Cubieboard2（四） 系统构建 —— 基于 mainline

目录

• 1 环境准备
  • 1.1 编译环境准备
  • 1.2 主线源码准备
    • 1.2.1 linux 源码
    • 1.2.2 U-Boot 源码
    • 1.2.3 启动文件 boot.scr
    • 1.2.4 根文件系统 rootfs
• 2 内核编译
  • 2.1 添加 tenda aic8800 驱动（可选）
  • 2.2 编译 linux 内核
• 3 U-Boot 编译
• 4 分区与烧录
  • 4.1 sdcard 分区
  • 4.2 烧录 SPL
  • 4.3 烧录第 1 分区
  • 4.3 烧录第 2 分区
• 附录：基于 AIC8800 的 Tenda U2 V5 USB WIFI

1 环境准备

1.1 编译环境准备

• 1）配置编译环境的几大要素：

  • （1）OS 平台选择基于微软的 WSL（Windows Subsystem for Linux）的 Ubuntu 22.04（见其它文章）；
  • （2）读卡器+内存卡识别采用 usbipd（见其它文章）；
  • （3）交叉编译工具链采用 arm-linux-gnueabihf-gcc；

• 2）WSL 和 usbipd 见其它文章，这里仅记录交叉编译工具链的配置：

# 安装其它工具库
apt-get install build-essential libncurses5-dev u-boot-tools qemu-user-static \
                debootstrap git binfmt-support libusb-1.0-0-dev pkg-config

# （1）卸载原来的工具链
apt-get remove gcc-arm-linux-gnueabi*

# （2）下载工具链（可任选一个下载）
wget https://releases.linaro.org/components/toolchain/binaries/4.9-2017.01/arm-linux-gnueabihf/gcc-linaro-4.9.4-2017.01-x86_64_arm-linux-gnueabihf.tar.xz
wget https://releases.linaro.org/components/toolchain/binaries/5.5-2017.10/arm-linux-gnueabihf/gcc-linaro-5.5.0-2017.10-x86_64_arm-linux-gnueabihf.tar.xz
wget https://releases.linaro.org/components/toolchain/binaries/6.5-2018.12/arm-linux-gnueabihf/gcc-linaro-6.5.0-2018.12-x86_64_arm-linux-gnueabihf.tar.xz
wget https://releases.linaro.org/components/toolchain/binaries/7.5-2019.12/arm-linux-gnueabihf/gcc-linaro-7.5.0-2019.12-x86_64_arm-linux-gnueabihf.tar.xz
# （3）解压
mkdir /usr/local/arm
tar -xvf gcc-linaro-4.9.4-2017.01-x86_64_arm-linux-gnueabihf.tar.xz -C /usr/local/arm
tar -xvf gcc-linaro-5.5.0-2017.10-x86_64_arm-linux-gnueabihf.tar.xz -C /usr/local/arm
tar -xvf gcc-linaro-6.5.0-2018.12-x86_64_arm-linux-gnueabihf.tar.xz -C /usr/local/arm
tar -xvf gcc-linaro-7.5.0-2019.12-x86_64_arm-linux-gnueabihf.tar.xz -C /usr/local/arm
# （4）配置环境变量，在 /root/.bashrc 文件中添加：
#export PATH=$PATH:gcc-linaro-4.9.4-2017.01-x86_64_arm-linux-gnueabihf/bin
#export PATH=$PATH:gcc-linaro-5.5.0-2017.10-x86_64_arm-linux-gnueabihf/bin
#export PATH=$PATH:gcc-linaro-6.5.0-2018.12-x86_64_arm-linux-gnueabihf/bin
export PATH=$PATH:gcc-linaro-7.5.0-2019.12-x86_64_arm-linux-gnueabihf/bin
# （5）使工具链的环境变量生效
cd && source ~/.bashrc

# （6）测试
arm-linux-gnueabihf-gcc -v
Using built-in specs.
COLLECT_GCC=arm-linux-gnueabihf-gcc
......
gcc version 7.5.0 (Linaro GCC 7.5-2019.12)

