Linux内核篇

一、为Linux内核开发做基础准备工作
二、嵌入式设备带操作系统的启动过程扫盲
三、Linux内核源码目录树
四、配置Linux内核适合树莓派相关操作
五、Linux内核编译
六、Linux内核镜像拷贝至树莓派并启动新内核

一、为Linux内核开发做基础准备工作

1）先查看下树莓派linux内核源码版本：

2）然后去树莓派官网下载该版本的linux内核源码：

3）把下载哈好的linux内核源码文件拷贝到ubuntu下：

二、嵌入式设备带操作系统的启动过程扫盲

1.C51,STM32(裸机)》》》》》C直接操控底层寄存器实现相关业务。业务流程型的裸机代码
遥控灯：while(1)
垃圾桶：WemosD1.LOOP
恩智浦智能车：stm32

2.X86,Intel-----windows
启动过程：----电源----》BIOS----》windows内核----》C,D盘----》程序启动(QQ)

3.嵌入式产品：树莓派，mini2440，mini6410，nanopi，海思，RK(瑞芯微)----人脸识别打卡器，智能家居主控。。。

启动过程：----电源----》Bootloader(引导操作系统启动)----》Linux内核----》文件系统(根据功能性来组织文件，带访问权限)----》KTV点歌机。。。

4.安卓
启动过程：----》电源----》fastBoot/Bootloader----Linux内核----》文件系统----》虚拟机----》HOME应用程序----》点某图标打开某APP。。。

5.补充
Bootloaader：
一阶段：让CPU----》跟内存，FLASH，串口，IIC，IIS，数据段等打交道，驱动这些设备（汇编和C结合）

二阶段：引导Linux内核启动（纯C）

三、Linux内核源码目录树

1. Linux内核源码大约有1.3w个c文件，1100w行代码
linux内核是开源的，支持多架构多平台代码 == 非常牛逼
可执行性非常高，但Linux内核编译出来一般就几M

因为支持多平台，多架构，所以编译之前要配置，配置成适合的目标平台来用

那么Linux内核支持哪些架构呢？
ARM架构：
海思，友善之臂，RK，树莓派，nanopi

X86架构

PowerPc架构
MIPS架构

2. 看看Linux内核源码是啥样的：

Linux内核源代码目录树结构：

arch：包含和硬件体系结构相关的代码，每种平台占一个相应的目录。和32位PC相关的代码存放在i386目录下，其中比较重要的包括kernel（内核核心部分）、mm（内存管理）、math-emu（浮点单元仿真）、lib（硬件相关工具函数）、boot（引导程序）、pci（PCI总线）和power（CPU相关状态）。

block：部分块设备驱动程序。

crypto：常用加密和散列算法（如AES、SHA等），还有一些压缩和CRC校验算法。

Documentation：关于内核各部分的通用解释和注释。

drivers：设备驱动程序，每个不同的驱动占用一个子目录。

fs：各种支持的文件系统，如ext、fat、ntfs等。

include：头文件。其中，和系统相关的头文件被放置在linux子目录下。

init：内核初始化代码（注意不是系统引导代码）。

ipc：进程间通信的代码。

kernel：内核的最核心部分，包括进程调度、定时器等，和平台相关的一部分代码放在arch/*/kernel目录下。

lib：库文件代码。

mm：内存管理代码，和平台相关的一部分代码放在arch/*/mm目录下。

net：网络相关代码，实现了各种常见的网络协议。

scripts：用于配置内核文件的脚本文件。

security：主要是一个SELinux的模块。

sound：常用音频设备的驱动程序等。

usr：实现了一个cpio。

四、配置Linux内核适合树莓派相关操作

1.驱动代码的编写：
驱动代码的编译需要一个提前编译好的内核，那么编译内核就必须配置，因为Linux内核有很多文件，支持很多架构，当我们给某款芯片配置内核的时候，就可以把不需要的文件不参与编译配置。
配置的最终目标会生成 .config，该文件指导Makefile去把有用的东西组织成内核

2.生成.config文件的方式：
第一种：cp 厂家.config .config
因为当我们拿到一款芯片的时候，一般厂家都会配Linux内核源码，比如说买了树莓派，配了树莓派内核源码，源码里面包含了.config，我们要的就是这个.config

