[树莓派3B+]&[内核版本6.1]的linux内核编译+替换 （超详细）

学习Linux的内核编译，我使用的是x86 64位的18.04的ubuntu-linux虚拟机：

目录

树莓派的Linux内核源码安装

操作系统的启动过程 & Bootloader

单片机裸机：C51,STM32

X86，Intel：windows 

嵌入式产品：树莓派，nanopi，海思....

安卓

Bootloader

Linux的内核源码 & 目录树结构

目录树结构

针对树莓派的Linux内核源码配置

方法1 --- 直接使用厂家的.config

方法2 --- 基于厂家的.config配置

运行以下命令来配置内核：(需要在内核的目录下)

驱动的两种加载方式：

方法3 --- 完全自己配置

树莓派Linux内核编译

相关库安装 

内核编译 

 发生报错：

解决办法：

内核编译成功！

打包zImage镜像文件

树莓派的内核更换

SD卡接入虚拟机

输入dmesg查看内核信息

 挂载U盘

安装modules

 替换kernel.img文件

拷贝其他配置文件

断开SD卡连接&解除U盘挂载

串口登录树莓派&解决驱动问题

ssh登录树莓派，大功告成

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树莓派的Linux内核源码安装

我的这个虚拟机的一些基础功能如vim，ssh等都已经装好了，交叉编译链也在前几节安装好了。在开始学习之前，还需要安装“树莓派的Linux内核源码”：

我安装虚拟机的最初过程：

Linux 系统初识_mjmmm的博客-CSDN博客

安装的地址和交叉编译链下载的网址相同，只不过交叉编译链在“tools”下，linux源码在“linux”下：

GitHub - raspberrypi/linux: Kernel source tree for Raspberry Pi-provided kernel builds. Issues unrelated to the linux kernel should be posted on the community forum at https://forums.raspberrypi.com/

•  进入网址后，先在左上角选择和自己树莓派相同版本的branch：

使用“uname -r”查看树莓派的当前内核版本：

 

• 然后点击右侧的绿色“CODE”，复制网址后在虚拟机中使用git clone下载：

 文件比较大，下载时间较长：

由于有好几个GB，所以如果出现提示磁盘空间不足的情况，请移步我的另一篇博文先进行扩容：使用gparted进行ubuntu虚拟机的磁盘扩容（解决gparted无法拖动分区的问题）-CSDN博客

git clone https://github.com/raspberrypi/linux.git

下载成功！ 

操作系统的启动过程 & Bootloader

这个启动过程因操作系统而异：

• 单片机裸机：C51,STM32

C直接操控底层寄存器实现相关业务（while(1)，loop循环...）

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• X86，Intel：windows 

电源 -> BIOS -> windows内核 -> C/D/E...盘 -> 程序启动（QQ，迅雷...）

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• 嵌入式产品：树莓派，nanopi，海思....

电源 -> BootLoader -> Linux内核 ->文件系统 -> 项目（智能家居，人脸识别...）

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• 安卓

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

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Bootloader

嵌入式产品的Bootloader和安卓fastBoot下的Bootloader，都起到“引导操作系统启动”的重要作用。虽然总结下来只有这一句话，但是这其中包含非常多的工作量。

Bootloader的工作一般分为两阶段：

• 一阶段：让CPU驱动 内存；FLASH；串口；IIC；IIS；数据段等设备 （汇编+C）
• 二阶段：引导Linux内核启动（纯C）

Linux的内核源码 & 目录树结构

Linux的内核源码是一个开源的，支持多架构多平台，可移植性非常强大的代码，并由来自全世界的Linux开源社区工作者（多为爱好者）不断共同维护升级。

虽然Linux内核源码有上万行，但是Linux内核编译出来只有若干个M，其原因是编译的时候是针对一个特定平台，所以不是所有的代码都会参与编译。这也再次解释了为什么Linux的可移植性会如此强大。

