[置顶] 泰晓 RISC-V 实验箱,配套 30+ 讲嵌入式 Linux 系统开发公开课
[置顶] Linux Lab v1.4 升级部分内核到 v6.10,新增泰晓 RISC-V 实验箱支持,新增最小化内核配置支持大幅提升内核编译速度,在单终端内新增多窗口调试功能等Linux Lab 发布 v1.4 正式版,升级部分内核到 v6.10,新增泰晓实验箱支持
[置顶] 泰晓社区近日发布了一款儿童益智版 Linux 系统盘,集成了数十个教育类与益智游戏类开源软件国内首个儿童 Linux 系统来了,既可打字编程学习数理化,还能下棋研究数独提升智力
Linux Lab 新开发板添加指南
如何成为 Linux Lab Developer
By Falcon of TinyLab.org Jun 11, 2019
背景
陆陆续续有很多同学对 Linux Lab 本身的实现原理很感兴趣,目前有十多位同学希望成为 Linux Lab Developer,但是之前这块的资料比较匮乏,也没来得及整理。在 Linux Lab v0.1 rc1 发布之后,我们终于有时间开始撰写这些材料。
简介
Linux Lab 是一套极速的 Linux 内核学习、开发和测试环境。它本身不是操作系统,也不是什么发行版,只是一套工具集,或者说是一个学习 Linux 内核的“实验室”,而且这套实验室里的很多工具都是已经准备好的,可以立即上手做实验,不需要做大量繁杂的准备工作。
组织架构
Linux Lab 由三大组件构成:
Cloud Lab:基于 Docker 构建的实验环境,包含 Linux 内核实验所需的 Qemu虚拟机、工具链、编辑器等,并提供了本地和远程的 ssh/vnc 登陆方式。
Linux Lab:Linux 内核实验相关的配置工具、脚本、patch 等,也是 Linux Lab 的核心模块。
板级 BSP:含内核、文件系统、Uboot 等配置文件,预编译好的内核、文件系统以及实验环境中未支持的新版 Qemu、更新的工具链,代码补丁等。
目录结构
$ tree -L 1 ./linux-lab
./linux-lab
├── Makefile -- 核心 Makefile,会包含开发板目录中各板级 Makefile
├── boards -- 开发板管理目录
├── qemu -- qemu submodule,虚拟机源代码
├── buildroot -- buildroot submodule,buildroot 源代码
├── linux-stable -- linux-stable sbumodule,Linux Stable 源代码
├── u-boot -- u-boot submodule, Uboot 源代码
├── prebuilt -- prebuit submodule,预编译好的文件所在目录
├── COPYING -- 版权声明
├── doc -- 综合性文档
├── examples -- 实践案例,含汇编、Shell、Makefile 等
├── modules -- 内核模块管理目录,用于管理各种内核模块学习案例
├── feature -- 内核特性管理目录,含相关的配置、patch、环境需求
├── hostshare -- 9pnet 共享协议默认共享目录,可通过 SHARE_DIR 修改
├── logging -- 测试结果保存的路径
├── output -- 所有构建的部分都在这里
├── patch -- 用于管理共性的各种 patchset
├── system -- 用于扩展 guest 系统,用于添加测试、共享、网络配置等能力
├── tools -- 各种辅助脚本和工具,主要是跑在本地
├── tftpboot -- 用于 U-boot 加载镜像的 tftpboot 默认路径
├── README.md -- 详细使用文档
├── TODO.md -- Linux Lab 未来计划加入的功能,部分已经完成但是还未删除
└── VERSION -- 版本号
板子目录
$ tree boards/ -L 1
boards/
├── aarch64 -- ARM 64
├── arm -- ARM 32
├── mipsel -- mips 32
├── ppc -- ppc 32
├── riscv32 -- riscv 32
├── riscv64 -- riscv 64
├── i386 -- X86 32
└── x86_64 -- x86 64
$ tree boards/arm/ -L 2
boards/arm/
├── versatilepb
│ ├── bsp -- 板级目录,以子仓库存在
│ │ ├── README.md -- 说明文档
│ │ ├── boot.sh -- 启动脚本
│ │ ├── kernel -- 内核预编译镜像,含kernel, dtb 等
│ │ ├── qemu -- qemu system 和 qemu user static
│ │ ├── root -- 用 buildroot 预编译好的 mini rootfs
│ │ ├── uboot -- uboot 镜像
│ │ └── configs -- 以下为验证过的配置文件,含buildroot, linux 和 uboot
│ └── Makefile
└── vexpress-a9
├── bsp
│ ├── README.md
│ ├── boot.sh
│ ├── kernel
│ ├── qemu
│ ├── root
│ ├── uboot
│ └── configs
└── Makefile
Prebuilt 目录