# 情况说明：
1. 上面分别列出了 gcc 的 4.9、5.5、6.5、7.5 版本，根据自己要编译的源码选择对应的版本，
   比如 linux-sunxi 基于 linux-3.4 所以要选择 gcc 4.9 版本，而这里我们要编译 linux 的
   主线版本，所以选择 gcc 的最新版本 7.5
2. 通过修改 .bashrc 切换 gcc 版本时可能会遇到不生效的情况。原因是 $PATH 的内容会被继
   承，我们可以通过将 /usr/local/arm 下的旧 gcc 换个名字，然后重启下系统解决。   

• 3）配置结果：

[root@Chris] [2024-09-13 14:44:07] # [~] :
-> cat /etc/os-release
PRETTY_NAME="Ubuntu 22.04.4 LTS"
NAME="Ubuntu"
VERSION_ID="22.04"
VERSION="22.04.4 LTS (Jammy Jellyfish)"
......

[root@Chris] [2024-09-13 14:44:16] # [~] :
-> lsusb
Bus 002 Device 002: ID 067b:2731 Prolific Technology, Inc. USB SD Card Reader

[root@Chris] [2024-09-13 14:44:19] # [~] :
-> lsblk
NAME   MAJ:MIN RM   SIZE RO TYPE MOUNTPOINTS
......
sdd      8:48   1  29.1G  0 disk
├─sdd1   8:49   1    64M  0 part
└─sdd2   8:50   1  29.1G  0 part

[root@Chris] [2024-09-13 14:44:20] # [~] :
-> arm-linux-gnueabihf-gcc -v
Using built-in specs.
COLLECT_GCC=arm-linux-gnueabihf-gcc
......
gcc version 7.5.0 (Linaro GCC 7.5-2019.12)

1.2 主线源码准备

源码可以从其官方网站下载压缩包，但是我更推荐通过 git 仓库下载。原因有两个：
一个是方便切换源码版本；另外就是方便随时查看修改内、还原错误修改。

1.2.1 linux 源码

• 1）linux 源码：3 个仓库任选其一

# linux 源码仓库在 gitlab、github 上由 Linus Torvalds 维护
git clone https://git.kernel.org/pub/scm/linux/kernel/git/torvalds/linux.git
git clone https://github.com/torvalds/linux.git

# 由于 github 连接不稳定等原因，我们可以通过其它方式获取源码 —— 由 Gitee 官方
# 提供的 Linux 源码的镜像仓库，每天同步一次。
git clone https://gitee.com/mirrors/Linux.git


# 由于这次编译主要是为了支持 Tenda 的 aic8800 无线网卡，其支持的内核版本为 V3.10-V6.2，
# 目前（2024.9.13）最新的 v6.1 版本为 v6.1-rc8，所以这里选择 v6.1-rc8 版本。

# 查看内核版本分支
git branch -a       # 查看所有分支
git fetch --tags    # 获取最新标签
git tag | grep v6   # 查看并筛选标签名
# 根据标签创建分支
git checkout tags/v6.1-rc8

# 已经做了修改，又需要在内核源码分支间切换时，可以使用 git stash，如：
# git stash [save "message"]    # 将未提交的更改保存到暂存区，并指定名称为 message（可省略）
# git stash pop                 # 恢复暂存区的更改

1.2.2 U-Boot 源码

• 1）u-boot 源码：2 个仓库任选其一

# 同理，u-boot 源码也提供两个仓库地址，任选一个即可
# github 仓库
git clone https://github.com/u-boot/u-boot.git
# gitee 镜像仓库
git clone https://gitee.com/mirrors/u-boot.git

1.2.3 启动文件 boot.scr

• 1）新建 boot.cmd 文件，并输入以下内容：

setenv stdout serial,hdmi
setenv stderr serial,hdmi
fatload mmc 0 0x46000000 uImage
fatload mmc 0 0x49000000 sun7i-a20-cubieboard2.dtb
setenv bootargs console=ttyS0,115200 rw [earlyprintk] root=/dev/mmcblk0p2 rootwait panic=10 ${extra}
bootm 0x46000000 - 0x49000000

