Linux内核编译并移植至ARM平台

news2024/9/20 16:28:41

Linux内核编译并移植至ARM平台

  • Linux系统相关概念
    • 操作系统的启动过程
    • 获取树莓派源码
    • Linux内核源代码目录树结构
  • 树莓派Linux源码配置
  • 树莓派Linux内核编译
  • 移植内核至树莓派

Linux系统相关概念

操作系统的启动过程

  • x86，Intel的启动过程： 电源上电 -> BIOS -> Windows内核 -> C盘，D盘 -> 应用程序启动（QQ等）

  • 嵌入式产品（Linux系统）启动过程： 电源上电 -> BootLoader -> Linux内核 ->文件系统 -> 应用程序

  • 安卓的启动过程： 电源上电 -> fastBoot/Bootloader -> linux内核 -> 文件系统 -> 虚拟机 -> HOME应用程序 -> 通过图标打开某APP

获取树莓派源码

1. 通过指令查看树莓派的内核版本号：

uname -r

内核版本号：

2. 下载树莓派对应内核源码

通过 树莓派官网 下载源码，并将其拷贝到Ubuntu并解压

解压命令：

unzip linux-rpi-4.14.y

Linux内核源代码目录树结构

  • arch： 包含和硬件体系结构相关的代码，每种平台占一个相应的目录。和32位PC相关的代码存放在i386目录下，其中比较重要的包括kernel（内核核心部分）、mm（内存管理）、math-emu（浮点单元仿真）、lib（硬件相关工具函数）、boot（引导程序）、pci（PCI总线）和power（CPU相关状态）。

  • block： 部分块设备驱动程序。

  • crypto： 常用加密和散列算法（如AES、SHA等），还有一些压缩和CRC校验算法。

  • Documentation： 关于内核各部分的通用解释和注释。

  • drivers： 设备驱动程序，每个不同的驱动占用一个子目录。

  • fs： 各种支持的文件系统，如ext、fat、ntfs等。

  • include： 头文件，其中，和系统相关的头文件被放置在linux子目录下。

  • init： 内核初始化代码（注意不是系统引导代码）。

  • ipc： 进程间通信的代码。

  • kernel： 内核的最核心部分，包括进程调度、定时器等，和平台相关的一部分代码放在arch/*/kernel目录下。

  • lib： 库文件代码。

  • mm： 内存管理代码，和平台相关的一部分代码放在arch/*/mm目录下。

  • net： 网络相关代码，实现了各种常见的网络协议。

  • scripts： 用于配置内核文件的脚本文件。

  • security： 主要是一个SELinux的模块。

  • sound： 常用音频设备的驱动程序等。

  • usr： 实现了一个cpio。

树莓派Linux源码配置

  • 当我们工作中要进行驱动代码的编写，编写完以后要进行编译，要进行驱动代码的编译就必须要一个提前编译好的内核，编译内核就必须要先配置。

  • 配置的最终目标会生成 .config文件，该文件指导Makefile去把有用东西组织成内核。 厂家配linux内核源码，比如说买了树莓派，树莓派linux内核源码：使用源码里自带的config。

其中Linux源码配置有三种方式：

  • 方式一：厂家会配linux内核源码，厂家会提供对于芯片的内核源码，拷贝厂家的.cinfig文件进行配置
  • 方式二：make menuconfig 一项项配置 ，通常是基于厂家的config来配置
  • 方式三：完全自己来

其中编译Linux源码需要先安装好arm-linux交叉编译工具链。

其中交叉编译工具链的安装参考以下博文：交叉编译工具链的安装及带wiringPi库的交叉编译实现

方式一：拷贝厂家提供的config文件

执行命令，查看厂家给的配置文件

cd linux-rpi-4.14.y/
find .  -name  *_defconfig
find .  -name  *_defconfig|grep bcm2709

内核配置：

ARCH=arm CROSS_COMPILE=arm-linux-gnueabihf- KERNEL=kernel7 make bcm2709_defconfig
  • 指定ARM架构 ： ARCH=arm
  • 指定编译器 ： CROSS_COMPILE=arm-linux-gnueabihf-
  • 树莓派 ： KERNEL=kernel7
  • 主要核心指令 ： make bcm2709_defconfig

方式二：make menuconfig

一项项配置，常是基于厂家的config来配置，首先要安装必要的库：

sudo apt-get install bc
sudo apt-get install libncurses5-dev libncursesw5-dev
sudo apt-get install zlib1g:i386
sudo apt-get install libc6-i386 lib32stdc++6 lib32gcc1 lib32ncurses5