也正是因为Linux强大的可移植性，针对不同的目标平台（ARM?X86?PowerPC?），在进行内核编译之前，就需要针对性的配置。

目录树结构

尝试使用Tree指令打开刚刚下载的Linux内核源码（没有就先 sudo apt install tree）：

可见，哪怕用tree指令都阅读起来非常吃力，只能大概的了解一下linux（甚至这点都很难做到），想要真正理解内核需要大量的学习，以下只是一个最粗浅的介绍：

• 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。（重要）
• 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：memory manage，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。

针对树莓派的Linux内核源码配置

刚刚提到过，“针对不同的目标平台（ARM?X86?PowerPC?），在进行内核编译之前，就需要针对性的配置”。现在，就以树莓派为目标平台学习如何配置linux源码！

Q1：为什么要学习Linux的源码配置？

A：在之后的学习或工作中可能会涉及到“驱动代码”的编写，而想要编译“驱动代码”，就需要一个提前编译好的内核，想要编译内核就要学会配置源码

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Q2：配置的最终目标？

A：生成.config文件，这个重要的文件会指导Makefile去把有用东西组织成内核

方法1 --- 直接使用厂家的.config

厂家在生产了带有linux操作系统的嵌入式产品后，比如树莓派被生产出后，厂家一定会自己配一个linux内核源码来针对树莓派的linux系统，这时最简单的方式就是直接使用厂家的.config文件

从下载的树莓派的内核源码中，使用以下命令查找.config文件：

find . -name *_defconfig
//"."：当前路径
//"-name"：按名字搜索
//"*_defconfig"：*为通配符，查找所有名字后缀是“_defconfig”的文件

结果不出所料的又跳出了一大堆，首先把范围锁定到“/linux/arch/arm/configs”下，因为树莓派就是基于arch/arm的，在这个目录下找到“bcm2709_defconfig”

树莓派1对应的是bcmrpi_defconfig，树莓派2、3对应的是bcm2709_defconfig

但我购买的是树莓派3B+，上网搜索后，得知芯片应该是bcm2837，所以应该是bcm2837_defconfig，但是并没有找到这个文件，所以先选择bcm2835_deconfig

运行以下命令来配置内核：(需要在内核的目录下)

ARCH=arm CROSS_COMPILE=arm-linux-gnueabihf- KERNEL=kernal7 make 厂家config文件
指定ARM架构 + 指定编译器 + 指定树莓派要求的内核 + 主要核心指令

Q：KERNEL为什么是kernel7？

A：在树莓派中输入“uname -m”：

注意，此处如果使用我前几节安装的4.8.3版本的交叉编译器会提示报错:

如果你也有交叉编译链版本的问题，可以移步至：在ubuntu虚拟机上安装不同版本的交叉编译工具链-CSDN博客

根据我的做法，使用“arm-linux-gcc-4.8.3”就可以使用原先4.8.3的交叉编译工具链；而使用“arm-linux-gcc-5.1”就可以使用5.1的交叉编译工具链了

在安装了5.1版本的交叉编译工具链后，修改以下命令语句，指定到5.1版本的bin下，内核的配置语句成功运行！(如果虚拟机只安装了一种版本的交叉编译器，就可以直接写成CROSS_COMPILE=arm-linux-gnueabihf- )

ARCH=arm CROSS_COMPILE=/home/mjm/ras_CrossCompile/gcc-linaro-5.1-2015.08-x86_64_arm-linux-gnueabihf/bin/arm-linux-gnueabihf- KERNEL=kernel7 make bcm2709_defconfig

方法2 --- 基于厂家的.config配置

这种方法使用make menuconfig，并参照厂家的.config来一项项配置；一般在方法1之后，会使用方法2进行基于原厂config的进一步的个性化设置。 

运行以下命令来配置内核：(需要在内核的目录下)

ARCH=arm CROSS_COMPILE=/home/mjm/ras_CrossCompile/gcc-linaro-5.1-2015.08-x86_64_arm-linux-gnueabihf/bin/arm-linux-gnueabihf- KERNEL=kernel7 make menuconfig