$ tree prebuilt/ -L 2
prebuilt/
├── README.md
├── fullroot -- 用于存放/构建发布为 docker image 的全功能文件系统
│ ├── build -- 存放构建用的 Dockerfile
│ └── README.md
├── kernel -- 已经废弃,相关目录已经转到板级 bsp 子仓库
│ └── README.md
├── qemu -- 目前仅用于存放临时编译多个架构的 qemu,编译脚本见 tools/qemu/build.sh
│ ├── README.md
│ └── v4.0.0 -- 本地编译某个版本后的目录效果
├── root -- 已经废弃,相关目录已经转到板级 bsp 子仓库
│ └── README.md
├── toolchains -- 存放交叉编译工具的下载和解压脚本以及解压后的临时目录
│ ├── aarch64
│ ├── arm
│ ├── i386
│ ├── riscv64
│ └── x86_64
└── uboot -- 已经废弃,相关目录已经转到板级 bsp 子仓库
└── README.md
选择处理器架构
以 risc-v 的 64 位版本为例:
$ mkdir boards/riscv64/
选择一款开发板
在 Qemu Documentation Platforms 下可以找到 Risc-V 的基本支持信息。
另外在 Buildroot 的 board/qemu 下可以找到支持的板子信息,包括内核配置以及 qemu 启动脚本,在 configs/ 下则有相应的 rootfs 配置信息。
综合两个信息,可以选择一款能够快速支持的板子,那就是 riscv64/virt。
$ mkdir -p boards/riscv64/virt
$ mkdir -p boards/riscv64/virt/bsp
可立即复用的参考资料有:
- buildroot: board/qemu/riscv64-virt/
- buildroot: configs/qemu_riscv64_virt_defconfig
准备一个极简的板子配置文件
可以基于最相近的板子复制一份配置文件,这里可以把 aarch64/virt 作为模板:
$ cp boards/aarch64/virt/Makefile boards/riscv64/virt/
然后修改几项基本配置:
ARCH = riscv
XARCH = riscv64
其他的保持不变,暂时不管即可。
配置和编译 Qemu
由于 Risc-V 是近几年才冒出来然后飞速发展的处理器架构,所以老版本的 Qemu 根本就不支持,所以需要自行编译。Linux Lab 为此提供了极度便利的支持。
为了获取尽可能最多的特性,这里选择最新的版本 v4.0.0,在板子 Makefile 中把 QEMU 配置为 v4.0.0。
QEMU ?= v4.0.0
需要分别编译 qemu-system-XARCH 和 qemu-XARCH-static,前者为全系统模拟(平时使用),后者为指令集翻译(学习汇编,通过chroot使用文件系统时需要)。首先配置 QEMU_US
为 0 来编译 qemu-system-XARCH,之后配置 QEMU_US
为 1 再编译一遍(QEMU_US
即可 QEMU_USER_STATIC
)。
$ make qemu-download
$ make qemu-checkout
$ make qemu-patch // 打上两笔 patch,目前 v4.0.0 有两处错误,需要打 patch 才能正常配置和编译
$ make qemu-defconfig
$ make qemu
$ make qemu-save
编译完即时保存,并 clean 掉,然后修改 Makefile 中的 QEMU_US
为 1,再配置和编译就可以编译出 qemu-XARCH-static。两者不能同时编译,因为 qemu-system-XARCH 暂时不能静态编译,会出错。
$ make qemu-clean
$ make qemu-defconfig
$ make qemu
$ make qemu-save
请务必记得做完 make qemu-save
再 make qemu-clean
,确保编译完的已经安装到 boards/riscv64/virt/bsp
目录下。
编译完 Qemu 以后可以查看其支持的板子信息。
$ ./boards/riscv64/virt/bsp/qemu/v4.0.0/bin/qemu-system-riscv64 -M ?
Supported machines are:
none empty machine
sifive_e RISC-V Board compatible with SiFive E SDK
sifive_u RISC-V Board compatible with SiFive U SDK
spike_v1.10 RISC-V Spike Board (Privileged ISA v1.10) (default)
spike_v1.9.1 RISC-V Spike Board (Privileged ISA v1.9.1)
virt RISC-V VirtIO Board (Privileged ISA v1.10)
可以看到 riscv64/virt
支持 Privileged ISA v1.10,查看该板子下支持的 CPU 类型:
$ ./boards/riscv64/virt/bsp/qemu/v4.0.0/bin/qemu-system-riscv64 -M virt -cpu ?
