arm系統移植

- 1. 流程
- 2. 概念
- - 2.1 設備樹
  - 2.2 根文件系統
  - 2.3 文件說明
- 3. 交叉編譯鏈
- - 3.1 作用
  - 3.2 在linux下配置
- 4. tftp
- - 4.1 作用
  - 4.2 安裝過程
- 5. nfs
- - 5.1 作用
  - 5.2 安裝過程
- 6. 配置開發板
- 7. linux下的uboot鏡像燒寫到SD卡中
- - 7.1 生成uboot二進制文件，二進制文件就是裸機程序。
  - 7.2 合成最終的uboot
  - 7.3 通過dd命令把u-boot-iTOP-4412.bin燒寫到SD卡中
- 8. 制作linux根文件系統
- - 8.1 busybox
  - 8.2 需要配置的軟件環境
  - 8.3 配置busybox選項并編譯
  - 8.4 制作根文件系統

1. 流程

在SD卡內燒寫uboot，然后設置開發板，通過tftp把uimage和exynos.dtb下載到開發板，通過nfs掛載根文件系統。即可以在開發板上先啟動uboot，然后在模擬linux環境。或者可以自由制作uboot和rootfs根文件系統。

2. 概念

2.1 設備樹

Linux內核從3.x開始引入設備樹的概念，用于實現驅動代碼與設備信息相分離。在設備樹出現以前，所有關于設備的具體信息都要寫在驅動里，一旦外圍設備變化，驅動代碼就要重寫。引入了設備樹之后，驅動代碼只負責處理驅動的邏輯，而關于設備的具體信息存放到設備樹文件中，這樣，如果只是硬件接口信息的變化而沒有驅動邏輯的變化，驅動開發者只需要修改設備樹文件信息，不需要改寫驅動代碼。比如在ARM Linux內，一個.dts(device tree source)文件對應一個ARM的machine，一般放置在內核的"arch/arm/boot/dts/“目錄內，比如exynos4412參考板的板級設備樹文件就是"arch/arm/boot/dts/exynos4412-origen.dts”。這個文件可以通過$make dtbs命令編譯成二進制的.dtb文件供內核驅動使用。

2.2 根文件系統

根文件系統（root filesystem）是運行Linux系統所必須的各種工具軟件、庫文件、腳本、配置文件的一種特殊的文件目錄結構。Linux內核要啟動后要掛載一個文件系統才能運行。

2.3 文件說明

1.uImage : 編譯好的Linux內核文件，它是專門給u-boot提供的，u-boot是用來引導linux的一個系統。

2.exynos4412-itop-elite.dtb：編譯好的設備樹文件，設備樹中描述了硬件信息，如LED信息，網卡信息DM9606等等。

3.rootfs.tar.gz : 這是文件系統，Linux內核要運行必須掛載一個文件系統。

3. 交叉編譯鏈

3.1 作用

ubuntu為x86環境，交叉編譯鏈的作用是在x86的環境下模擬通過arm編譯。

3.2 在linux下配置

gcc-arm-8.3.tar.gz 放到 /opt目錄下

sudo mv gcc-arm-8.3.tar.gz /opt

解壓

sudo tar zxvf gcc-arm-8.3.tar.gz

解壓后在 /opt 目錄下會出現
gcc-arm-8.3-2019.03-x86_64-arm-linux-gnueabihf
編輯環境變量加載文件

sudo vim /etc/profile#在文件尾部添加下面兩行
export ARM_PATH=/opt/gcc-arm-8.3-2019.03-x86_64-arm-linux-gnueabihf/bin
export PATH=${PATH}:${ARM_PATH}

使 /etc/profile 生效：在控制終端運行 source /etc/profile
測試交叉編譯工具鏈有沒有安裝成功

在控制終端 輸入 arm-linux-gnueabihf-gcc -v

7.若以上方法無法找到arm-linux-gnueabihf-gcc命令(可選)
vim ~/.bashrc .bashrc文件是在你的用戶根目錄下，即在/home/<用戶名>目錄下
在.bashrc末尾添加

export ARM_PATH=/opt/gcc-arm-8.3-2019.03-x86_64-arm-linux-gnueabihf/bin
export PATH=${PATH}:${ARM_PATH}

4. tftp

4.1 作用

（在這里的作用）把uimage和exynos.dtb下載到開發板

4.2 安裝過程

1.安裝tftp服務器及客戶端

sudo apt-get install tftpd-hpa tftp-hpa

2.在 /home/[用戶名]/路徑下創建一個文件夾: tftpboot

mkdir ~/tftpboot

3.修改tftp的配置文件

sudo vi /etc/default/tftpd-hpaTFTP_USERNAME="tftp"
TFTP_DIRECTORY="/home/[用戶名]/tftpboot"
TFTP_ADDRESS="0.0.0.0:69"
TFTP_OPTIONS="-c -s -l"

