Cubieboard2（四）系統構建 —— 基於 mainline 詳情 - linux,linux-kernel 送南陽馬生序博客

1 環境準備

1.1 編譯環境準備

1）配置編譯環境的幾大要素：
- （1）OS 平台選擇基於微軟的 WSL（Windows Subsystem for Linux）的 Ubuntu 22.04（見其它文章）；
- （2）讀卡器+內存卡識別採用 usbipd（見其它文章）；
- （3）交叉編譯工具鏈採用 arm-linux-gnueabihf-gcc；

2）WSL 和 usbipd 見其它文章，這裏僅記錄交叉編譯工具鏈的配置：

# 安裝其它工具庫
apt-get install build-essential libncurses5-dev u-boot-tools qemu-user-static \
              debootstrap git binfmt-support libusb-1.0-0-dev pkg-config

# （1）卸載原來的工具鏈
apt-get remove gcc-arm-linux-gnueabi*

# （2）下載工具鏈（可任選一個下載）
wget https://releases.linaro.org/components/toolchain/binaries/4.9-2017.01/arm-linux-gnueabihf/gcc-linaro-4.9.4-2017.01-x86_64_arm-linux-gnueabihf.tar.xz
wget https://releases.linaro.org/components/toolchain/binaries/5.5-2017.10/arm-linux-gnueabihf/gcc-linaro-5.5.0-2017.10-x86_64_arm-linux-gnueabihf.tar.xz
wget https://releases.linaro.org/components/toolchain/binaries/6.5-2018.12/arm-linux-gnueabihf/gcc-linaro-6.5.0-2018.12-x86_64_arm-linux-gnueabihf.tar.xz
wget https://releases.linaro.org/components/toolchain/binaries/7.5-2019.12/arm-linux-gnueabihf/gcc-linaro-7.5.0-2019.12-x86_64_arm-linux-gnueabihf.tar.xz
# （3）解壓
mkdir /usr/local/arm
tar -xvf gcc-linaro-4.9.4-2017.01-x86_64_arm-linux-gnueabihf.tar.xz -C /usr/local/arm
tar -xvf gcc-linaro-5.5.0-2017.10-x86_64_arm-linux-gnueabihf.tar.xz -C /usr/local/arm
tar -xvf gcc-linaro-6.5.0-2018.12-x86_64_arm-linux-gnueabihf.tar.xz -C /usr/local/arm
tar -xvf gcc-linaro-7.5.0-2019.12-x86_64_arm-linux-gnueabihf.tar.xz -C /usr/local/arm
# （4）配置環境變量，在 /root/.bashrc 文件中添加：
#export PATH=$PATH:gcc-linaro-4.9.4-2017.01-x86_64_arm-linux-gnueabihf/bin
#export PATH=$PATH:gcc-linaro-5.5.0-2017.10-x86_64_arm-linux-gnueabihf/bin
#export PATH=$PATH:gcc-linaro-6.5.0-2018.12-x86_64_arm-linux-gnueabihf/bin
export PATH=$PATH:gcc-linaro-7.5.0-2019.12-x86_64_arm-linux-gnueabihf/bin
# （5）使工具鏈的環境變量生效
cd && source ~/.bashrc

# （6）測試
arm-linux-gnueabihf-gcc -v
Using built-in specs.
COLLECT_GCC=arm-linux-gnueabihf-gcc
......
gcc version 7.5.0 (Linaro GCC 7.5-2019.12)

上面分別列出了 gcc 的 4.9、5.5、6.5、7.5 版本，根據自己要編譯的源碼選擇對應的版本，
比如 linux-sunxi 基於 linux-3.4 所以要選擇 gcc 4.9 版本，而這裏我們要編譯 linux 的
主線版本，所以選擇 gcc 的最新版本 7.5
通過修改 .bashrc 切換 gcc 版本時可能會遇到不生效的情況。原因是 $PATH 的內容會被繼
承，我們可以通過將 /usr/local/arm 下的舊 gcc 換個名字，然後重啓下系統解決。

3）配置結果：

[root@Chris] [2024-09-13 14:44:07] # [~] :
-> cat /etc/os-release
PRETTY_NAME="Ubuntu 22.04.4 LTS"
NAME="Ubuntu"
VERSION_ID="22.04"
VERSION="22.04.4 LTS (Jammy Jellyfish)"
......