any
rv64gcsu-v1.10.0
rv64gcsu-v1.9.1
rv64imacu-nommu
sifive-e51
sifive-u54
由于现有的基础资料都显示 qemu 启动脚本无需指定特定的 cpu,在板子 Makefile 中配置 CPU 为 any 即可。
CPU ?= any
配置和编译 Rootfs
接下来很关键的一项是通过 buildroot 编译文件系统,编译完成后会生成一份交叉编译工具链,这份工具链可以用来编译后面的内核,另外,为了提升移植的效率,避免遇到过多陷阱,起初可以完全复用 buildroot 的配置文件:configs/qemu_riscv64_virt_defconfig
。
另外,同样地,为了确保拿到最新的 Risc-V 支持,选择当前最新的一版 buildroot,即:2019.05,配置板子 Makefile 如下:
BUILDROOT ?= 2019.05
之后,直接配置和编译 rootfs:
$ make root-download
$ make root-checkout
$ make root-defconfig RCFG=qemu_riscv64_virt_defconfig
$ make root
编译完以后,会在 output/riscv64/buildroot-2019.05-virt/images
目录下生成相应的镜像文件:
$ tree output/riscv64/buildroot-2019.05-virt/images/
output/riscv64/buildroot-2019.05-virt/images/
├── fw_jump.elf -- riscv 特有的 proxy kernel,用于切换处理器模式并加载真正的内核
├── Image -- 内核镜像文件
├── rootfs.ext2 -- 根文件系统镜像, ext2 格式
└── vmlinux -- 带符号的内核镜像文件
之后,可以立马参考 board/qemu/riscv64-virt/readme.txt 中的 qemu 脚本做启动验证。
$ ./boards/riscv64/virt/bsp/qemu/v4.0.0/bin/qemu-system-riscv64 -M virt -kernel output/riscv64/buildroot-2019.05-virt/images/fw_jump.elf -device loader,file=output/riscv64/buildroot-2019.05-virt/images/Image,addr=0x80200000 -drive file=output/riscv64/buildroot-2019.05-virt/images/rootfs.ext2,format=raw,id=hd0 -device virtio-blk-device,drive=hd0 -nographic -append "root=/dev/vda ro"
引导正常,立即保存编译好的文件系统、proxy kernel 以及配置文件,保存之前先在板子 Makefile 中对 proxy kernel 做个配置(目前只要 riscv 需要):
PORIIMG ?= fw_jump.elf
PKIMAGE ?= $(BSP_KERNEL)/$(LINUX)/$(PORIIMG)
接着保存即可:
$ make root-save
$ make root-saveconfig
会自动生成一份 boards/riscv64/virt/bsp/configs/buildroot_2019.05_defconfig
,在这个基础上增加几个基础配置:
# System
BR2_WGET="wget -c --passive-ftp -nd -t 3"
# Filesystem
BR2_TARGET_GENERIC_HOSTNAME="linux-lab"
BR2_TARGET_GENERIC_ISSUE="Welcome to Linux Lab"
BR2_PACKAGE_BUSYBOX_SHOW_OTHERS=y
BR2_PACKAGE_BASH=y
BR2_TARGET_ROOTFS_CPIO=y
BR2_TARGET_ROOTFS_CPIO_GZIP=y
另外,Kernel 相关的编译配置只要保留头文件,无需编译内核,内核可以独立配置。
Buildroot 生成的交叉编译工具链放在 output/riscv64/buildroot-2019.05-virt/host/bin/
。Linux Lab 会默认引用该工具链。
说明:这里的 RCFG 和后面的 KCFG,都只需要在首次配置时使用,不指定的时候就会用板子目录下默认的配置。
配置和编译 Linux
接下来编译内核,首先在板子 Makefile 中配置内核为最新的 v5.1,并配置好基本的参数:
LINUX ?= v5.1
KRN_ADDR ?= 0x80200000
ORIIMG ?= arch/$(ARCH)/boot/Image
KIMAGE ?= $(BSP_KERNEL)/$(LINUX)/Image
接着开始下载、配置和编译:
$ make kernel-download
$ make kernel-defconfig KCFG=defconfig
$ make kernel
$ make kernel-save
$ make kernel-saveconfig
编译完以后,立马验证:
$ ./boards/riscv64/virt/bsp/qemu/v4.0.0/bin/qemu-system-riscv64 -M virt -kernel output/riscv64/buildroot-2019.05-virt/images/fw_jump.elf -device loader,file=output/riscv64/linux-v5.1-virt/arch/riscv/boot/Image,addr=0x80200000 -drive file=output/riscv64/buildroot-2019.05-virt/images/rootfs.ext2,format=raw,id=hd0 -device virtio-blk-device,drive=hd0 -nographic -append "root=/dev/vda ro"
