在RISC-V星光板上创建Debian系统镜像

准备工作：

• 耐心
• 一杯咖啡
• 一块板子和一条串口调试线，至少16G的任何品牌的SD card 
• 能熟练操作的一个Linux发行版（推荐Archlinux或者Ubuntu）
• 大致了解如何利用qemu和binfmt创建RISC-V模拟运行环境 推荐阅读
• 大致了解如何创建块设备 （推荐参考的一篇文章losetup创建块设备：或者利用 zfs 创建块设备，我更习惯后者，后面的内容会以 zfs 文件系统为例，但实际操作中，仅仅是创建块设备不同，挂载无异）
• 大致了解如何创建一个RISC-V交叉编译环境（推荐阅读）
• 大致了解如何使用简单的systemd-nspawn容器（推荐阅读）或者chroot（推荐阅读）
• 大致了解StarFive VisionFive的启动流程（ ）

第一部分：编译、打包内核，创建 deb 源：

创建一个StarFive VisionFive V1 的 RISC-V 内核尤为重要，截止本文完稿，主线内核 5.16 还没有对 StarFive VisionFive V1 的 dts 和 deconfig 提供支持，预计 5.17 能进入主线了， 所以目前我们需要使用 5.17 的发布候选版本，就是 RC 版本进行编译和构建。完整流程如下：

#Debian 或者 Ubuntu

#Debian 安装依赖：
apt install libncurses-dev libssl-dev bc flex bison gcc-riscv64-linux-gnu build-essential ccache cpio fakeroot flex git kmod libelf-dev libncurses5-dev libssl-dev lz4 qtbase5-dev rsync schedtool wget zstd pahole dwarves -y

#Ubuntu 安装依赖：
apt install libncurses-dev libssl-dev bc flex bison gcc-riscv64-linux-gnu build-essential ccache cpio fakeroot flex git kmod libelf-dev libncurses5-dev libssl-dev lz4 qtbase5-dev rsync schedtool wget zstd dwarves -y

#下载源码：
#可以从这个地址下载内核，但是不要从 releases 下载。大家最好下载最新的 commits，在这里#我提供一个下载地址：https://github.com/starfive-tech/linux

mkdir -p linux-build
#创建编译目录

cd linux-build
#进入目录

wget https://github.com/starfive-tech/linux/archive/54fad564dc7a117704e99248c3984f907e1867d5.tar.gz
#下载特定 commits 的内核源码，大家根据你当天最新 commits 下载。

tar -xpvf 54fad564dc7a117704e99248c3984f907e1867d5.tar.gz
#解压源码

mv linux-54fad564dc7a117704e99248c3984f907e1867d5 linux-5.17.0-rc5
#给解压出来的源码目录改一个简单的名字

cd linux-5.17.0-rc5
#进入该目录

cp arch/riscv/configs/starfive_jh7100_fedora_defconfig .config
#复制内核配置文件到内核源码根目录下，并取名为 .config

make ARCH=riscv CROSS_COMPILE=riscv64-linux-gnu- menuconfig
#利用交叉编译工具链具体再配置内核

make ARCH=riscv CROSS_COMPILE=riscv64-linux-gnu- -jX bindeb-pkg LOCALVERSION=-starfive-xxx
#-jX 有多少线程都可以利用上，最后那里是去个你喜欢的名字
#等待编译完成。完成后会在上一层目录生成4个deb文件，类似下图：

这4个 deb 文件中，其实我们只需要3个就足够了，一个是 linux-headers ，一个是 linux-image 。我们现在知道这三个文件放在你的家目录的 linux-build 目录下。下面我们看看如何用 Arch 构建：

Archlinux 或者其他发行版，可以用类似的方法。
下面谈到一些小的技巧，关于文件系统的：

1. 假设你使用 btrfs 文件系统，在 /mnt/ 目录下可以创建一个子卷，在子卷下编译，后续还能打个快照，做做备份；

2. 假设你使用 zfs 文件系统，建议使用 zvol 块设备，格式化成 ext4 文件系统，挂载到 /mnt/xxx/ 目录下，构建和打包。原因也同样是方便备份和做克隆，抑或是快速部署。