• 2）在上述内容的设置 bootargs 时，没有添加 rw，会导致 “Read-only file system” 的错误。
• 3）编译出 boot.scr：

mkimage -C none -A arm -T script -d boot.cmd boot.scr

1.2.4 根文件系统 rootfs

这里我们使用 debootstrap 制作从镜像网站下载的根文件系统包。

• 1）生成 rootfs：

## man debootstrap ：
 # --no-check-gpg ：Disables checking gpg signatures of retrieved Release files.
 #
 # 从 man 的示例 “debootstrap stretch ./stretch-chroot http://deb.debian.org/debian” 可知：
 # 这里允许自定义下载源，官方的地址已经不支持 wheezy 版本，这里通过指定阿里源来指定 debian 版本为 fullseye 或 bookworm
 # 
debootstrap --foreign --no-check-gpg --arch armhf bookworm . http://mirrors.aliyun.com/debian/
debootstrap --foreign --no-check-gpg --arch armhf bullseye . http://mirrors.aliyun.com/debian/

# 如果要制作 ubuntu 根文件系统，则需要指定 ubuntu 的源
debootstrap --foreign --no-check-gpg --arch armhf noble . https://mirrors.aliyun.com/ubuntu-ports/
debootstrap --foreign --no-check-gpg --arch armhf jammy . https://mirrors.aliyun.com/ubuntu-ports/

cp /usr/bin/qemu-arm-static usr/bin/
LC_ALL=C LANGUAGE=C LANG=C chroot . /debootstrap/debootstrap --second-stage

至此，所有的环境我们准备就绪，使用 tree 命令查看一下：

2 内核编译

2.1 添加 tenda aic8800 驱动（可选）

linux-sunxi 基于 linux-3.4 内核修改，而 Tenda U2 V5.0（基于 aic8800 芯片）支持的 linux 内核版本为 V3.10-V6.2。
尝试在升级内核后的 Cubieboard2 上安装 .deb 驱动包，但报错 linux-headers 问题以及 Invalid module format 问题，因此选择直接编译到内核中。

# 复制内核源码（来自其驱动的 deb 包解压）
cp ~/aic8800/drivers/aic8800/ -r drivers/net/wireless/

# 打开 drivers/net/wireless/Makefile 文件，添加：
obj-$(CONFIG_AIC_WLAN_SUPPORT) += aic8800/

# 打开 drivers/net/wireless/Kconfig 文件，添加：
source "drivers/net/wireless/aic8800/Kconfig"

• 查看修改结果：

2.2 编译 linux 内核

• 1）以 sunxi_defconfig 为基础，生成 .config 配置文件：

make ARCH=arm CROSS_COMPILE=arm-linux-gnueabihf- sunxi_defconfig

......
#
# configuration written to .config
#
在 arch/arm/configs/ 目录下有许多开发板的预定义配置文件，这里我们选择 Allwinner Cubieboard2 的 sunxi_defconfig

• 2）编译菜单项配置（这是一个需要不断调试的枯燥工作）：

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

输入上述命令后，会弹出编译菜单项的窗口，根据自己的需求修改。我这里需要无线网卡 AIC8800、USB 大容量设备（用来接 USB 转 SSD）等。
*，表示该驱动将作为内核的一部分被编译进内核映像中，键入 “Y” 生效；M，则表示该驱动将作为一个独立的模块编译，并且可以在需要时通过 insmod 或 modprobe 加载，键入 “M” 生效；键入 “N” 表示不选中。

