嵌入式 linux

# 嵌入式 linux  安裝套件 ```bash= sudo apt update sudo apt upgrade -y sudo apt install \ make \ bision flex \ ncurses-dev \ libssl-dev # sudo apt-get install python-dev # for python2.x installs # sudo apt-get install python3-dev # for python3.x installs ``` ## 編譯環境建置 ### ARM toolchain 在普通電腦中裝的編譯器，可以編譯出在自身平台執行的程式，而安裝 ARM toolchain 可以在自身電腦編譯出在arm linux平台中執行的程式也就是所謂的交叉編譯器（Cross compiler） * armel - 沒有 FPU 的 ARM CPU * armhf - 有 FPU，可以硬體執行浮點運算的 ARM CPU * arm64 - 64 位元的 ARM CPU ```bash= #安裝 ARM tool chain sudo apt-get install # armhf toolchain crossbuild-essential-armhf gcc-arm-linux-gnueabihf cpp-arm-linux-gnueabihf g++-arm-linux-gnueabihf # armel toolchain crossbuild-essential-armel gcc-arm-linux-gnueabi cpp-arm-linux-gnueabi g++-arm-linux-gnueabi # arm64 toolchain ( arm64 aarch64 混用 ) crossbuild-essential-arm64 gcc-aarch64-linux-gnu cpp-aarch64-linux-gnu g++-aarch64-linux-gnu ``` ### 安裝虛擬機器/硬體模擬器新增 armel 架構使x86架構可以運行arm執行檔( Debain ) 方便驗證程式是否正確 ```bash= dpkg --print-foreign-architectures dpkg --add-architecture armel sudo apt-get update sudo apt-get install libc6:armel sudo apt-get install binfmt-support qemu qemu-user-static qemu-system-arm ``` ## Bootloader Bootloader有很多種，現今(2021)幾乎90%以上都是使用u-boot作為bootloader。 ### u-boot ( DAS u-boot ) #### 下載 u-boot 下載與解壓縮 u-boot ```bash # http://www.denx.de/wiki/U-Boot/SourceCode # https://ftp.denx.de/pub/u-boot/u-boot-2021.04.tar.bz2 wget ftp://ftp.denx.de/pub/u-boot/u-boot-lates tar xfva u-boot-lates.tar.bz2 -C bootloader ``` * rc1,rc1 -> 為推出之後選版本1,2，可以選用非rc的正式版使用 * 選用的版本可以依照硬體平台去選新舊 #### 設定 u-boot config 編譯前需要先針對硬體設定 config，但是如果有前人已經做完該板的config，可以直接使用已有的 config 可以在資料夾 u-boot-<version>/configs/ 裡面查詢 ARCH = arm or arm64 ```bash= make ARCH=arm CROSS_COMPILE=arm-linux-gnueabihf- "Your_board"_defconfig ``` 如果不幸的沒有人設定過該板，則需要自行設定 ```bash= make ARCH=arm CROSS_COMPILE=arm-linux-gnueabihf- menuconfig ``` #### 修改u-boot開機指令修改u-boot開機addr ( 0x60000000 ) ```bash= nano bootloader/u-boot-<VERSION>/include/configs/vexpress_common.h ``` 有些板子可以透過修改uEnv.txt來加載開機指令，但是不是所有板子都支援，可以去搜尋u-boot是否有支援 #### 編譯 u-boot 使用8個cpu核心編譯 u-boot ```bash= make ARCH=arm CROSS_COMPILE=arm-linux-gnueabihf- -j8 ``` 最後拿到 u-boot、u-boot.bin 就可以用來開機了~ 將 u-boot、u-boot.bin 複製進去sd卡的第一分區 ## Kernel ### 選擇 linux kernel 在嵌入式系統中的核心由自己挑選，可以從linux官方取得 https://www.kernel.org/ ```bash= # 下載 linux kernel wget https://cdn.kernel.org/pub/linux/kernel/v4.x/linux-<version>.tar.xz # 解壓縮到 kernel 資料夾 tar xfva linux-<version>.tar.xz -C kernel ``` * mainline : 開發中 * stable : 穩定 * longterm : 長期維護核心中的版本命名為: a.b.c ex: 4.14.241 a.b (4.14) -> 版本號 c (241) -> 修正次數 a 的不同在於新增支援的硬體核心越後面越肥大，因此不是選擇越新越好，修正次數越多，也可以代表bug相對越少。 ### 編譯 linux kernel 編譯 linux kernel 需要先設定 config，但是如果有前人已經做完該板的config，可以直接用如要查詢本機編譯的config，可以在資料夾 /boot 中查詢 ```bash= # 複製本機 config 到編譯環境 cp /boot/config-5.4.0-1041-raspi .config ``` 手動執行核心編譯參數設定: ARCH = arm or arm64 ```bash= make ARCH=arm CROSS_COMPILE=arm-linux-gnueabihf- menuconfig ``` ``` 請執行底下修改，否則之後無法開機： General setup ---> [*] open by fhandle syscalls System Type ---> [ ] Enable the L2x0 outer cache controller -*- Enable the block layer ---> [*] Support for large (2TB+) block devices and files 接著離開核心編譯環境，並儲存參數設定。 ``` --- 編譯核心 ( armhf ) LOADADDR=0x60000000 請指定為"當下開發版"的開機位置 -j 8 指定使用8個cpu核心去編譯可以在前方加入 time 指令，取得編譯持間 ```bash= make ARCH=arm CROSS_COMPILE=arm-linux-gnueabihf- uImage LOADADDR=0x60000000 -j 8 # or make ARCH=arm64 CROSS_COMPILE=aarch64-linux-gnu- uImage LOADADDR=0x60000000 -j 8 # make ARCH=arm CROSS_COMPILE=arm-linux-gnueabihf- dtbs modules -j 8 ``` 編譯核心模組 ```bash= # Compile Kernel Modules time make -s ARCH=arm CROSS_COMPILE=arm-linux-gnueabihf- modules -j $CPU_CORE # Install Kernel Modules time make -s ARCH=arm CROSS_COMPILE=arm-linux-gnueabihf- modules_install INSTALL_MOD_PATH=../modules/ -j $CPU_CORE ``` 最後可以在 linux-<version>/arch/arm/boot 看到 uImage 的檔案即是我們的Linux kernel image 再將 uImage 複製進去sd卡的第一分區如果在 make 時發生 no rule 問題，可以透過以下指令查看內容是否有變化: ```bash= make help ``` ## rootfs 系統只有核心沒有檔案系統(根目錄)無法執行，因此要建立檔案系統給核心用。 ### Debian 安裝 debootstrap debootstrap為我們用來建立檔案系統的工具 ```bash= apt-get install debootstrap ``` #### 建立檔案系統( rootfs ) ```bash= debootstrap \ --arch=armhf \ # 指定cpu架構 --keyring=/usr/share/keyrings/debian-archive-keyring.gpg \ # 數位簽章位置 --verbose \ # 看到log --foreign \ # 非 386 amd64 架構 buster \ # 指定buster版本 ( Debian ) /mnt/sdcard2 \ # 安裝檔案系統的目錄( sd卡第二分區 ) # file:///home/ftp/debian # 抓取package的來源，可指定速度快的鏡像站 ``` #### 進行檔案系統的設定與安裝 ```bash= # 切換至安裝的檔案系統 chroot /mnt/sdcard2 /bin/bash # 安裝檔案系統 /debootstrap/debootstrap --second-stage # 編輯 host name cd /etc nano hostname # "YOUR_HOSTNAME" # 建立 root 密碼為 linux echo root:linux | chpasswd # 建立使用者以及設定密碼 useradd "YOUR_NAME" echo "YOUR_NAME":"YOUR_PASSWORD" | chpasswd ``` 也可以將rootfs建立在本機，然後再將目錄rsync進去SD卡 ```bash= rsync -av rootfs/ /mnt/sdcard2 --delete ``` #### 修改rootfs (瘦身) ```bash= sudo apt-get clean # 危險慎用!!! sudo rm -f /var/lib/apt/lists/* # apt install 的資料 sudo rm -rf /usr/share/doc/* # 說明文件 sudo rm -rf /usr/share/local/* # 語系文件刪掉後只剩英文 sudo rm -rf /usr/share/man/* # 線上說明文件 sudo rm -rf /usr/share/zoneinfo/* # 時區文件 ``` --- ### Busybox http://fichugh.blogspot.com/2017/04/step-by-step.html --- ### Buildroot 從官往下載壓縮包：https://buildroot.org/download.html ```bash= wget https://buildroot.org/downloads/buildroot-2021.05.tar.gz # 解壓縮 tar xvf buildroot-2021.05.tar.gz