 这里需要装以下ncurse库，使用以下指令安装：

sudo apt-get install libncurses5-dev libncursesw5-dev

输入指令后，如果成功会进入这个界面：

上下键 移到想要操作的选项按 空格 选择操作方式

驱动的两种加载方式：

• 选项前带[*] ：把驱动编译进内核
• 选项前带：以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

方法3 --- 完全自己配置

要求最高，一般不是初级工程师可以handle的。

树莓派Linux内核编译

在完成内核的配置后，就可以真正的开始内核编译了！

内核的编译需要：

1. 交叉编译工具链
2. 配置完成的树莓派内核

相关库安装 

以下库是我在多次报错后总结下来的，每个人虚拟机的配置不尽相同。可能不需要这么多，也可能需要更多，根据报错情况来上网搜索缺少什么库：

sudo apt-get install bc
sudo apt-get install libncurses5-dev libncursesw5-dev //刚刚下过了
sudo apt-get install zlib1g:i386
sudo apt-get install libc6-i386 lib32stdc++6 lib32gcc1 lib32ncurses5
sudo apt-get install g++
sudo apt-get install libgmp-dev
sudo apt-get install libmpc-dev
sudo apt-get install libssl-dev

内核编译 

使用以下语句进行内核编译：

ARCH=arm CROSS_COMPILE=arm-linux-gnueabihf- KERNEL=kernel7 make -j4 zImage modules dtbs
//j4指定用多少电脑资源进行编译 （j4表示4核）
//zImage：生成内核镜像 
//modules：生成驱动模块 
//dtbs：生成配置文件

同样，在原先命令的基础上指定一下5.1版本的交叉编译工具链：

ARCH=arm CROSS_COMPILE=/home/mjm/ras_CrossCompile/gcc-linaro-5.1-2015.08-x86_64_arm-linux-gnueabihf/bin/arm-linux-gnueabihf- KERNEL=kernel7 make -j4 zImage modules dtbs

•  发生报错：

上网搜索后，发现相关资料非常少，原因可能是：用于构建 gcc 插件的虚拟机本机编译器与用于编译内核/驱动程序的交叉编译器之间存在不兼容性 

• 解决办法：

尝试再次进入方法2的手动配置：General architecture-dependent options --> 关闭Gcc plugins：

• 再次运行：

这一次开始正常运行了！！ 

• 内核编译成功！

• 成功得到vmlinux和zImage：

在内核文件夹下ls：

在内核文件夹下的arch/arm/boot下ls：

打包zImage镜像文件

使用以下指令对zImage进行打包，在本目录生成一个kernel_new.img文件，这个文件就是要存放到sd卡中的文件：

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

此处，由于我使用的内核版本过高，没有这个mkknlimg文件，所以在下载内核源码的网站选择一个低版本的内核，下载 mkknlimg 并拷贝过来：

• 网站：GitHub - raspberrypi/linux: Kernel source tree for Raspberry Pi-provided kernel builds. Issues unrelated to the linux kernel should be posted on the community forum at https://forums.raspberrypi.com/
• 选择版本为4.14：

• 在scripts文件夹下找到“mkknlimg”，下载到本地：

• 将文件名的后缀.txt去掉后保存：

• 最后将文件拷贝到虚拟机的 /linux/scripts下：

• 再次运行代码：

运行成功！！

树莓派的内核更换

最后，在得到打包完的kernel_new.img镜像文件后，就可以尝试将这个内核替换掉原本的树莓派内核了：

• SD卡接入虚拟机

将装有树莓派系统的内存卡插入读卡器，连接到电脑，并选择连接到虚拟机：

• 输入dmesg查看内核信息

可见识别到了SD卡，并检测到SD卡的内存被分为了两个分区，这就说明SD卡成功接入了

因为树莓派的sd卡一般就是两个分区：

fat分区：boot相关的内容，kernel的img文件就放在这个分区中

ext4分区：系统的根目录分区

•  挂载U盘

在根目录下：分别创建名为“data1”和“data2”两个文件夹，然后挂载U盘：

//根目录下
1. mkdir data1 data2
2. sudo mount /dev/sdb1 data1   
3. sudo mount /dev/sdb2 data2   