第一级	第二级	第三级	第四级	第五级	说明
Enable loadable module support
Networking support	Wireless	cfg80211 - wireless configuration API	Generic IEEE 802.11 Networking Stack (mac80211)
Device Drivers	Serial ATA and Parallel ATA drivers	Allwinner sunxi AHCI SATA support			SATA，默认已选中
Device Drivers	Network device support	Universal TUN/TAP device driver support			Tun/Tap
Device Drivers	Network device support	Wireless LAN	AIC wireless Support	AIC8800 wlan Support AIC8800 Load Firmware Support	USB 无线网卡
Device Drivers	Network device support	Wireless LAN	Ralink devices		USB 无线网卡
Device Drivers	Input device support	Keyboards (NEW)	sunxi IR support (NEW)		红外线，未支持
Device Drivers	GPIO Support	GPIO Support for sunxi platform			GPIO
Device Drivers	Multimedia support	Video capture adapters	V4L USB devices	USB Video Class (UVC)	多媒体，摄像头
Device Drivers	Graphics support	Frame buffer devices	Support for frame buffer devices	Simple framebuffer support
Device Drivers	Graphics support	Console display driver support	Framebuffer Console support
Device Drivers	USB support	USB Mass Storage support	勾选其所有展开的菜单项(16)		USB 转 stat、USB 读卡器等支持
Device Drivers	USB support	USB Serial Converter support	USB Prolific 2303 Single Port Serial Driver		USB 转串口
Kernel hacking	Kernel debugging
Kernel hacking	arm Debugging	Kernel low-level debugging functions	Kernel low-level debugging port	Kernel low-level debugging messages via sunxi UART0
Kernel hacking	arm Debugging	Early printk

• 3）开始编译（i7-9750 12 核心花费 5 分钟）：

make -j$(nproc) ARCH=arm CROSS_COMPILE=arm-linux-gnueabihf- zImage dtbs
......
  OBJCOPY arch/arm/boot/zImage
  Kernel: arch/arm/boot/zImage is ready

# 把 zImage 转换为 uImage 
cd ~/mainline/linux
mkimage -A arm -O linux -T kernel -C none -a 0x46000000 -e 0x46000000 -n "Linux kernel uImage" -d arch/arm/boot/zImage ../uImage

• 4）复制 dtc（编译与反编译设备树文件）到 /usr/bin 目录备用：

cp ./scripts/dtc/dtc /usr/bin

3 U-Boot 编译

• 1）查看 Cubieboard2 配置文件：

• 2）编译生成 u-boot-sunxi-with-spl.bin 文件：

make ARCH=arm CROSS_COMPILE=arm-linux-gnueabihf- Cubieboard2_defconfig
make ARCH=arm CROSS_COMPILE=arm-linux-gnueabihf-

......
  OBJCOPY spl/u-boot-spl-nodtb.bin
  COPY    spl/u-boot-spl.bin
  SYM     spl/u-boot-spl.sym
  MKIMAGE spl/sunxi-spl.bin
  MKIMAGE u-boot.img
  COPY    u-boot.dtb
  MKIMAGE u-boot-dtb.img
  BINMAN  .binman_stamp
  OFCHK   .config

4 分区与烧录

4.1 sdcard 分区

• 1）读卡器插入主机后，查看：

[root@Chris] [2024-09-13 18:00:33] # [~] :
-> lsblk
NAME   MAJ:MIN RM   SIZE RO TYPE MOUNTPOINTS
.....
sdd      8:48   1  29.1G  0 disk
└─sdd1   8:49   1  29.1G  0 part

• 2）创建 DOS 分区表：

• 3）创建 2 个分区：

• 4）格式化：

mkfs.vfat ${card}1
mkfs.ext4 ${card}2

4.2 烧录 SPL

• 1）SPL（Second Program Loader，可以认为是 uboot 的 bootloader，用来加载完整 uboot 到 SDRAM 中）烧录：

dd if=u-boot-sunxi-with-spl.bin of=$card bs=1024 seek=8
sync

4.3 烧录第 1 分区

• 2）烧录镜像、dtb、启动文件 boot.scr 到 sdcard 的第一分区中：

cd ~/mainline/
mkdir /mnt/h

# 挂载分区 1
mount ${card}1                /mnt/h
cp linux/arch/arm/boot/dts/sun7i-a20-cubieboard2.dtb /mnt/h
cp linux/arch/arm/boot/zImage /mnt/h
cp boot.scr                   /mnt/h