4.重啟tftp服務器

sudo systemctl restart tftpd-hpa.service

5.啟動成功
在這里插入圖片描述
6.上傳/下載文件測試
<1>上傳文件到tftp服務器
在任意一個目錄新建一個文件a.txt，并向其中寫入任意內容，然后執行下面的命令

tftp 127.0.0.1
tftp> put a.txttftp配置文件 sudo vi /etc/default/tftpd-hpa 中的OPTIONS里要加上-c，才能新建文件
修改 /home/[用戶名]/tftpboot  文件夾權限為777

<2>開發板測試tftp服務器功能
從開發板上傳文件到tftp服務器目錄：

tftp 192.168.101.242 -p -l new_file.txt

從tftp服務器目錄下載文件到開發板：

tftp 192.168.101.242 -g -r a.txt

測試從tftp服務器下載文件:

tftp 127.0.0.1
tftp> get a.txt

將uImage 和 exynos4412-itop-elite.dtb放在tftp服務器的配置目錄下，如tftpboot目錄下。

5. nfs

5.1 作用

在linux運行起來后，掛載根文件系統。linux內核在運行時支持通過網絡掛載另一網絡地址上的文件系統。將pc機上的目錄共享給開發板使用，提高開發效率。

5.2 安裝過程

1.在/home/[用戶名]/目錄下創建一個文件夾nfs，將根文件系統的壓縮包rootfs.tar.gz拷貝至/home/[用戶名]/nfs目錄下，然后解壓。解壓后生成一個目錄rootfs，然后修改rootfs權限。

mkdir ~/nfs
cp rootfs.tar.gz ~/nfs
cd nfs
tar -zxvf rootfs.tar.gz
chmod 777 rootfs

2.重新安裝nfs服務器

sudo apt-get install nfs-kernel-server

3.配置NFS服務器

sudo vim /etc/exports在最末尾添加：
/home/[用戶名]/nfs/rootfs *(rw,sync,no_subtree_check,no_root_squash)
選項可以參考 man 5 exports (/etc/exports注釋中提示的)

4.重啟NFS服務器

sudo service nfs-kernel-server restart

5.查看狀態

$ sudo systemctl status nfs-kernel-server.service

6.進行掛載測試

sudo mkdir /mnt/root_nfs 
sudo mount -t nfs localhost:/home/[用戶名]/nfs/rootfs /mnt/root_nfs
ls -l /mnt/root_nfs

7.卸載對rootfs的掛載（可選）

sudo umount /mnt/root_nfs

6. 配置開發板

1.設置開發板的IP地址，開發板通過USB轉串口連接到電腦，通過SecureCRT打開串口，輸入以下命令：

 setenv ipaddr 192.168.xx.xx

2.設置服務器的IP地址，就是虛擬機的地址

setenv serverip 192.168.xx.xx

3.設置網關ip

setenv gatewayip 192.168.101.1

4.設置網絡掩碼

setenv netmask 255.255.255.0

5.設置開發板啟動linux啟動的環境變量，設置從nfs掛載根文件系統

setenv bootargs root=/dev/nfs nfsroot=192.168.107.10:/home/[用戶名]/nfs/rootfs,proto=tcp,nfsvers=3 rw console=ttySAC2,115200n8 init=/linuxrc ip=192.168.107.100:192.168.107.10:192.168.107.1:255.255.255.0::eth0:o

//bootargs 中的ip參數解釋
//bootargs參數由linux內核運行到最后掛載根文件系統時使用
root=/dev/nfs	//使用的網絡文件系統
nfsroot=192.168.x.x   //為虛擬機服務器的ip
nfsroot=192.168.107.10:/home/wyl/nfs/rootfs	//其中/home/wyl/nfs/rootfs 是Ubuntu上rootfs的真實路徑
ip=192.168.x.x:192.168.x.x:192.168.x.1 //第一個ip為開發的ip,第二個是虛擬機的ip, 第三個是網關

6.下載kernel到內存

tftpboot 40008000 uImage
tftpboot 42000000 exynos4412-itop-elite.dtb

7.手動啟動

bootm 40008000 - 42000000

8.如果上面的測試通過的話，可以把2,3中的命令寫到bootcmd環境變量中，以后重啟就是自動執行

setenv bootcmd tftpboot 40008000 uImage\;tftpboot 42000000 exynos4412-itop-elite.dtb\;bootm 40008000 - 42000000