cd buildroot-2021.05.tar.gz/ make menuconfig ``` 配置文件 ```bash= Target options ---> Target Architecture Variant (arm926t) ---> // arm926ejs架构 [ ] Enable VFP extension support // Nano 没有 VFP单元，勾选会导致某些应用无法运行 Target ABI (EABI) ---> Floating point strategy (Soft float) ---> // 软浮点 System configuration ---> (Lichee Pi) System hostname // hostname (licheepi) Root password // 默认账户为root 密码为licheepi [*] remount root filesystem read-write during boot // 启动时重新挂在文件系统使其可读写 ``` 編譯buildroot ```bash= # buildroot第一次編譯需要下載套件包會比較久 (buildroot不支援多線程編譯) make ``` 編譯完成的 image 文件會在 buildroot-2021.05/output/images/rootfs.tar 將 image 文件解壓到SD卡根目錄分區即可檢查 /etc/inittab 有沒有啟動串口 ```bash= ttyS0::respawn:/sbin/getty -L ttyS0 115200 vt100 # GENERIC_SERIAL // 串口登录使能 ``` 如果掛載權限有問題 ```bash= cd rootfs/bin ll # 如果看到busybox權限有s : -rwsr-xr-x busybox chmod a-s busybox ``` http://fichugh.blogspot.com/2016/02/buildroot-study.html https://www.cnblogs.com/arnoldlu/p/9553995.html ## Device Tree (待續) [Device Tree中的.dts和dtsi文件介绍](https://blog.csdn.net/gxlzyt123456/article/details/55209829) [Day 8：Device Tree (Part 1)](https://ithelp.ithome.com.tw/articles/10242811) ## Final 此時在 SD 卡中有兩個分區: 1. uImage、boot.bin、boot : 作為嵌入式Linux的開機與系統磁區 2. rootfs : 作業系統使用的檔案系統此時的SD卡就能讓我們的硬體開機與開發嵌入式系統的應用了。 ## Ref: https://www.youtube.com/playlist?list=PLdrYbn8q6soONlL-aEc9b8bKeAtgK0VmB http://pominglee.blogspot.com/p/linux.html http://pominglee.blogspot.com/p/linux_9.html https://www.itread01.com/content/1550311562.html https://blog.csdn.net/u011847345/article/details/110727472 https://harmonyos.51cto.com/posts/2907 https://www.gushiciku.cn/pl/gNHI/zh-tw https://forums.xilinx.com/t5/Embedded-Linux/Building-and-deploying-u-boot-on-the-ZCU102/td-p/802328 [Device Tree中的.dts和dtsi文件介绍](https://blog.csdn.net/gxlzyt123456/article/details/55209829) [Day 8：Device Tree (Part 1)](https://ithelp.ithome.com.tw/articles/10242811) [Device Tree 簡介](https://silverwind1982.pixnet.net/blog/post/360681821-device-tree-%E7%B0%A1%E4%BB%8B) https://bootlin.com/pub/conferences/2013/elce/petazzoni-device-tree-dummies/petazzoni-device-tree-dummies.pdf [LINUX系统移植（史上最全最细，强烈推荐）](https://blog.csdn.net/iteye_17686/article/details/82270803?utm_medium=distribute.pc_relevant.none-task-blog-2~default~baidujs_baidulandingword~default-0.searchformbaiduhighlight&spm=1001.2101.3001.4242) ## Question: 1. 即便是不同廠商出的cpu，只要是ARM架構，都能用相同架構的cross compiler編譯？ :::success 能使用相同的cross compiler編譯 ::: 2. 在MCU中，除了ARM內核相同還有其他的peripheral需要撰寫config。在ARM cortex-A中要使用peripheral所撰寫的device tree source(dts file)，例如CPU本身提供的SPI，是否要依照不同的CPU做處理？ :::success 是，要依照不同CPU處理driver。 :::

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