• 安装modules

目的是让驱动也能运行起来

//注意，不同于前面在根目录下，这句代码要在linux内核源码的文件夹下运行！！

sudo ARCH=arm CROSS_COMPILE=arm-linux-gnueabihf- KERNEL=kernel7 make INSTALL_MOD_PATH=ext4的路径 modules_install
//此处我ext4路径写的就是 :/home/mjm/data2

//所以对我来说命令就是：
sudo ARCH=arm CROSS_COMPILE=/home/mjm/ras_CrossCompile/gcc-linaro-5.1-2015.08-x86_64_arm-linux-gnueabihf/bin/arm-linux-gnueabihf- KERNEL=kernel7 make INSTALL_MOD_PATH=/home/mjm/data2 modules_install

•  替换kernel.img文件

在更新前，先将kernel相关文件全部备份：（我存放在了/home/mjm/old_kernel下）

注意！对于我的树莓派3B+来说，镜像文件叫“kernel7.img”： 

然后，将刚刚生成的“kernal_new.img”拷贝到data1，并起名为“kernel7.img”：

//根目录下
cp /home/mjm/linux/kernel_new.img /home/mjm/data1/kernel7.img

由于内核文件非常重要，可以使用“md5sum” 指令来查看一个文件的唯一编码，如果拷贝前后两个文件的值完全相同，就说明拷贝成功：

• 拷贝其他配置文件

//根目录下//
1. cp linux/arch/arm/boot/dts/*.dtb /home/mjm/data1
2. cp linux/arch/arm/boot/dts/overlays/*.dtb* /home/mjm/data1/overlays/
3. cp linux/arch/arm/boot/dts/overlays/README /home/mjm/data1/overlays/

• 断开SD卡连接&解除U盘挂载

先点击虚拟机右下角这个图案，选择“断开连接”，然后再拔出SD卡

然后解除U盘挂载：

sudo umount data1
sudo umount data2

• 串口登录树莓派&解决驱动问题

此时会发现ssh无法登录，所以先用串口来登录查找问题：

SD卡接入windows，打开并修改cmdline.txt，将“console=serial0,115200”加回去：

将SD卡插回树莓派，连接CH340，使用串口启动，输入“uname -r”：

回顾之前的版本：

可见，内核替换成功！但是，输入ifconfig会发现没有连上网，甚至都没有wlan0：

解决办法1：（暂时的，重启就没了）

1. sudo insmod /lib/modules/6.1.63-v7+/kernel/net/rfkill/rfkill.ko.xz
2. sudo insmod /usr/lib/modules/6.1.63-v7+/kernel/drivers/net/wireless/broadcom/brcm80211/brcmutil/brcmutil.ko.xz
3. sudo insmod /lib/modules/6.1.63-v7+/kernel/net/wireless/cfg80211.ko.xz
4. sudo insmod /usr/lib/modules/6.1.63-v7+/kernel/drivers/net/wireless/broadcom/brcm80211/brcmfmac/brcmfmac.ko.xz

//其中“6.1.63-v7+”是我的内核版本

解决办法2：（一劳永逸）用这个！！强烈推荐！！！

1. cd /lib/modules/6.1.63-v7+  //cd到新的内核文件夹下
2. sudo depmod //生成模块映射文件
3. vim/etc/modules-load.d/brcmfmac.conf 然后加入一行内容“brcmfmac”
5. sudo reboot //重启树莓派

使用方法2重启后，再输入ifconfig就可以连上了：

• ssh登录树莓派，大功告成

再次关机，取出SD卡插回电脑，将cmdline.txt的“console=serial0,115200”再删掉：

最后，重新插回SD卡，大功告成！！！！！

此时，就可以ssh登录了！