# 卸载分区 1
sync && sudo umount /mnt/h

4.3 烧录第 2 分区

第二分区主要烧录根文件系统 rootfs。

• 1）配置根文件系统 rootfs：

cd ~/rootfs/chroot-armhf-bullseye/
chroot . passwd

echo "Cubieboard2"            > etc/hostname && cat etc/hostname
echo "127.0.0.1 Cubieboard2" >> etc/hosts && cat etc/hosts

# 安装内核驱动模块
cd ~/mainline/linux
make ARCH=arm CROSS_COMPILE=arm-linux-gnueabihf- INSTALL_MOD_PATH=~/rootfs/chroot-armhf-bullseye/ modules modules_install

cd ~/rootfs/chroot-armhf-bullseye/

# 初始化 inittab 文件
echo T0:2345:respawn:/sbin/getty -L ttyS0 115200 vt100 >> etc/inittab && cat etc/inittab

# 挂载 SSD
chroot . mkdir /data
echo UUID=8612ea26-f6a4-4b2e-b9bc-775a662b0dea /data ext2 defaults,noatime,nofail 0 0 >> etc/fstab

# 初始化 sources.list 文件
# vi etc/apt/sources.list

chroot . apt-get update
chroot . apt-get upgrade
chroot . apt-get install openssh-server locales wireless-tools wpasupplicant vim lrzsz net-tools ntpdate
echo "*/60 * * * * /usr/sbin/ntpdate ntp.sjtu.edu.cn" >> /var/spool/cron/crontabs/root

echo "export LC_ALL=\"zh_CN.UTF-8\""
echo "en_US.UTF-8 UTF-8" > etc/locale.gen
echo "zh_CN.UTF-8 UTF-8" >> etc/locale.gen
chroot . locale-gen



# 备份 rootfs。
cd ../ && tar -czvf chroot-armhf-bullseye-`date +%Y%m%d_%H%M%S`.tar.gz chroot-armhf-bullseye/

• 2）烧录到第 2 分区：

# 挂载分区 2
mount ${card}2 /mnt/h
# 烧录 rootfs
mv ~/rootfs/chroot-armhf-bullseye/* /mnt/h/
# 卸载分区 2
sync && umount /mnt/h

附录：基于 AIC8800 的 Tenda U2 V5 USB WIFI

• 参考：

  • 驱动编译：https://cloud-atlas.readthedocs.io/zh-cn/latest/linux/ubuntu_linux/network/ubuntu_aic8800.html
  • 内核驱动移植：https://www.cnblogs.com/weidongshan/articles/18367372
  • AIC8800D Wi-Fi6/BT5.0 SoC USB移植手册：https://bbs.16rd.com/thread-586140-1-1.html
  • RK3568 Debian AIC8800移植：https://blog.csdn.net/zyaaaac/article/details/133947137
  • A20网络机顶盒移植4.5内核+U-Boot+rootfs：https://www.csdndocs.com/article/7504314

• 1）添加驱动程序：以基于 aic8800 的 USB WIFI 为例

  • （1）将内核文件复制到 drivers/net/wireless 目录下

  • 

  • （2）修改 drivers/net/wireless/Kconfig 文件，添加下面一行内容：

  source "drivers/net/wireless/aic8800/Kconfig"
  

  • （3）修改 drivers/net/wireless/Makefile 文件，添加下面一行内容：

  obj-$(CONFIG_AIC_WLAN_SUPPORT) += aic8800/
  

  • （4）通过 make menuconfig 修改配置文件时，进行如下选择：

  Device Drivers  --->
      [*] Network device support  --->
          [*]   Wireless LAN  --->
              [*]   AIC wireless Support
              <M>     AIC8800 wlan Support
              <M>     AIC8800 bluetooth Support (UART)
  