1. 切換到 u-boot 運行環境下，設置以下環境變量
setenv bootcmd tftpboot 40008000 uImage\;tftpboot 42000000 exynos4412-itop-elite.dtb\;bootm 40008000 - 42000000
再用 saveenv 命令保存u-boot下的環境變量，重啟開發板，u-boot倒計時結束 后會自動啟動linux

9.保存

saveenv

10.若開發板掛載根文件系統太慢，則可以在Ubuntu上用ping命令，去ping開發板的IP地址。

7. linux下的uboot鏡像燒寫到SD卡中

7.1 生成uboot二進制文件，二進制文件就是裸機程序。

運行 uboot源碼目錄（uboot_itop4412_2017.11.tar.gz 或 jason412_uboot-2017.11）mkboot子目錄下的腳本程序 build.sh，在uboot/mkboot目錄下輸入 ./build.sh 進行 uboot源碼的編譯，編譯完成后，會生成兩個文件，一個是itop4412-spl.bin，一個是u-boot.bin。

uboot的源碼目錄是指：jason412_uboot-2017.11目錄
itop4412-spl.bin是在 uboot/spl目錄下
u-boot.bin是在 uboot目錄下

腳本程序build.sh會將itop4412-spl.bin文件和u-boot.bin拷貝到 uboot/mkboot目錄下。

7.2 合成最終的uboot

通過命令 cat E4412_N.bl1.bin itop4412-spl.bin env.bin u-boot.bin > u-boot-iTOP-4412.bin

E4412_N.bl1.bin：三星提供的二進制文件。
itop4412-spl.bin ：u-boot編譯生成的。
env.bin :保存的環境變量。
u-boot.bin：編譯uboot生成的。

通過命令cat E4412_N.bl1.bin itop4412-spl.bin env.bin u-boot.bin > u-boot-iTOP-4412.bin把三個二進制文件合成為一個最終的 u-boot-iTOP-4412.bin 。

7.3 通過dd命令把u-boot-iTOP-4412.bin燒寫到SD卡中

sudo dd iflag=dsync oflag=dsync if=u-boot-iTOP-4412.bin of=/dev/sdb seek=1

解析：
sudo是超級用戶權限
dd 是linux 的命令；
dsync 讀寫數據采用同步IO；所謂同步就是寫入或讀取磁盤會花費時間，同步就是等待讀/寫結束，阻塞式等待。
iflag=dsync 使用iflag來控制讀取數據時的行為特征。
oflag=dsync 使用oflag來控制寫入數據時的行為特征。
if：輸入的文件
of：輸出到哪個設備文件（磁盤文件）,of=/dev/sdb 其中的 /dev/sdb就代表SD卡

因此意思是：使用超級用戶權限把u-boot-iTOP-4412.bin寫入到磁盤sdb上，跳過該設備的第一個塊（block）（每個block的大小為512B）

塊（block）：舉例說明，內存是以字節為單位來訪問的，塊設備，如磁盤（flash，SD卡，emmc）是按照塊大小為單位來訪問的。塊的大小可以理解為內存中的一個存儲單元。

磁盤設備的第一個塊，存儲有磁盤的一些重要信息，一定不能用dd命令去寫。

8. 制作linux根文件系統

8.1 busybox

BusyBox 是一個輕量級的開源工具箱，官網地址是：http://www.busybox.net/，其中包含了許多標準的 Unix 工具，例如 sh、ls、cp、sed、awk、grep 等，同時它也支持大多數關鍵的系統功能，例如自啟動、進程管理、啟動腳本等等。

8.2 需要配置的軟件環境

安裝arm交叉編譯工具鏈 8.3.0
在ubuntu中安裝libncurses5-dev sudo apt install libncurses5-dev

8.3 配置busybox選項并編譯

解壓buxybox壓縮包

tar -jxvf busybox-1.36.1.tar.bz2 //解壓buxybox壓縮包
cd busybox-1.36.1 //會在當前目錄下解壓為一個文件夾，進入

配置編譯選項

make menuconfig ARCH=arm //彈出圖形化界面

一般配置三個選項:

a）編譯器前綴
Settings ---->(arm-linux-gnueabihf-) Cross compiler prefix //添加交叉編譯鏈arm-linux-gnueabihf-b）編譯靜態庫
Settings ---->[*] Build static binary (no shared libs) c）安裝目錄
Settings ---->[*] ( ./_install) Destination path for 'make install'     //./install為rootfs安裝的目錄路徑d）保存后退出

編譯

make ARCH=arm CROSS_COMPILE=arm-linux-guneabihf-

在 busybox-1.36.1目錄下會生成一個busybox可執行文件。運行file busybox，如下：
$ file busybox 確認編譯生成的是 ARM 平臺的（顯示為ELF 32-bit LSB executable, ARM）