安装完后执行以下配置指令：

ARCH=arm CROSS_COMPILE=arm-linux-gnueabihf- KERNEL=kernel7 make menuconfig

 
然后根据自己的需要来剪裁内核，按需配置

驱动两种加载方式：

  1. [*] 编译进内核 zImage包含了驱动

  2. [M] 模块方式生成驱动文件xxx.ko 系统启动后，通过命令inmosd xxx.ko 加载
    [ * ] 和< M >是驱动加载的两种方式，可以按空格键进行加载方式的切换。
    [ ] ：表示略过的，不参与编译，也就是需要裁剪的东西

方式三：完全自己来： 配置完内核后就可以进行内核的编译了。

树莓派Linux内核编译

编译指令：

ARCH=arm CROSS_COMPILE=arm-linux-gnueabihf- KERNEL=kernel7 make -j4 zImage modules dtbs

此过程较慢，大约要20多分钟左右

  • -j4： 指定用多少电脑资源进行编译
  • zImage： 生成内核镜像
  • modules： 要生成驱动模块
  • dtbs： 生成配置文件

编译成功后，看到源码树目录多了vmlinux，失败则无此文件。成功后，目标zImage镜像arch/arm/boot底下

移植内核至树莓派

STEP 1：打包zImage文件

  • 用mkknlimg 工具打包zImage 文件，将生成的zImage打包成树莓派可用的 xxx.img 比如 kernel_new.img
    ./scripts/mkknlimg arch/arm/boot/zImage ./kernel_new.img

 
STEP 2：挂载U盘

  • 插入带有树莓派系统的内存卡的读卡器并挂载到虚拟机，并输入 dmesg 命令后出现sda1和sda2表示连接成功

  • 在根目录新建两个文件夹data1、data2并将U盘里的内容挂载到这两个文件夹中

    mkdir data1 data2
sudo mount /dev/sdb1 data1   
sudo mount /dev/sdb2 data2

  • sdb1、sdb2 分别是树莓派SD卡的两个分区

    • sdb1即data1是fat分区，是boot相关的内容，kernel的img文件在此分区
    • sdb2即data2是ext4分区，也就是系统的根目录分区。（cd /进入的就是系统的根目录

  • 通过挂载U盘，data1 和 data2 文件夹内就有了U盘内部的数据

STEP 3 ：安装modules：

  • 用于安装设备驱动文件，像无线网卡,IIC等驱动设备，进入树莓派源码树目录键入
    sudo ARCH=arm CROSS_COMPILE=arm-linux-gnueabihf- KERNEL=kernel7 make INSTALL_MOD_PATH=[ext4] modules_install
    注意：这里要将【ext4】改为自己具体的绝对路径
    sudo ARCH=arm CROSS_COMPILE=arm-linux-gnueabihf- KERNEL=kernel7 make INSTALL_MOD_PATH=/home/yuanjl/data2 modules_install

STEP 4：更新 kernel.img 文件

  • 因为之前用 mkknlimg 工具打包了kernel_new.img文件，只要把它复制到fat分区（data1）并配置使用即可，防止刷机失败，首先备份之前的kernel.img 文件 ，进入挂载fat分区（data1）文件键入下列命令：
    cp kernel7.img kernel7OLD.img
  • 将之前在源码树目录生成的kernel_new.img拷贝到fat分区（data1）并替代之前的kernel7.img
    cp kernel_new.img /home/yuanjl/data1/kernel7.img
  • 拷贝完成后需要校验md5值，如果两文件的md5值不一样则需要重新拷贝。
    md5sum /home/zh/SYSTEM/linux-rpi-4.14.y/kernel_new.img 
md5sum kernel7.img

STEP 5：在源码树中复制其它配置文件到fat分区（data1）

cp arch/arm/boot/dts/.*dtb* /home/yuanjl/data1
cp arch/arm/boot/dts/overlays/.*dtb* /home/yuanjl/data1/overlays/
cp arch/arm/boot/dts/overlays/README /home/yuanjl/data1/overlays/

STEP 6： 将配置玩的内存卡放入树莓派中键入uname -r查看更换后的内核版

在这里插入图片描述

参考博文：
1. 树莓派Linux内核配置
2. 树莓派-内核开发-说明 下载代码 编译 替换内核
3. Linux内核源代码目录树结构
4. 配置、编译Linux内核适合树莓派相关操作
5. 树莓派——配置Linux内核适合树莓派

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