第二种：make menuconfig 一项项配置，通常是基于厂家的config来配置

第三种：完全自己来

3.如何配置树莓派Linux内核：
1）查看Linux内核.config版本，拿到树莓派芯片后厂家一般会告诉你用哪个.config：

find -name *_defconfig

2）配置config
linux源码中有很多工程：
树莓派1的工程是bcmrpi_defconfig；
树莓派2、3的工程是bcm2709_defconfig。

3）使用源码里自带的config

ARCH=arm CROSS_COMPILE=arm-linux-gnueabihf- KERNEL=kernel7 make bcm2709_defconfig

此命令功能是获取bcm2709_defconfig的配置到 .config里。

4）编译之前
安装必要的库：

sudo apt-get install bc
sudo apt-get install libncurses5-dev libncursesw5-dev
sudo apt-get install zlib1g:i386
sudo apt-get install libc6-i386 lib32stdc++6 lib32gcc1 lib32ncurses5

5）make menuconfig为厂家原有的.config添加一些驱动和功能：

ARCH=arm CROSS_COMPILE=arm-linux-gnueabihf- KERNEL=kernel7 make menuconfig

进入界面内核配置：

驱动两种加载方式:
* 编译进内核 zImage包含了驱动
M 模块方式生成驱动文件 xxx.ko 系统启动后，通过命令 inmosd xxx.ko 加载

大致可认为只是内核裁剪，把不要的东西弄成空格，不参与内核编译，配驱动居多。

五、Linux内核编译

ARCH=arm CROSS_COMPILE=arm-linux-gnueabihf- KERNEL=kernel7 make -j4 zImage modules dtbs

arm 指定arm架构
CROSS_COMPILE=arm-linux-gnueabihf- 编译工具
KERNEL=kernel7 内核
make-j4 指定电脑用多少资源来编，j4就是四核的意思
zImage 生成内核镜像
modules 要生成的驱动模块
dtbs 生成配置文件等等

2.编译成功：
1）看到源码树目录多了一个vmlinux ，失败则无此文件

2）成功后，目标zImage 镜像在==arch/arm/root目录底下

六、Linux内核镜像拷贝至树莓派并启动新内核

1.打包zImage 成树莓派可用的 kernel_new.img ：

./scripts/mkknlimg arch/arm/boot/zImage ./kernel_new.img
//在本目录生成一个kernel_new.img文件，这个文件就是要放到sd卡中的文件。

2.把树莓派的SD读卡器插到电脑，映射到ubuntu上：
dmesg 查看内核的信息，底层硬件数据

把树莓派的sd卡插入ubuntu系统电脑，树莓派的sd卡有两个分区：
一个fat分区，是boot相关的内容，kernel的img文件就放在这个分区里；
一个是ext4分区，也就是系统的根目录分区。

3.数据拷贝：
先创建两个文件夹：

mkdir data1 data2

挂载U盘：

sudo mount /dev/sdb1 data1
sudo mount /dev/sdb2 data2

data1和data2的两个文件夹就有数据了:

3.安装modules，设备驱动文件：hdmi，usb，wifi，io…

sudo ARCH=arm CROSS_COMPILE=arm-linux-gnueabihf- KERNEL=kernel7 make INSTALL_MOD_PATH=/home/free/data2 modules_install

4.更新 kernel.img 文件，注意镜像名字是kernel7.img
先备份原本就刷好的SD卡里的kernel7.img，以免刷机失败，那样就不能启动树莓派了：

cp kernel7.img kernel7OLD.img

5.再把我们之前在树莓派官网下载配置编译好生成的Linux内核打包好的zImage 成树莓派可用的 kernel_new.img 直接完全拷贝覆盖成树莓派data1的fat分区里面的kernel7.img:

cp kernel_new.img /home/free/data1/kernel7.img //把新内核镜像拷贝覆盖到挂载的SD卡data1的fat分区du kernel_new.img
du kernel_new.img -h  //计算文件的大小md5sum kernel_new.img //每个文件都有一个唯一编码号，以下为了检测是否拷贝有错

6.拷贝其他相关配置文件:

cp arch/arm/boot/dts/.*dtb* /home/free/data1
cp arch/arm/boot/dts/overlays/.*dtb* /home/free/data1/overlays/
cp arch/arm/boot/dts/overlays/README /home/free/data1/overlays/

更新完成后插回树莓派即可开机，开机后可以用 uname -a 命令查看kernel信息已经改变。

7.通过树莓派串口检查操作系统是否跑的起来：
注意之前串口编程关掉了串口的话要重新打开。

串口运行正常：

查看内核版本：

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