Linux内核编译并移植至ARM平台
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
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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）
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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
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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
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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）。
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block： 部分块设备驱动程序。
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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。
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Documentation： 关于内核各部分的通用解释和注释。
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drivers： 设备驱动程序，每个不同的驱动占用一个子目录。
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fs： 各种支持的文件系统，如ext、fat、ntfs等。
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include： 头文件，其中，和系统相关的头文件被放置在linux子目录下。
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init： 内核初始化代码（注意不是系统引导代码）。
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ipc： 进程间通信的代码。
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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。
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lib： 库文件代码。
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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。
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net： 网络相关代码，实现了各种常见的网络协议。
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scripts： 用于配置内核文件的脚本文件。
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security： 主要是一个SELinux的模块。
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sound： 常用音频设备的驱动程序等。
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usr： 实现了一个cpio。
树莓派Linux源码配置
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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。
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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：
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[*] 编译进内核 zImage包含了驱动
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[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
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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
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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
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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
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=[ext4] modules_installsudo 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
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