IoT 学习笔记 0x04

如何为 ARM 目标平台交叉编译一个内核。

进入 $HOME/embedded-linux-qemu-labs/kernel 目录。

选择一个特定的 Linux 稳定版本

我们将使用 linux-6.1.x，首先，获取我们可用的分支列表：

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cd linux
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git branch -a

首先，执行以下命令检查你当前拥有的版本：你也可以打开 Makefile 并查看其开头部分来核对这一信息。

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make kernelversion

现在，让我们基于该远程分支创建一个本地分支：

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git checkout linux-6.1.y

再次使用 make kernelversion 命令检查版本，确保你现在拥有的是 6.1.x 版本。我们检出的结果是 6.1.186（linux-6.1.y 分支上的最新补丁版本）。

要交叉编译 Linux，你需要一个交叉编译工具链。我们将使用之前构建的交叉编译工具链，因此只需将其加入 PATH：

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export PATH=$HOME/x-tools/arm-training-linux-musleabihf/bin:$PATH

另外，别忘了还要做到以下之一：

我们假定 ARCH 和 CROSS_COMPILE 变量已经通过 export 导出。

注意 .bashrc 里通常只有工具链的 PATH，这两个变量需要在新终端里手动 export（或每次 make 时在命令行指定），否则 make 会按宿主机的 x86_64 架构去配置内核，编出来的东西根本跑不了。

要构建 Linux 内核，你需要安装 bc 工具：

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sudo apt install bc

通过运行 make help，查找为你的处理器配置内核所需的正确的 Makefile 目标。

在本课程情况下，使用 ARM Vexpress 板卡（vexpress_defconfig）的配置。

因此，运行 make <default-configuration> 应用该配置，然后运行 make menuconfig 进行微调。

如果设置了 CONFIG_GCC_PLUGINS，请将其禁用。这将跳过构建特殊的 gcc 插件，否则会需要额外的构建依赖。同时启动 make menuconfig，将 CONFIG_DEVTMPFS_MOUNT 添加到你的配置中（让内核启动时自动挂载 /dev）。

这两项也可以用 scripts/config 在命令行完成，效果与 menuconfig 相同：

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make vexpress_defconfig
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scripts/config --disable CONFIG_GCC_PLUGINS
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scripts/config --enable CONFIG_DEVTMPFS_MOUNT
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make olddefconfig

你现在可以开始交叉编译内核了。只需运行：

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make

然后等待内核编译完成。如果你的机器有多个核心，别忘了使用 make -j<n>！我们实际用 make -j$(nproc) 并行编译（nproc 返回 CPU 核心数）。

查看内核构建输出，以了解内核镜像包含在哪个文件中。对我们来说，镜像在 arch/arm/boot/zImage。

同时查看设备树源目录，看看生成了哪些 .dtb 文件。找到与你的板卡对应的 .dtb 文件：arch/arm/boot/dts/vexpress-v2p-ca9.dtb。

由于我们将从 U-Boot 启动 Linux 内核，需要设置与 Linux 内核命令行对应的 bootargs 环境变量：

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=> setenv bootargs console=ttyAMA0
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=> saveenv

我们将使用 TFTP 将内核镜像加载到板卡上：

在你的工作站上，将 zImage 和 DTB（vexpress-v2p-ca9.dtb）复制到 TFTP 服务器所暴露的目录中（TFTP 目录属主是 root，需要 sudo）：

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sudo cp arch/arm/boot/zImage /srv/tftp/
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sudo cp arch/arm/boot/dts/vexpress-v2p-ca9.dtb /srv/tftp/

在目标机（U-Boot 提示符下），从 TFTP 将 zImage 加载到 RAM 中（若报 *** ERROR: 'ipaddr' not set，是 U-Boot 网络栈的内部 IP 状态在板子复位后失效了，重新 setenv ipaddr/serverip 一次即可刷新）：

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=> tftp 0x61000000 zImage

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=> tftp 0x62000000 vexpress-v2p-ca9.dtb

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=> bootz 0x61000000 - 0x62000000

你应该会看到 Linux 启动（串口控制台、SD 卡识别 mmcblk0: p1 p2 p3 等），并最终发生 panic：

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Kernel panic - not syncing: VFS: Unable to mount root fs on unknown-block(0,0)

这是预期之中的：我们还没有为设备提供可用的根文件系统，bootargs 里也没有 root= 指明根设备在哪。能看到这行 panic，反而证明内核编译与启动链路全部打通。

你现在可以将这一切在每次板卡启动或复位时自动化。复位板卡，并自定义 bootcmd：

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=> setenv bootcmd 'tftp 0x61000000 zImage; tftp 0x62000000 vexpress-v2p-ca9.dtb; bootz
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0x61000000 - 0x62000000'
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=> saveenv

重启板卡，确认内核启动现在已经自动化。