README.md · Five/elegant_linux_design

《linux驱动优雅设计》

by cxj 2023.

v1.0.0  初始化版本

v1.0.1  进行中

# 0 平台使用指引

本平台采用qemu来虚拟arm/arm64平台，内部提供linux源码、busybox源码、编译脚本、和qemu预装环境。开发者通过该平台可以进行：交叉编译、驱动开发、源码分析与验证等工作。
如下是平台的使用指引及基本思路，读者可以参考。
```

+-----------+      +--------------+       +---------+       +--------------+   +----------+   +------------+
| How to use|------| Environment  |-------| ubuntu  |-------| 14.04~16.04  |---| prebuilt |---| qemu 2.9.1 |
+-----------+      +--------------+       +---------+       +--------------+   +----------+   +------------+
      |                                         |           +--------------+   +-----------------------------------+
      |                                         +-----------| 18.04~20.04  |---|  apt-get intall or newest builing |
      |                                                     +--------------+   +-----------------------------------+
      |
      |            +--------------+        +--------------+      +--------------+
      +------------|    build     |--------|    busybox   |------|  ramdisk     |-----------------------------+
      |            +--------------+        +--------------+      +--------------+                             |
      |                   |                                            |                                      |
      |                   |                +--------------+            |            +---------+               |
      |                   +----------------|    kernel    |------------+----------->|  Image  |               |
      |                   |                +--------------+                         +---------+               |
      |                   |                +--------------+            +---host---+       |                 rootfs
      |                   +----------------|    modules   |------------| kmodules |-------O---share--+        |
      |                                    +--------------+            +----------+       |          |        |
      |              +------------+        +--------------+                               |          |        |
      +--------------|   qemu     |--------|  setup arm   |-------------------------------|      /lib/modules |
                     +------------+        +--------------+                               |          |        |
                           |               +--------------+                               |      +---V-----+  |
                           +---------------|  setup arm64 |-------------------------------+----->| running |<-+   
                                           +--------------+                                      +---A-----+
                                                                                                     |
                                                                                                   /data
                                                                        +--host--+                   |
                                                                        |  data  |-------share-------+
                                                                        +--------+
```

`注意：强烈推荐使用windows的wls子系统安装ubuntu20.04版本，可以快速完成安装部署`

# 1 目录结构

├── busybox-1.35.0    //busybox源码
    ├── elegant-design    //课程设计源码
    ├── linux-5.9         //linux源码
    ├── qemu              //qemu虚拟开发环境
    └── README.md

# 2 使用说明

## 2.1 基础环境

### 2.1.1 交叉编译工具：

【aarch64】

- 直接安装方式：`sudo apt-get install gcc-aarch64-linux-gnu`,安装默认版本
- 其他方式：`https://releases.linaro.org/components/toolchain/binaries/` 选择各类发布版本source或者binary.选择该方式往往是主机或者服务器的环境比较老旧，默认安装的gcc版本较低
- 默认安装：本平台默认使用了其他版本的安装方式，详见：`elegant_linux_design/qemu/arm64/gcc-linaro-7.5.0-2019.12-x86_64_aarch64-linux-gnu`
- 选定交叉编译工具目录后，配置qemu/armXX/export_env,如：
    ```
    ARCH=arm64

CROSS_COMPILE=/home/user1/codes/elegant_linux_design/qemu/arm64/gcc-linaro-7.5.0-2019.12-x86_64_aarch64-linux-gnu/bin/aarch64-linux-gnu-
    ```
    如果是直接安装的方式，可以：
    ```
    ARCH=arm64
    CROSS_COMILE=aarch64-linux-gnu-
    ```

- 注意：
        - 配置CROSS_COMPILE选用选用绝对路径或者环境变量名

【arm】
- 直接安装方式：`sudo apt install libncurses5-dev gcc-arm-linux-gnueabi build-essential flex bison`,安装默认版本