备份的理由是因为我前前后后用过三个版本的 Debian Sid/unstable 的 gcc 交叉编译工具链构建，第一次成功，过了一周编译失败了，因为 gcc 更新后引入了一个 bug ，需要打补丁，这个时候如果我有上一个版本的备份就直接 rollback 去构建和打包，就不影响后面的操作了。所以，养成备份和克隆的习惯很重要。下面我们假设你在 Archlinux 或者其他的发行版上已经在 /mnt/xxx/ 目录下有子卷或者块设备了，直接开始～ 

#以下操作默认在 root 权限进行

pacman -S yay #安装我喜欢的 yay
pacman -S paru #安装你们喜欢的 paru

#以上操作二选一

yay -S debootstrap debian-archive-keyring ubuntu-keyring
#安装 debian 系一些重要工具，debootstrap 可以将各种架构的 base system 安装到指定目录，后面的 keyring 目的是提供密钥，用于验证 deb 包是否被篡改。

debootstrap unstable /mnt/xxx https://mirror.sjtu.edu.cn/debian/
#从上海交大 debian 镜像源下载最新的 debian sid base system 并且安装到 /mnt/xxx 目录
debootstrap impish /mnt/xxx https://mirror.sjtu.edu.cn/ubuntu/
#从上海交大 ubuntu 镜像源下载最新的 ubuntu 21.10 base system 并且安装到 /mnt/xxx 目录

systemd-nspawn -D /mnt/xxx/ -M kernel --bind-ro=/etc/resolv.conf
#利用 systemd-nspawn 创建 名为 kernel 的 debian/ubuntu x86_64 base system 容器

#后续的操作可以参考上面 Debian 和 Ubuntu 的操作。完成之后，你需要记住打包好的 deb 包所在的位置，你可能需要使用 root 权限去将这些 deb 复制到你方便操作的目录下等待下一步操作。
完成内核编译打包，不要高兴太早。

完成内核编译打包，不要高兴太早。

注意在内核源码目录下把 StarFive VisionFive V1 的 dtb 文件复制出来到你记得的目录。这个 dtb 所在的目录是 <内核源码>/arch/riscv/boot/dts/starfive/ 下。大家一定记住。

下面继续，针对安装内核 deb 有两种操作方法，我更推荐第二种。第一种简单，但是不清真，就是后续将编译打包好的 riscv 内核复制到将来的系统中，直接安装，命令是：dpkg -i xxx.deb ；第二种方法，我更愿意叫它是 Debian/Ubuntu 安装软件的“原教旨主义”，就是通过架设我们的私有的 RISC-V deb 源，这样的好处是，可以让你身边有需求的朋友，完全按照 Debian/Ubuntu 系的传统，安装你做好的内核，并且能够维护这个内核版本，以方便他们后续更新使用。我们来谈架设 Deb 源。

选择合适的服务器：

如果是公司内部，可以选择在 NAS 上创建一个 Ubuntu 的虚拟机，然后将网络映射到你们公司局域网中，让所有人都能正常访问；

如果是像我这种，我选择XX云，建立一个 Ubuntu 的 VPS 作为 deb 源服务器。好的，现在假设 VPS 或者你的虚拟机已经创建好了。开始在 VPS 上操作吧。

apt install reprepro --yes
#安装 reprepro ，deb 发布器

ln -sf /usr/share/zoneinfo/Asia/Shanghai /etc/localtime 
hwclock --systohc
apt install ntpdate
ntpdate -s time.nist.gov
#以上操作的目的是将 VPS 或者虚拟机的时间同步到标准北京时间，防止时间不匹配，无法安装和更新软件

gpg --gen-key
#生成你的密钥，后续 deb 包都会用这个私钥签名，其他机器需要下载你的公钥，用于验证

上图就是生成的密钥，用 gpg --list-keys 可以显示出来。注意那一长串字符：706CE3DD… ，记下最后8位：33372332，它们有重要作用，别问我怎么知道的，哈哈哈哈～

apt install apache2 -y
#安装一个你会操作的 web 服务器，我比较习惯 apache

下面去 web 服务器目录下创建目录：

mkdir -p /var/www/html/ubuntu-impish
cd /var/www/html/ubuntu-impish
mkdir -p conf db dists pool
touch conf/distributions
#distributions 描述性文件
touch conf/options
#options 描述仓库的一些选项

#注意 ubuntu-impish 这个是名字，大家喜欢什么名字可以随便一点，根据你们的需要自由处理。

下面来配置 distributions ：

Origin: ubuntu
Suite: impish
Label: ubuntu
Codename: impish
Architectures: riscv64
Components: main
Description: Apt repository for StarFive VisionFive V1
SignWith: 33372332