[root@Chris] [2024-09-13 14:44:16] # [~] :
-> lsusb
Bus 002 Device 002: ID 067b:2731 Prolific Technology, Inc. USB SD Card Reader

[root@Chris] [2024-09-13 14:44:19] # [~] :
-> lsblk
NAME   MAJ:MIN RM   SIZE RO TYPE MOUNTPOINTS
......
sdd      8:48   1  29.1G  0 disk
├─sdd1   8:49   1    64M  0 part
└─sdd2   8:50   1  29.1G  0 part

[root@Chris] [2024-09-13 14:44:20] # [~] :
-> arm-linux-gnueabihf-gcc -v
Using built-in specs.
COLLECT_GCC=arm-linux-gnueabihf-gcc
......
gcc version 7.5.0 (Linaro GCC 7.5-2019.12)

1.2 主線源碼準備

源碼可以從其官方網站下載壓縮包，但是我更推薦通過 git 倉庫下載。原因有兩個：
一個是方便切換源碼版本；另外就是方便隨時查看修改內、還原錯誤修改。

1.2.1 linux 源碼

1）linux 源碼：3 個倉庫任選其一

# linux 源碼倉庫在 gitlab、github 上由 Linus Torvalds 維護
git clone https://git.kernel.org/pub/scm/linux/kernel/git/torvalds/linux.git
git clone https://github.com/torvalds/linux.git

# 由於 github 連接不穩定等原因，我們可以通過其它方式獲取源碼 —— 由 Gitee 官方
# 提供的 Linux 源碼的鏡像倉庫，每天同步一次。
git clone https://gitee.com/mirrors/Linux.git


# 由於這次編譯主要是為了支持 Tenda 的 aic8800 無線網卡，其支持的內核版本為 V3.10-V6.2，
# 目前（2024.9.13）最新的 v6.1 版本為 v6.1-rc8，所以這裏選擇 v6.1-rc8 版本。

# 查看內核版本分支
git branch -a       # 查看所有分支
git fetch --tags    # 獲取最新標籤
git tag | grep v6   # 查看並篩選標籤名
# 根據標籤創建分支
git checkout tags/v6.1-rc8

# 已經做了修改，又需要在內核源碼分支間切換時，可以使用 git stash，如：
# git stash [save "message"]    # 將未提交的更改保存到暫存區，並指定名稱為 message（可省略）
# git stash pop                 # 恢復暫存區的更改

1.2.2 U-Boot 源碼

1）u-boot 源碼：2 個倉庫任選其一

# 同理，u-boot 源碼也提供兩個倉庫地址，任選一個即可
# github 倉庫
git clone https://github.com/u-boot/u-boot.git
# gitee 鏡像倉庫
git clone https://gitee.com/mirrors/u-boot.git

1.2.3 啓動文件 boot.scr

1）新建 boot.cmd 文件，並輸入以下內容：

setenv stdout serial,hdmi
setenv stderr serial,hdmi
fatload mmc 0 0x46000000 uImage
fatload mmc 0 0x49000000 sun7i-a20-cubieboard2.dtb
setenv bootargs console=ttyS0,115200 rw [earlyprintk] root=/dev/mmcblk0p2 rootwait panic=10 ${extra}
bootm 0x46000000 - 0x49000000

2）在上述內容的設置 bootargs 時，沒有添加 rw，會導致 “Read-only file system” 的錯誤。

3）編譯出 boot.scr：

mkimage -C none -A arm -T script -d boot.cmd boot.scr

1.2.4 根文件系統 rootfs

這裏我們使用 debootstrap 製作從鏡像網站下載的根文件系統包。

1）生成 rootfs：

## man debootstrap ：
 # --no-check-gpg ：Disables checking gpg signatures of retrieved Release files.
 #
 # 從 man 的示例 “debootstrap stretch ./stretch-chroot http://deb.debian.org/debian” 可知：
 # 這裏允許自定義下載源，官方的地址已經不支持 wheezy 版本，這裏通過指定阿里源來指定 debian 版本為 fullseye 或 bookworm
 # 
debootstrap --foreign --no-check-gpg --arch armhf bookworm . http://mirrors.aliyun.com/debian/
debootstrap --foreign --no-check-gpg --arch armhf bullseye . http://mirrors.aliyun.com/debian/

# 如果要製作 ubuntu 根文件系統，則需要指定 ubuntu 的源
debootstrap --foreign --no-check-gpg --arch armhf noble . https://mirrors.aliyun.com/ubuntu-ports/
debootstrap --foreign --no-check-gpg --arch armhf jammy . https://mirrors.aliyun.com/ubuntu-ports/

cp /usr/bin/qemu-arm-static usr/bin/
LC_ALL=C LANGUAGE=C LANG=C chroot . /debootstrap/debootstrap --second-stage

