Linux 根文件系统的移植(从入门到精通)

一、简介

提到操作系统的安装,还得从大学的时候说起,刚入学的时,朋友的系统本崩了,跑去电脑城换个系统花了40大洋,震惊了贫穷的我。好像发现了商机,果断开始了折腾自己的电脑,然后用朋友的电脑进行测试,由于对启动项不了解,有次蹦了过后,自己花钱去维修电脑哪里安装了一次,偷偷的学习。在这样的不断折腾下,慢慢学会了 windows 系统的安装,因此蹭了不少饭。可能会有小伙伴觉得我们太弱了,确实我们非科班出生,然后又在化工专业下,身边的人在计算机方面都是小白,只能慢慢的学习。

发现 windows 系统的安装也不难啊,都是傻瓜式的操作,还是图形界面,唯一影响小白的就是主板的启动项不一样。后来听说人家计算机专业的都用 linux 系统,安装才是麻烦,于是我又开始了对 linux 的折腾,发现操作也差不多,甚至更简单了(x86架构下)。就这样机缘巧合的折腾下,被带到了嵌入式这个行业

有次拿到了一块 ARM 开发板(正点原子 i.MX6ULL),又回到了系统安装的道路,先从 uboot 移植到 kernel 移植再到 rootfs 安装,操作起来确实麻烦多了,教程很详细,感觉也不是很困难,然后就没多管了。

直到去年,得到了 RK 平台的 SDK,发现和我学的不一样,以前都是 uboot、kernel、rootfs分开的,感觉没啥难度,现在突然给合在一起,并且芯片的性能提上来了,可以支持 busybox、Debian、ubuntu、android、鸿蒙等,然后一看 SDK 中也没这些系统啊,也看到很多小伙伴在问,RK3588 怎么安装 ubuntu 系统之类的,这下我也开始慌了。

逛了一圈,也没详细的教程,但是看到别人都在用不同的种芯片开始装各种各样的系统。冷静下来分析了一下,没有相应的教程,只能靠自己慢慢琢磨,研究了一下 SDK,终于发现了套路,在这里记录一下,也希望能帮助到迷茫的小伙伴。

二、测试环境

下面是我测试过程中使用的开发板和环境,具体的可以更具自己的需求来,不做严格要求

  • 开发板:i.MX6ULL、RK3588、RK3288、RV1126
  • roots:busybox、debian、ubuntu、yocto
  • 开发环境:VMware(ubuntu18.04、ubuntu20.04)

三、学习过程

开始之前,先回顾一下 ARM 开发板的学习过程,慢慢的去发现其中的奥秘。

  1. 系统架构分析

    在开始之前,先看一下 linux 的架构图

    注意: 从图可以看出来,这是 Android 系统的机构图,同理,不论是 busybox、Debian、ubuntu 等操作系统都是在 linux 之上的。

  2. 系统移植

    不论选择的操作系统是什么,但是在移植之前,需要先把 uboot 和 kerner 移植完成,这里不是重心,准确说这个两个的移植也不是很难,不论是分开的,还是合在一起的 SDK,官方都会提供相应的教程,再不济也有厂商进行指导。

    可以说操作系统的移植相反变成最简单的了,但是没有相应的教程,然后又有各种各样的操作系统,会出现各种奇怪的问题,导致小伙伴们觉得这是最难的。不要慌,这里我做了一系列的笔记,接着往后看。

    之所以说操作系统的移植是最简单的,因为他是公用的,并不会因为芯片的差异进行改动,准确是操作系统的核心基本上都是能跑起来的,移植也是没任何难度,百度随便搜搜都能出来,如果 SDK 中没有的,可以模仿模仿,装个系统没有难度。有的小伙伴就会害怕,不知从和下手,我得到的结论就是随便去找一个对应系统的移植,然后跟着操作,最后烧写到对应的空间即可。

    学习嵌入式,最忌讳的就是只看不练,一番操作下来,就会发现问题了,虽然操作系统是移植成功了。可能会出现各种外设不能使用,甚至界面都起不起来等各种问题。别慌只需要将遇到的问题解决了即可,解决这些问题也很简单的,接着往后看。

  3. busybox 移植

    移植 busybox 还挺简单的,因为没有过多的组件,甚至连图形界面都没有,所以不论什么芯片,一般不会遇到问题,这里就不过多介绍了,需要的看后面的笔记。

  4. ubuntu 移植

    应该很多小伙伴都尝试过移植 ubuntu 的,虽然操作起来比 busybox 还简单,但是会遇到各种各样的问题,比如有的网卡不能工作,图形界面起不来等。遇到问题后,直接慌了,很多都找不到解决办法。接着往下看,慢慢的掌握解决问题的办法,剩下的就是时间问题了。

  5. 组件移植

    这里我们以 busybox 为例,开始处理各种问题,移植过的小伙伴会发现,busybox 的操作很简单,基本不会遇到啥问题,但是它移植成功后,只有操作系统的核心组件,其他啥都没有,需要我们一个个的移植,这里我有以 QT 环境的移植为例,请参考合集后面的笔记

  6. buildroot 和 yocto 使用

    操作完就会发现,每个工具都这样的移植也挺麻烦的,并且组件多了也很费时,所以出现了 buildroot 和 yocto 这样的工具,来解决这个比较困难的问题,这里我用过 buildroot,请参考合集后面的笔记,yocto 我使用过后,再附上。

  7. deb 文件打包

    在了解打包 deb 文件之前,先观察一下之前所经历的事情,我们都知道 busybox 是简单的工具集,只能满足常规的linux 工具需求,像需要 QT 环境之类的,还得需要自己手动移植过来。为了解决这个麻烦,buildroot 和 yocto 工具实现了快速定制的过程,减少了自己手动移植的时间。

    可能细心的小伙伴已经发现了,像板子需要的文件,都是通过工具的形式出现的,比如 GPU、NPU、各种外设等,每家的芯片都有一定的却别,想要在根文件系统中调用对应的硬件,需要将厂商提供的工具,编译成对用的 .so 和 .a 文件,然后放到系统中,再根据对应的 API 即可调用。

    明白了这一步,那基本掌握了,移植时,外设不能使用等问题的解决办法。同理,每个开发板都会提供对应的 SDK,我们便可以参考 SDK 解决自己的问题,比如我移植 ubuntu 时,发现 GPU 不能用,便可以去厂商提供的 SDK,找到对应的文件,拷贝到系统中即可解决。

    但是一直这样不断的去拷贝文件,也是比较麻烦了,为了以后同类芯片的问题简单话,每个环境需要的文件整理好,打包成 deb 需要的时候直接安装即可。

  8. 写脚本

    哪怕我们将需要的文件都打包成了 deb 文件,文件多了,操作起来也是很麻烦的,所以可以参考厂家提供的 SDK,直接将自己需要的流程编写成一个脚本,然后一条命令便可解决复杂的问题。

三、总结

现在在整体回顾一下流程,将会发现移植自己需要的系统也是挺简单的,流程如下

  1. 选择自己需要的系统
  2. 整理自己需要的外设和工具文件
  3. 打包成系统能识别的工具包
  4. 编写脚本并打包成 img 文件
  5. 烧写验证

** 注意:** 虽然看起来挺简单的,但是需要各位小伙伴多多练习,彻底掌握其中奥秘。

笔记还没写完,后续我会持续添加,有写得不好的地方望大佬指出,有也我一样还在学习过程中的,可以一起相互讨论。