boot0_sdcard_sun20iw1p1.bin
4.3 编译OpenSBI
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# Build OpenSBI for D1
git clone --depth 1 --branch d1-wip https://github.com/smaeul/opensbi
cd opensbi
make CROSS_COMPILE=riscv64-linux-gnu- PLATFORM=generic FW_PIC=y FW_OPTIONS=0x2
# The binary is at: opensbi/build/platform/generic/firmware/fw_dynamic.bin
4.4 编译U-Boot
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# Build U-Boot for D1
git clone --depth 1 --branch d1-wip https://github.com/smaeul/u-boot.git
cd u-boot
# 如需支持DTO，在config/lichee_rv_defconfig 末尾加上CONFIG_OF_LIBFDT_OVERLAY=y
make CROSS_COMPILE=riscv64-linux-gnu- lichee_rv_defconfig
# 默认编译的U-Boot不保存环境变量，可以在menuconfig的Environment项中设置存储位置
# 1. 指定"Environment in an MMC device"
# 2. 设置"mmc device number"和"mmc partition number"为0
# 3. 再设置"Environment offset"为0x2008000
# 4. 在"Command line Interface > Environment commands"启用"saveenv"
# 上述操作将环境变量存储在microSD卡的32MiB开始的位置
make menuconfig
make -j $(nproc) $CROSS all V=1
# The binary is at: u-boot/arch/riscv/dts/sun20i-d1-lichee-rv-dock.dtb
# The binary is at: u-boot/u-boot-nodtb.bin
4.5 生成TOC1镜像
将下面这段代码保存为toc1_lichee_rv_dock.cfg，这个文件指定了OpenSBI和U-Boot等加载到的位置。注意文件路径。
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[opensbi]
file = ./opensbi/build/platform/generic/firmware/fw_dynamic.bin
addr = 0x40000000
[dtb]
file = ./u-boot/arch/riscv/dts/sun20i-d1-lichee-rv-dock.dtb
addr = 0x44000000
[u-boot]
file = ./u-boot/u-boot-nodtb.bin
addr = 0x4a000000
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vim toc1_lichee_rv_dock.cfg
./u-boot/tools/mkimage -A riscv -T sunxi_toc1 -d toc1_lichee_rv_dock.cfg u-boot.toc1
4.6 将生成的二进制文件烧写入SD卡中
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# ${DEVICE}为microSD卡的路径，例如/dev/sdb
sudo parted -s -a optimal -- ${DEVICE} mklabel gpt
# 烧写SPL到microSD卡的128KiB的位置
sudo dd if=boot0_sdcard_sun20iw1p1.bin of=${DEVICE} bs=8192 seek=16
# 烧写OpenSBI和U-Boot到microSD卡的16MiB的位置
sudo dd if=u-boot.toc1 of=/dev/sdb bs=512 seek=32800
4.7 启动U-Boot
查看烧写入SD卡的内容：
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# mmc命令可以将SD卡内容读入内存，md命令查看内存内容
# 查看烧写入SD卡中的SPL
mmc read 0x50000000 0x100 0x1;md 0x50000000 80
# 查看烧写入SD卡中的U-Boot
mmc read 0x50000000 0x8020 0x1;md 0x50000000 80
# 查看写入的U-Boot环境变量
mmc read 0x50000000 0x10040 0x1;md 0x50000000 80
之后可以在U-Boot中从U盘等设备加载操作系统镜像启动了，注意操作系统运行在S模式，可以使用OpenSBI的接口。
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# 在U-Boot中将U盘中的Image文件加载到0x50000000执行
usb start
fatls usb 0:1
fatload usb 0:1 0x50000000 Image
go 0x50000000