• 2）Linux 内核编译参考：

  # 安装工具链
  apt-get install build-essential bc bison flex libncurses5-dev libssl-dev \
      gcc-arm-linux-gnueabihf arm-linux-gnueabihf-g++
  
  # 下载内核
  git clone -b v5.4 https://github.com/torvalds/linux.git
  cd linux
  
  # 生成默认的内核配置文件
  make ARCH=arm CROSS_COMPILE=arm-linux-gnueabihf- defconfig  
  # 启动一个基于文本的交互式菜单，允许用户手动配置内核
  make ARCH=arm CROSS_COMPILE=arm-linux-gnueabihf- menuconfig 
  
  # 主要用于在现有配置基础上进行增量更新，以适应新的内核版本或更新的默认配置
  make ARCH=arm CROSS_COMPILE=arm-linux-gnueabihf- olddefconfig
  # 编译内核镜像
  make -j$(nproc) ARCH=arm CROSS_COMPILE=arm-linux-gnueabihf- uImage modules
  # 仅编译内核驱动
  make -j$(nproc) ARCH=arm CROSS_COMPILE=arm-linux-gnueabihf- M=drivers/net/wireless/aic8800 modules
  
  # 清理
  make ARCH=arm CROSS_COMPILE=arm-linux-gnueabihf- clean
  
  

• 3）Tenda U2 V5 最小内核版本支持 3.10，在 3.18.140 版本编译成功

• 4）问题处理（编译 linux-3.11 版本时出现）：ERROR: Kernel configuration is invalid.

  现象：
  ERROR: Kernel configuration is invalid.
       include/generated/autoconf.h or include/config/auto.conf are missing.
       Run 'make oldconfig && make prepare' on kernel src to fix it.
  
  处理：
  # 清理编译失败的文件
  make mrproper 
  
  # 生成默认的内核配置文件
  make ARCH=arm CROSS_COMPILE=arm-linux-gnueabihf- defconfig  
  # 启动一个基于文本的交互式菜单，允许用户手动配置内核
  make ARCH=arm CROSS_COMPILE=arm-linux-gnueabihf- menuconfig 
  # 主要用于在现有配置基础上进行增量更新，以适应新的内核版本或更新的默认配置
  make ARCH=arm CROSS_COMPILE=arm-linux-gnueabihf- olddefconfig
  
  # 准备内核源码树，生成一些必要的头文件和其他辅助文件。
  make ARCH=arm CROSS_COMPILE=arm-linux-gnueabihf- prepare
  # 生成内核编译过程中需要用到的脚本文件
  make ARCH=arm CROSS_COMPILE=arm-linux-gnueabihf- scripts 
  ...
  

• 5）问题处理：

  WARNING: Symbol version dump /root/linux-3.10.1/Module.symvers
         is missing; modules will have no dependencies and modversions.
  
  先编译内核镜像，再编译内核驱动即可
  make -j$(nproc) ARCH=arm CROSS_COMPILE=arm-linux-gnueabihf- uImage modules
  make -j$(nproc) ARCH=arm CROSS_COMPILE=arm-linux-gnueabihf- M=drivers/net/wireless/aic8800 modules
  

• 6）问题处理：

# make ARCH=arm CROSS_COMPILE=arm-linux-gnueabihf- sunxi_defconfig

drivers/net/wireless/aic8800/aic8800_fdrv/Kconfig:4: syntax error
drivers/net/wireless/aic8800/aic8800_fdrv/Kconfig:3: unknown statement "---help---"
drivers/net/wireless/aic8800/aic8800_fdrv/Kconfig:4:warning: ignoring unsupported character '.'
drivers/net/wireless/aic8800/aic8800_fdrv/Kconfig:4: unknown statement "This"
make[1]: *** [scripts/kconfig/Makefile:94: sunxi_defconfig] Error 1
make: *** [Makefile:697: sunxi_defconfig] Error 2

通过 make mrproper 命令清理旧的编译缓存文件。