上面的内容我来解释一下：

• Origin 如果你是 Debian，就写 Debian，如果是 Ubuntu ，就写 Ubuntu
• Suite 写成你的发行版的代号
• Label 类似 Origin
• Codename 就是发行版代号
• Components 这个是组件，因为我们只是满足小范围的朋友使用，main 就够了，如果是严格的维护，最好详细分类
• 描述部分大家自由发挥
• SignWith 这里是签名，还记得你的那8位密钥吗？

下面导出我们的公钥到源目录：

上图就是创建后的大致样子。

下面就可以来发布或者撤销你创建好的内核 deb 包了：

如果一切顺利，你的私有 deb 仓库就创建好了。好好维护吧～

第一部分小节：

• 内核编译打包推荐交叉编译，速度快；
• 记得 dtb 要复制出来，方便最后处理；
• 构建出来的 deb 包强烈推荐使用传统的架设源服务器管理

第二部分：创建块设备，分区，创建 RISC-V 的 Debian base system

现在无论任何一个发行版，安装 zfs 的树外内核模块都非常方便了，下面以我自己的习惯来创建块设备。如果各位不会使用 zfs 文件系统，也没关系，利用 losetup 创建 .img 文件，作为块设备也是一样的。虽然 zfs 更加“科学”，笑死笑死～

#一下内容均在 root 权限下操作：

zfs create -V 10G root/Container/starfive-lxde
#在 root/Container/ 池下，创建一个名字叫做 starfive-lxde 块设备，大小是10G（10G 对于 Debian/Ubuntu 都够了，但是对于 Gentoo 是不够的，Gentoo 需要120G） 

cfdisk -z /dev/zvol/root/Container/starfive-lxde
#对该块设备进行分区，分区的样子类似下图：

格式化上面的三个分区：

• 注意第一个分区是空分区；
• 第二个分区，格式化成 vfat ，不用取 label 名字；
• 第三个分区，格式化成 ext4，label 取名字叫做：_/boot ；
• 第四个分区，格式化成 ext4，label 取名字叫做：_/ ；

在 /mnt 目录下创建一个目录，我这里就叫做：Starfive，即 /mnt/Starfive

开始一些列操作来挂载块设备到目录到 /mnt/Starfive ；

mount -t ext4 /dev/zvol/root/Container/starfive-lxde-part4 /mnt/Starfive
mkdir -p /mnt/Starfive/boot
mount -t ext4 /dev/zvol/root/Container/starfive-lxde-part3 /mnt/Starfive/boot
mkdir -p /mnt/Starfive/boot/efi
mount -t vfat /dev/zvol/root/Container/starfive-lxde-part2 /mnt/Starfive/boot/efi

挂载完成后，可一运行 lsblk 查看下，结构类似下图：

利用 debootstrap 安装 RISC-V 的 Debian base system 到 /mnt/Starfive 下：

debootstrap --arch=riscv64 --keyring /usr/share/keyrings/debian-ports-archive-keyring.gpg --include=debian-ports-archive-keyring unstable /mnt/Starfive https://deb.debian.org/debian-ports/

解释一下：

• –arch=riscv64 这里强调了架构，是 riscv64 的；
• –keyring 这里需要大家去单独下载一个 deb 包，我已经不记得 debian 和 ubuntu 的源里是否包含，不包含可以下载这个包，下载后解压 deb 提取 debian-ports-archive-keyring.gpg 这个文件放到我上面这个目录下；
• –include 在 base system 保重，添加特定的包，debian-ports-archive-keyring 包是密钥包，添加一下避免后续万一缺少密钥什么麻烦
• 目前 RISC-V 架构并不在稳定版本 Debian 的支持中，比方说现在的 Debian 稳定版是 Debian 11，它是不支持 RISC-V 的，所以我们只能用不稳定版本 Sid/Unstable，如果你在某些网站看到 RISC-V 是稳定分支，那是宣传，并不是真实情况。
• /mnt/Starfive 是目录，现在已经挂载好块设备了
• https://deb.debian.org/debian-ports/ 是下载 deb 包的地址（这是官方源，建议不要用镜像，偶尔因为同步问题，会出现文件校验不匹配）