安裝

make install

做了什么
至此通過busybox編譯安裝了根文件目錄_install，即rootfs，現在要做的是將根文件目錄放到nfs下

8.4 制作根文件系統

進入busybox install后的安裝目錄并創建所需目錄

cd _install
mkdir dev etc mnt  proc var tmp sys root lib

將工具鏈中的庫拷貝到_install/lib 目錄下

cd lib#從編譯工具鏈中拷貝運行庫到剛制作的根據文件系統的lib下
sudo cp -Parf /opt/gcc-arm-8.3-2019.03-x86_64-arm-linux-gnueabihf/arm-linux-gnueabihf/lib/*  ./
sudo cp -Parf /opt/gcc-arm-8.3-2019.03-x86_64-arm-linux-gnueabihf/arm-linux-gnueabihf/libc/lib/*  ./

刪除靜態庫和共享庫（動態庫）文件中的符號表以減小體積

#在 lib 目錄下,刪除掉靜態庫
rm *.a#裁剪掉調試信息 
arm-linux-gnueabihf-strip ./*

du -mh lib/

應該是7.0MB的大小左右

添加系統啟動文件

cp -rf ~/nfs/rootfs/etc .

拷入成熟的參考配置，將linux內核能成功掛載的rootfs目錄下的etc文件夾拷貝到新制作的rootfs目錄下面。
a) 在etc下添加文件inittab，文件內容如下：

#this is run first except when booting in single-user mode.
::sysinit:/etc/init.d/rcS
# /bin/sh invocations on selected ttys
# Start an "askfirst" shell on the console (whatever that may be)
::respawn:-/bin/sh
# Stuff to do when restarting the init process
::restart:/sbin/init
# Stuff to do before rebooting
::ctrlaltdel:/sbin/reboot

b) 在etc目錄下創建init.d子目錄，并在etc/init.d目錄下添加rcS文件：

#!/bin/sh
PATH=/sbin:/bin:/usr/sbin:/usr/bin
runlevel=S
prevlevel=N
umask 022
export PATH runlevel prevlevel
mount -a
echo /sbin/mdev>/proc/sys/kernel/hotplug
mdev -s
mount -o remount,rw /

c) 更改rcS的權限

chmod a+x _install/etc/init.d/rcS

d) 修改以可讀可寫方式掛載文件系統Readonly file system

vim  rootfs/etc/init.d/rcS

e) 在文件末尾添加以下內容

mount -o remount,rw /

f) 在etc下添加文件fstab，文件內容如下

#device     mount-point      type       options         dump     fsck order
proc	       /proc                proc       defaults             0               0
tmpfs        /tmp             tmpfs      defaults         0           0
sysfs          /sys              sysfs       defaults         0           0
tmpfs       /dev             tmpfs      defaults          0           0

支持掛載proc, sysfs, tmpfs文件的內核配置

這里我們掛載的文件系統有三個proc、sysfs和tmpfs。在內核中proc和sysfs默認都支持，而tmpfs是沒有支持的，我們需要添加tmpfs的支持。
進入linux-4.14.12內核源碼根目錄，修改Linux內核配置并重新編譯：

$ make menuconfig
File systems --->Pseudo filesystems --->[*] Tmpfs virtual memory file system support (former shm fs)[*] Tmpfs POSIX Access Control Lists

在Linux內核源碼根目錄下，重新編譯內核

make ARCH=arm CROSS_COMPILE=arm-linux-gnueabihf- LOADADDR=0x40008000 uImage

在rootfs目錄下的etc目錄下添加profile文件，文件內容為

#!/bin/sh
export HOSTNAME=i4412
export USER=root
export HOME=root
export PS1="[$USER@$HOSTNAME \W]\# "
PATH=/bin:/sbin:/usr/bin:/usr/sbin
LD_LIBRARY_PATH=/lib:/usr/lib:$LD_LIBRARY_PATH
export PATH  LD_LIBRARY_PATH

重要：新制作的文件系統尺寸若超出8M，刪除不需要的庫文件
9. 創建設備文件

在根文件系統的根目錄執行以下命令

#在根文件系統的dev目錄一創建一個console設備文件
sudo mknod dev/console c 5 1#在根文件系統的dev目錄一創建一個null設備文件
sudo mknod dev/null c 1 3

測試：看新的根文件系統能否正常掛載到開發板

#把原有的根文件系統備份一下
linux@linux:~/busybox-1.22.1  $ mv  ~/nfs/rootfs /nfs/rootfs.ok把新的根文件系統拷貝過去（改名rootfs）
linux@linux:~/busybox-1.22.1$ sudo cp -arf _install  ~/nfs/rootfs