至此，所有的環境我們準備就緒，使用 tree 命令查看一下：

2 內核編譯

2.1 添加 tenda aic8800 驅動（可選）

linux-sunxi 基於 linux-3.4 內核修改，而 Tenda U2 V5.0（基於 aic8800 芯片）支持的 linux 內核版本為 V3.10-V6.2。
嘗試在升級內核後的 Cubieboard2 上安裝 .deb 驅動包，但報錯 linux-headers 問題以及 Invalid module format 問題，因此選擇直接編譯到內核中。

# 複製內核源碼（來自其驅動的 deb 包解壓）
cp ~/aic8800/drivers/aic8800/ -r drivers/net/wireless/

# 打開 drivers/net/wireless/Makefile 文件，添加：
obj-$(CONFIG_AIC_WLAN_SUPPORT) += aic8800/

# 打開 drivers/net/wireless/Kconfig 文件，添加：
source "drivers/net/wireless/aic8800/Kconfig"

查看修改結果：

2.2 編譯 linux 內核

1）以 sunxi_defconfig 為基礎，生成 .config 配置文件：

make ARCH=arm CROSS_COMPILE=arm-linux-gnueabihf- sunxi_defconfig

......
#
# configuration written to .config
#
在 arch/arm/configs/ 目錄下有許多開發板的預定義配置文件，這裏我們選擇 Allwinner Cubieboard2 的 sunxi_defconfig

2）編譯菜單項配置（這是一個需要不斷調試的枯燥工作）：
```
make ARCH=arm CROSS_COMPILE=arm-linux-gnueabihf- menuconfig
```
輸入上述命令後，會彈出編譯菜單項的窗口，根據自己的需求修改。我這裏需要無線網卡 AIC8800、USB 大容量設備（用來接 USB 轉 SSD）等。
*，表示該驅動將作為內核的一部分被編譯進內核映像中，鍵入 “Y” 生效；M，則表示該驅動將作為一個獨立的模塊編譯，並且可以在需要時通過 insmod 或 modprobe 加載，鍵入 “M” 生效；鍵入 “N” 表示不選中。

3）開始編譯（i7-9750 12 核心花費 5 分鐘）：

make -j$(nproc) ARCH=arm CROSS_COMPILE=arm-linux-gnueabihf- zImage dtbs
......
OBJCOPY arch/arm/boot/zImage
Kernel: arch/arm/boot/zImage is ready

# 把 zImage 轉換為 uImage 
cd ~/mainline/linux
mkimage -A arm -O linux -T kernel -C none -a 0x46000000 -e 0x46000000 -n "Linux kernel uImage" -d arch/arm/boot/zImage ../uImage

4）複製 dtc（編譯與反編譯設備樹文件）到 /usr/bin 目錄備用：
```
cp ./scripts/dtc/dtc /usr/bin
```

3 U-Boot 編譯

1）查看 Cubieboard2 配置文件：

2）編譯生成 u-boot-sunxi-with-spl.bin 文件：

make ARCH=arm CROSS_COMPILE=arm-linux-gnueabihf- Cubieboard2_defconfig
make ARCH=arm CROSS_COMPILE=arm-linux-gnueabihf-

......
OBJCOPY spl/u-boot-spl-nodtb.bin
COPY    spl/u-boot-spl.bin
SYM     spl/u-boot-spl.sym
MKIMAGE spl/sunxi-spl.bin
MKIMAGE u-boot.img
COPY    u-boot.dtb
MKIMAGE u-boot-dtb.img
BINMAN  .binman_stamp
OFCHK   .config

4 分區與燒錄

4.1 sdcard 分區

1）讀卡器插入主機後，查看：

[root@Chris] [2024-09-13 18:00:33] # [~] :
-> lsblk
NAME   MAJ:MIN RM   SIZE RO TYPE MOUNTPOINTS
.....
sdd      8:48   1  29.1G  0 disk
└─sdd1   8:49   1  29.1G  0 part

2）創建 DOS 分區表：

3）創建 2 個分區：

4）格式化：
```
mkfs.vfat ${card}1
mkfs.ext4 ${card}2
```

4.2 燒錄 SPL

1）SPL（Second Program Loader，可以認為是 uboot 的 bootloader，用來加載完整 uboot 到 SDRAM 中）燒錄：
```
dd if=u-boot-sunxi-with-spl.bin of=$card bs=1024 seek=8
sync
```