### 2.1.2 Qemu 环境

【aarch64】

- 直接安装方式：`sudo apt-get install qemu-system-aarch64`

- 其他发布版本的安装：`https://download.qemu.org/`, 具体安装可以参考官网wiki。选用该方式，往往是主机或者服务器的环境比较老旧，默认安装版本较低。本平台默认支持较低版本qemu-2.9.1,如果你的平台ubuntu版本是14~16的，可以考虑直接使用该版本，不需要单独下载和编译（但不排除个别电脑环境的差异，该版本也不能运行）。
- 共享目录：为了方便调试，预编译的qemu支持虚拟机与主机的文件共享。如果读者使用的qemu无法通过`setup`脚本启动，可能需要基于源码配置：
`./configure --enable-kvm --enable-virtfs --prefix=$PWD/out`，具体可以参考网上的资源，如：https://blog.csdn.net/gatieme/article/details/82912921

【arm】
- 直接安装方式：`sudo apt-get install qemu`

## 2.2 单独编译busybox

在qemu/armXX中依次执行：

- Step1:

`./config_busybox`

- 选择静态编译：`Settings--->Build static binary(no shared libs)`,退出保存即可

- 结果：在busybox-1.35.0下面会生成`build_busybox_${ARCH}_out/.config`文件

- Step2:

`./build_busybox`

- 在当前目录下会生成ramdisk

- 结果：在`build_busybox_${ARCH}_out`目录下生成_install目录,也就是busybox的最终生成结果
    - 如果需要重新编译busybox（如修改其中的源码），需要删除`build_busybox_${ARCH}_out`目录

- Step3：

`./make_ramdisk`

- 用于在当前目录下生成ramdisk（rootfs）
    - 将Step2生成的_install的内容拷贝，并基于此通过该脚本补充其他所需文件或资源。
    - 生成的ramdisk主要是用于根文件系统，用户的大文件不建议存放与此，可以选择共享目录的方式加载到系统。详见2.1.2说明

## 2.3 单独编译kernel

在qemu/armXX中依次执行：

- Step1:

`./config_kernel`

- 配置`General Settup-->Initramfs source file(s)`中回车，填入对应的rootfs路径，如：ramdisk64

- 结果：在kernel_out目录下产生.config配置文件，并生成制定的rootfs目录（如ramdisk64）。
    - 如果仅通过该命令更新ramdisk，那么可以选择执行`./config_kernel nomenu`
    - 如果是arm(而不是aarch64)，还需要选择：
    ```
    //1:3布局虚拟内存空间
    Kernel Features --->
    Memory split(3G/1G) user/kernel split --->
    [*] High Memory Support

//使能内核log带有内核时间戳（也可以直接配置vexpress_defconfig的CONFIG_PRINTK_TIME=y）
    Kernel hacking  --->
    printk and dmesg options  --->
    [*]show timing information on printks

- Step2:

`./build_kernel`

- 结果：产生kernel_out目录，编译所有built-in的驱动

注意：

- 必须要先生成ramdisk才能编译kernel，因为在制作Image镜像时需要打包该目录内容

- 如果`qemu/armXX/ramdisk`有修改，需要重新执行`./config_kernel`，便于镜像打包文件的更新，否则单独执行该命令或者单独启动qemu，rootfs不会发生任何改变

- 如果编译时遇到：`fatal error: openssl/bio.h: No such file or directory`，可执行：`sudo apt-get install libssl-dev`,之后重新编译即可

## 2.4 编译启动镜像
 
 - 将ramdisk打包到内核镜像中

`./build_image`

- 结果：在kernel_out/arch/armXX/boot/下生成qemu启动所需的镜像Image

注意：
    - 更新ramdisk的内容时，需要执行该脚本，便于同步镜像内容

## 2.5 编译模块
 
 - 可选,依赖build_kernel

`./build_modules`
    
    - 结果：编译生成ko文件，同时会将linux源码配置成模块的所有的ko安装在`kmodules`目录下，该目录将通过`共享目录`形式供qemu使用。

## 2.6 启动arm平台

`./setup arm`

## 2.7 启动arm64平台

`./setup arm64`

- 注意：setup脚本中，默认使用prebuilt的qemu，如果使用host安装的qemu(直接安装方式)，需要修改:
```
SETUP_QEMU=qemu-system-aarch64
```

## 2.8 退出qemu
键盘上执行`ctrl+A`,释放按键之后，单独输入 `x` 即可。

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