树莓派4B--内核&驱动交叉编译--内核移植--驱动加载验证

目录

前言

1验证成功的流程

1.1环境准备：

1.11PC：VM下Ubuntu18.04 版本：

1.12树莓派版本：

1.13树莓派内核下载

1.14虚拟机VM Ubuntu 交叉编译工具链安装

1.15虚拟机VM Ubuntu 安装交叉编译所需的依赖项

1.2交叉编译内核：

1.21config文件选择

1.22构建源和设备文件

 1.23编译

1.3树莓派内核替换：

1.31识别U盘

1.32挂载U盘

1.33安装modules

1.34移植编译的内核

2交叉编译驱动

2.1准备工作

2.2驱动编译

 2.3驱动加载

 2.4驱动程序的测试

3遇到的问题

3.1 VM虚拟机上使用高本交叉编译工具链导致的不匹配

3.2没有替换内核的情况下，inmod加载驱动模块时遇到的问题​编辑

3.3insmod xxx.ko  内核报错undefined reference to `__stack_chk_guard'

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前言

记录在PC-VM虚拟机进行树莓派4b内核&驱动的交叉编译，内核移植，驱动加载测试验证过程

先描述验证成功的方式，后期在描述遇到的问题

1验证成功的流程

1.1环境准备：

1.11PC：VM下Ubuntu18.04 版本：

Linux ubuntu 5.4.0-146-generic #163~18.04.1-Ubuntu SMP Mon Mar 20 15:02:59 UTC 2023 x86_64 x86_64 x86_64 GNU/Linux

1.12树莓派版本：

使用官方烧录工具提供的最新32位版本           

树莓派官方烧录工具下载链接：Raspberry Pi OS – Raspberry Pi

当前树莓派官方Raspberry Pi OS(32-bit)内核版本信息：

Linux raspberrypi 5.15.84-v7l+ #1613 SMP Thu Jan 5 12:01:26 GMT 2023 armv7l GNU/Linux

1.13树莓派内核下载

下载地址：GitHub - raspberrypi/linux at rpi-5.14.y

我选择的是rpi-5.14.y 内核版本 (后面说的源码树目录，指 linux-rpi-5.14.y)

1.14虚拟机VM Ubuntu 交叉编译工具链安装

在我使用的Ubuntu1系统中，可以直接输入：           

sudo apt-get install gcc-arm-linux-gnueabihf

注意：该交叉编译工具链是应对32位树莓派系统

安装好后，检查交叉编译工具链的版本 

可以看到 版本是7.5.0 （也避免了手动在~/.bashrc 配置环境变量的步骤）

注意：如果直接去下载高版本的包，解压安装，之后交叉编译的文件一般会出现glibc库相关的问题，非常麻烦，这个放到后面问题说

1.15虚拟机VM Ubuntu 安装交叉编译所需的依赖项

sudo apt install git bc bison flex libssl-dev make libc6-dev libncurses5-dev

1.2交叉编译内核：

1.21config文件选择

树莓派4的工程是bcm2711_defconfig

1.22构建源和设备文件

cd linux-rpi-5.14.y  #进入内核文件夹
KERNEL=kernel7l      #指定kernel 树莓派4b 32位系统的内核文件是kernel7l
ARCH=arm CROSS_COMPILE=arm-linux-gnueabihf- KERNEL=kernel7l make bcm2711_defconfig #构建源

生成 .config 文件 

 1.23编译

ARCH=arm CROSS_COMPILE=arm-linux-gnueabihf- KERNEL=kernel7l make zImage modules dtbs

编译成功后，在源码树目录会生成vmlinux文件

我们的目标zImage镜像文件在 ./arch/arm/boot

打包zImage成为树莓派可用的xxx.img 文件格式

./scripts/mkknlimg arch/arm/boot/zImage ./kernel_new.img

注意：这里会遇到一个问题-- 在linux-rpi-5.14.y中，mkknlimg 打包工具已经被废除。我的解决方法是 下载低版本的linux-rpi-4.14.y，将其中./scripts 文件夹内的mkknlimg拷贝到linux-rpi-5.14.y/scripts 内即可使用

打包陈成功后，在源码树目录下生成目标文件kernel_new.img

1.3树莓派内核替换：

1.31识别U盘

将烧录好树莓派系统的SD卡，插入电脑，并且选择虚拟机读取读卡器。    

dmesg

通过dmesg 可以查看虚拟机内核信息，已经识别到SD卡     

同时也可以在/dev 下查看到设备文件

1.32挂载U盘

# 位置 Desktop
mkdir data-fat data-ext4
#挂载U盘，U盘有两个分区，fat ext4
sudo mount /dev/sdb1 data-fat   #一个fat分区，是boot相关的内容，kernel的img
sudo mount /dev/sdb2 data-ext4  #一个是ext4分区，也就是系统的根目录分区