根据各位的网速，完成 base system 的部署。

第二部分小节：

• 用你们习惯的方法创建块设备；
• 习惯去备份，避免重复劳动，节约时间；
• 掌握 debootstrap 的命令，可以看看 help 的输出，多尝试总不会有错。

第三部分：完善基础系统，准备 /boot 目录必要文件，为开发板最后启动做准备

Debian/Ubuntu 创建 RISC-V 模拟环境

#以下内容均在 root 权限下完成

apt install qemu-user-static binfmt-support -y
#安装 qemu binfmt 创建模拟环境

Archlinux 或者其它发行版创建 RISC-V 模拟环境

大家参考这段 Archlinux wiki 就可以了，我就不班门弄斧了。

随后我们就可以直接用 systemd-nspawn 进入容器开始后续的操作。

#一下内容均在 root 权限下完成

systemd-nspawn -D /mnt/Starfive -M starfive --bind-ro=/etc/resolv.conf
#启动名字为 starfive ，根目录在 /mnt/Starfive 的 Debian RISC-V 容器。

apt update; apt dist-upgrade -y
#更新系统

apt install curl gnupg2 gnupg vim nano initramfs-tools -y
#安装必要的工具，编辑器，为后续生成 initramfs 镜像做准备。

curl -s http://<内核私有源的地址>/xxx/gpg-public.key | apt-key add -
#添加内核私有源的公钥到 apt-key 中，我记得 ubuntu 和 debian 这里略有不同，大家根据不同发行版再搜索下方法。

deb http://<内核私有源的地址>/xxx unstable main
#添加私有源的地址到 /etc/apt/sources.list 中

apt update; apt install <你私有源中内核的名字，切记 linux-headers linux-image 都安装>
#刷源，安装私有源内核

这个时候你的 /boot 目录下应该是这样的：

大家可以从这里下载最早创建的 Fedora 镜像中的启动必要的文件，你可能会问，为什么 Debian/Ubuntu 下不能根据自己的发行版创建？其实原因是开发板的 uboot 读取的配置文件和目前 .efi 文件所决定的，我们按部就班就可以了。

下面我们就需要将 Fedora 原始镜像中文件复制到 Debian/Ubuntu 的 /boot 目录下，做适当修改就可以了。

将 boot 文件夹（从上面下载的压缩包解压出来以后，你会看到）复制到Debian/Ubuntu boot目录下。

那么目前 Debian/Ubuntu 的 /boot 目录下就还有一个 boot 文件夹，里面有一个叫做 uEnv.txt 的文件，大家可以用常用的编辑器打开，将 Fedora 修改成 Debian 。类似下面两张图所示：

完成后我们来复制 EFI 文件夹（压缩包里可以见到），将这个 EFI 文件夹完整复制到 Debian/Ubuntu 的 /boot/efi/ 目录下，你可将 EFI 文件夹里的 fedora 删掉，当然保留也可以，作为一个备份。

将编译内核那个部分生成的 dtb 复制到你的 Debian/Ubuntu 的 /boot/ 目录下。

将压缩包中的 extlinux 目录还有 grub.cfg 也复制到 Debian/Ubuntu 的 /boot 目录下，用编辑器对 extlinux 里面的配置文件和 grub.cfg 进行修改，修改的内容包括 kernel 对应的 vmlinuz 文件名，fdt 对应的 dtb 文件，initd 对应的 initramfs 镜像，UUID值，你可以重新打开一个终端 sudo lsblk 查看根目录的 UUID，复制后、粘贴过去。最后样子大概是这样的：

 

最后别忘了 ls -l 看看 /boot 目录，再 tree 检查一下（没有 tree 就 apt 安装一下）。

感觉大功告成了，别忘了最后的收尾：

passwd root
#为 root 创建一个密码

sync
#同步文件系统，写入缓存

exit
#退出容器

umount /dev/zvol/root/Container/starfive-lxde-*
#卸载挂载的块设备

dd if=/dev/zvol/root/Container/starfive-lxde of=/dev/<你的sdcard> status=progress bs=1M
#将做好的块设备烧到你的 sdcard 上，这里注意确定你的块设备，别写错了

第三部分小结：

• 根据你做的镜像发行版不同，debian 和 ubuntu 导入你内核私有源的公钥会略有不同，根据遇到的情况查阅 Google
• 按部就班，多检查细节