4.3 燒錄第 1 分區

2）燒錄鏡像、dtb、啓動文件 boot.scr 到 sdcard 的第一分區中：

cd ~/mainline/
mkdir /mnt/h

# 掛載分區 1
mount ${card}1                /mnt/h
cp linux/arch/arm/boot/dts/sun7i-a20-cubieboard2.dtb /mnt/h
cp linux/arch/arm/boot/zImage /mnt/h
cp boot.scr                   /mnt/h

# 卸載分區 1
sync && sudo umount /mnt/h

4.3 燒錄第 2 分區

第二分區主要燒錄根文件系統 rootfs。

1）配置根文件系統 rootfs：

cd ~/rootfs/chroot-armhf-bullseye/
chroot . passwd

echo "Cubieboard2"            > etc/hostname && cat etc/hostname
echo "127.0.0.1 Cubieboard2" >> etc/hosts && cat etc/hosts

# 安裝內核驅動模塊
cd ~/mainline/linux
make ARCH=arm CROSS_COMPILE=arm-linux-gnueabihf- INSTALL_MOD_PATH=~/rootfs/chroot-armhf-bullseye/ modules modules_install

cd ~/rootfs/chroot-armhf-bullseye/

# 初始化 inittab 文件
echo T0:2345:respawn:/sbin/getty -L ttyS0 115200 vt100 >> etc/inittab && cat etc/inittab

# 掛載 SSD
chroot . mkdir /data
echo UUID=8612ea26-f6a4-4b2e-b9bc-775a662b0dea /data ext2 defaults,noatime,nofail 0 0 >> etc/fstab

# 初始化 sources.list 文件
# vi etc/apt/sources.list

chroot . apt-get update
chroot . apt-get upgrade
chroot . apt-get install openssh-server locales wireless-tools wpasupplicant vim lrzsz net-tools ntpdate
echo "*/60 * * * * /usr/sbin/ntpdate ntp.sjtu.edu.cn" >> /var/spool/cron/crontabs/root

echo "export LC_ALL=\"zh_CN.UTF-8\""
echo "en_US.UTF-8 UTF-8" > etc/locale.gen
echo "zh_CN.UTF-8 UTF-8" >> etc/locale.gen
chroot . locale-gen



# 備份 rootfs。
cd ../ && tar -czvf chroot-armhf-bullseye-`date +%Y%m%d_%H%M%S`.tar.gz chroot-armhf-bullseye/

2）燒錄到第 2 分區：

# 掛載分區 2
mount ${card}2 /mnt/h
# 燒錄 rootfs
mv ~/rootfs/chroot-armhf-bullseye/* /mnt/h/
# 卸載分區 2
sync && umount /mnt/h

附錄：基於 AIC8800 的 Tenda U2 V5 USB WIFI

參考：
- 驅動編譯：https://cloud-atlas.readthedocs.io/zh-cn/latest/linux/ubuntu_...
- 內核驅動移植：https://www.cnblogs.com/weidongshan/articles/18367372
- AIC8800D Wi-Fi6/BT5.0 SoC USB移植手冊：https://bbs.16rd.com/thread-586140-1-1.html
- RK3568 Debian AIC8800移植：https://blog.csdn.net/zyaaaac/article/details/133947137
- A20網絡機頂盒移植4.5內核+U-Boot+rootfs：https://www.csdndocs.com/article/7504314
1）添加驅動程序：以基於 aic8800 的 USB WIFI 為例
- （1）將內核文件複製到 drivers/net/wireless 目錄下
- （2）修改 drivers/net/wireless/Kconfig 文件，添加下面一行內容：
```
source "drivers/net/wireless/aic8800/Kconfig"
```
- （3）修改 drivers/net/wireless/Makefile 文件，添加下面一行內容：
```
obj-$(CONFIG_AIC_WLAN_SUPPORT) += aic8800/
```
- （4）通過 make menuconfig 修改配置文件時，進行如下選擇：
```
Device Drivers  --->
[*] Network device support  --->
    [*]   Wireless LAN  --->
        [*]   AIC wireless Support
        <M>     AIC8800 wlan Support
        <M>     AIC8800 bluetooth Support (UART)
```

2）Linux 內核編譯參考：

# 安裝工具鏈
apt-get install build-essential bc bison flex libncurses5-dev libssl-dev \
    gcc-arm-linux-gnueabihf arm-linux-gnueabihf-g++