1.33安装modules

设备驱动文件，如果不安装的话，很多外设识别不了，例如 hdmi、usb、io等等

sudo ARCH=arm CROSS_COMPILE=arm-linux-gnueabihf- KERNEL=kernel7l make INSTALL_MOD_PATH=/home/hans/Desktop/data-ext4 modules_install

1.34移植编译的内核

首先备份老的内核文件

cp /home/pi/Desktop/data-fat/kernel7l.img kernel7lBak.img

其次，将虚拟机上打包好的kernel_new.img 拷贝到data-fat路径下,并命名位kernel7l.img

cp /home/hans/Desktop/linux-rpi-5.14.y/kernel_new.img /home/hans/Desktop/data-fat/kernel7l.img

cp arch/arm/boot/dts/.*dtb* /home/hans/Desktop/data-fat

cp arch/arm/boot/dts/overlays/.*dtb* /home/hans/Desktop/data-fat/overlays/

取出SD卡，插入树莓派启动

输入 uname -r  或者 uname -a 查看内核版本信息

可以看到内核已经替换成了5.14版本

至此内核替换完毕

2交叉编译驱动

2.1准备工作

编写好一份驱动文件（module_name = "pin4"），一份驱动测试文件

在驱动文件中，通过printk，在内核打印调试信息，以确定驱动文件加载后，正常运行

驱动文件中调试信息如下：

在驱动文件中，成功调用pin4_open 和 pin4_write ，会在内核打印出对应的调试信息

驱动测试文件（调用open、write）

2.2驱动编译

在源码树目录中，将驱动文件拷贝到 ./driver/char ,修改char路径中的Makefile文件

我用的是以模块的方式加载驱动（非config形式）

在Makefile文件中，新增  obj-m  += pin4_driver2.o  (放在哪个路径下，就修改哪个路径下的Makefile)

返回源码树目录，执行

ARCH=arm CROSS_COMPILE=arm-linux-gnueabihf- KERNEL=kernel7l make modules
		

在源码树目录下生成 xxxx.ko文件

拷贝pin4_driver.ko到树莓派中

同时，虚拟机上交叉编译好驱动测试文件，并将其拷贝到树莓派

 2.3驱动加载

可以看到在树莓派的Desktop有以下两个文件

 在树莓派上执行以下指令加载驱动模块

sudo insmod pin4_driver.ko  # 内核驱动装载

 可以看到在 /dev下已经生成了pin4的设备文件

 注意：此时pin4 一般用户没有读写权限，若调用open/write/read api去打开pin4 文件，会提示没权限

给pin4设备文件加上权限

sudo chmod 666 /dev/pin4

同时我们也可以通过lsmod 指令查看内核是否已经起了驱动程序

 2.4驱动程序的测试

运行驱动测试文件，进行测试，可以看到pin4文件被打开

 通过dmesg ，查看内核打印中，是否有驱动对应的pin4_open pin4_write 调用成功后打印的调试信息

 成共打印出调试信息

至此，驱动程序的交叉编译，加载运行，测试完毕

3遇到的问题

3.1 VM虚拟机上使用高本交叉编译工具链导致的不匹配

        一开始下载安装的是11.2版本的交叉编译工具链，编译好程序后，拷贝到树莓派当中运行，会出现libc相关的不兼容问题

通过指令查看树莓派系统最高支持的glibc，是2.31

 然后就开始各种折腾升级glibc库

        首先遇到就是升级的时候各种下载依赖包的问题

        其次，升级完成后，libc.so.6建立新的软连接时，系统指令不生效

        最后，以上问题解决后，报错：

                symbol lookup error: ./libc.so.6: undefined symbol: __nptl_set_robust_list_avail, version GLIBC_PRIVATE

       折腾一阵后，放弃

3.2没有替换内核的情况下，inmod加载驱动模块时遇到的问题

 原因：Makefile里设置kernel源码的路径错误，没有和当前的内核版本一致，导致版本验证不通过，无法安装（比如我虚拟机上编译驱动的内核包时 5.14，树莓派内核是5.15 这个时候KDIR就对不上）

修改Makefile 中的KDIR 路径

3.3insmod xxx.ko  内核报错undefined reference to `__stack_chk_guard'

通过insmod 指令加载 驱动ko文件， 报错:unknown symbol in module

通过 dmesg 查看内核打印信息，发现内核报错 undefined reference to `__stack_chk_guard'

这个原因是因为启用了Stack Guard堆栈保护，经过测试，不管是交叉编译驱动模块，还是在树莓派本地进行编译驱动模块。都会报错

解决办法：

在源码树目录的 Makefile 文件中，找到KBUILD_CFLAGS

新增：KBUILD_CFLAGS   += -fno-stack-protector    // 禁用堆栈保护

再重新编译驱动编译驱动模块，生成 ko文件。在树莓派上。用新生成的ko文件，可以正常加载

上述仅记录自己玩树莓派的过程，如果哪里不对，大家一笑而过

如果有大佬告知正确升级glibc库的方式，感激不尽