接着就是根据 Linux Lab 的需要进行更细粒度的内核配置,后续这部分可以完全通过 make feature
完成,目前只完成了一部分,比如 9pnet、debug 等。
$ make f f=9pnet,debug
更多特性请通过 menuconfig 添加,比如 nfsroot, devtmpfs, virtio 网络等配置:
$ make kernel-menuconfig
具体配置请以已经上传的各大板子内核配置为准,上述公共特性基本都支持。配置完以后即可进行启动验证,没问题就再次保存。
$ make kernel-save
$ make kernel-saveconfig
配置和编译 Uboot
TODO
准备外置 Toolchain
由于 buildroot 编译生成的工具链略大,也没有合适的地方上传,这里选择一个更轻的方式,那就是直接复用 sifive 官网提供的最新版工具链,只要在 prebuilt/toolchains/riscv64/
下面新增一个 Makefile 和 README.md 即可,可参考 aarch64/virt 进行配置。
配置完以后在板子配置文件中指定板子:
# To use this prebuilt toolchain, please run `make toolchain` before `make kernel`
CCPRE ?= $(XARCH)-unknown-elf-
CCVER ?= 8.2.0-2019.02.0
CCPATH ?= $(PREBUILT_TOOLCHAINS)/$(XARCH)/riscv64-unknown-elf-gcc-$(CCVER)-x86_64-linux-ubuntu14/bin/
使用的时候,先执行如下命令自动下载和解压 toolchain,之后就可以默认使用:
$ make toolchain
各种组合的启动测试与验证
上面是直接通过 qemu 脚本进行启动验证,接下来很重要的是需要通过 make boot
启动,这意味着 make boot
需要自动根据板子 Makefile 自动构建上述 qemu 启动脚本。
正常情况下配置完上述板子,即可执行 make boot
,但是 risc-v 需要对 -kernel
参数做个 workaround,所以在主 Makefile 中,追加了这么一个判断:
# If proxy kernel exists, hack the default -kernel option
ifneq ($(PORIIMG),)
KERNEL_OPT ?= -kernel $(PKIMAGE) --device loader,file=$(KIMAGE),addr=$(KRN_ADDR)
else
KERNEL_OPT ?= -kernel $(KIMAGE)
endif
有配置 Proxy kernel (PORIIMG)的情况下,-kernel
指向 proxy kernel,然后通过 loader device 加载真正的内核。
然后即可用 make boot
验证。
$ make boot
另外,也建议调整 ROOTDEV
来以不同方式加载文件系统:/dev/ram
, /dev/vda
, /dev/nfs
等。还可以传递 SHARE=1
验证 9pnet sharin 等,更多基础用法请参照 README.md,请务必确保做足充分的验证,确保 README.md 中的核心内容都是可以完美工作的。
保存配置文件
再次确认各大配置文件已经保存:
$ make root-saveconfig
$ make kernel-saveconfig
保存各大镜像
再次确认各大配置文件已经保存:
$ make root-save
$ make kernel-save
$ make qemu-save
代码入库前验证
下面这条命令对 prebuilt 的各大镜像进行测试。
$ tools/testing/boot.sh riscv64/virt
提交代码入库
之后,把板级目录 boards/riscv64/virt/
中的 Makefile 的相关变更提交进 Linux Lab 仓库。
而 prebuilt 相关的配置文件、镜像都请提交进板子所属的 bsp 目录下,以独立仓库提交,例如:riscv64/virt bsp,并作为子仓库加入 Linux Lab。
$ git submodule add https://gitee.com/tinylab/qemu-riscv64-virt.git boards/riscv64/virt/bsp
然后把相应仓库和修改发送 Pull Request 提交到相应上游仓库和组织。
至此,一款新的板子开发完成。
猜你喜欢:
- 我要投稿:发表原创技术文章,收获福利、挚友与行业影响力
- 知识星球:独家 Linux 实战经验与技巧,订阅「Linux知识星球」
- 视频频道:泰晓学院,B 站,发布各类 Linux 视频课
- 开源小店:欢迎光临泰晓科技自营店,购物支持泰晓原创
- 技术交流:Linux 用户技术交流微信群,联系微信号:tinylab
支付宝打赏 ¥9.68元 | 微信打赏 ¥9.68元 | |
请作者喝杯咖啡吧 |
Read Album:
- Linux Lab 发布 v0.7 正式版,新增 Linux Lab 实验盘,一分钟内即可开展内核实验
- Linux Lab 真盘开发日志(6):体验内存编译的用法和好处
- Linux Lab 真盘开发日志(5):体验透明压缩带来的可用容量翻倍效果
- Linux Lab 真盘开发日志(4):在台式机、笔记本和 macBook 上即插即用
- Linux Lab 真盘开发日志(3):在 Linux 下直接启动 Linux Lab Disk,当双系统使用