# 下載內核
git clone -b v5.4 https://github.com/torvalds/linux.git
cd linux

# 生成默認的內核配置文件
make ARCH=arm CROSS_COMPILE=arm-linux-gnueabihf- defconfig  
# 啓動一個基於文本的交互式菜單，允許用户手動配置內核
make ARCH=arm CROSS_COMPILE=arm-linux-gnueabihf- menuconfig 

# 主要用於在現有配置基礎上進行增量更新，以適應新的內核版本或更新的默認配置
make ARCH=arm CROSS_COMPILE=arm-linux-gnueabihf- olddefconfig
# 編譯內核鏡像
make -j$(nproc) ARCH=arm CROSS_COMPILE=arm-linux-gnueabihf- uImage modules
# 僅編譯內核驅動
make -j$(nproc) ARCH=arm CROSS_COMPILE=arm-linux-gnueabihf- M=drivers/net/wireless/aic8800 modules

# 清理
make ARCH=arm CROSS_COMPILE=arm-linux-gnueabihf- clean

3）Tenda U2 V5 最小內核版本支持 3.10，在 3.18.140 版本編譯成功

4）問題處理（編譯 linux-3.11 版本時出現）：ERROR: Kernel configuration is invalid.

現象：
ERROR: Kernel configuration is invalid.
     include/generated/autoconf.h or include/config/auto.conf are missing.
     Run 'make oldconfig && make prepare' on kernel src to fix it.

處理：
# 清理編譯失敗的文件
make mrproper 

# 生成默認的內核配置文件
make ARCH=arm CROSS_COMPILE=arm-linux-gnueabihf- defconfig  
# 啓動一個基於文本的交互式菜單，允許用户手動配置內核
make ARCH=arm CROSS_COMPILE=arm-linux-gnueabihf- menuconfig 
# 主要用於在現有配置基礎上進行增量更新，以適應新的內核版本或更新的默認配置
make ARCH=arm CROSS_COMPILE=arm-linux-gnueabihf- olddefconfig

# 準備內核源碼樹，生成一些必要的頭文件和其他輔助文件。
make ARCH=arm CROSS_COMPILE=arm-linux-gnueabihf- prepare
# 生成內核編譯過程中需要用到的腳本文件
make ARCH=arm CROSS_COMPILE=arm-linux-gnueabihf- scripts 
...

5）問題處理：

WARNING: Symbol version dump /root/linux-3.10.1/Module.symvers
       is missing; modules will have no dependencies and modversions.

先編譯內核鏡像，再編譯內核驅動即可
make -j$(nproc) ARCH=arm CROSS_COMPILE=arm-linux-gnueabihf- uImage modules
make -j$(nproc) ARCH=arm CROSS_COMPILE=arm-linux-gnueabihf- M=drivers/net/wireless/aic8800 modules

6）問題處理：

# make ARCH=arm CROSS_COMPILE=arm-linux-gnueabihf- sunxi_defconfig

drivers/net/wireless/aic8800/aic8800_fdrv/Kconfig:4: syntax error
drivers/net/wireless/aic8800/aic8800_fdrv/Kconfig:3: unknown statement "---help---"
drivers/net/wireless/aic8800/aic8800_fdrv/Kconfig:4:warning: ignoring unsupported character '.'
drivers/net/wireless/aic8800/aic8800_fdrv/Kconfig:4: unknown statement "This"
make[1]: *** [scripts/kconfig/Makefile:94: sunxi_defconfig] Error 1
make: *** [Makefile:697: sunxi_defconfig] Error 2

通過 make mrproper 命令清理舊的編譯緩存文件。

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1 環境準備

1.1 編譯環境準備

1.2 主線源碼準備

1.2.1 linux 源碼

1.2.2 U-Boot 源碼

1.2.3 啓動文件 boot.scr

1.2.4 根文件系統 rootfs

2 內核編譯

2.1 添加 tenda aic8800 驅動（可選）

2.2 編譯 linux 內核

3 U-Boot 編譯

4 分區與燒錄

4.1 sdcard 分區

4.2 燒錄 SPL

4.3 燒錄第 1 分區

4.3 燒錄第 2 分區

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1 環境準備

1.1 編譯環境準備

1.2 主線源碼準備

1.2.1 linux 源碼

1.2.2 U-Boot 源碼

1.2.3 啓動文件 boot.scr

1.2.4 根文件系統 rootfs

2 內核編譯

2.1 添加 tenda aic8800 驅動（可選）

2.2 編譯 linux 內核

3 U-Boot 編譯

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4.1 sdcard 分區

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