时间轴

2025-12-31

init

2025-01-14

add buildroot

环境

Host OS

使用WSL2的archlinux

使用Ubuntu也可，参考：

WSL Ubuntu20.04安装与配置

https://even629.com/posts/2512299

compiler

ARM目前总共发布了8种架构：ARMv1、ARMv2、ARMv3、ARMv4、ARMv5、ARMv6、ARMv7、ARMv8。

针对于支持ARMv8指令集的处理器可以使用-march=armv8-a参数编译代码，ARM GNU编译器可通过下面的链接下载

Arm GNU Toolchain Downloads

https://developer.arm.com/downloads/-/arm-gnu-toolchain-downloads

比如archlinux上通过pacman下载的aarch64-linux-gnu-gcc版本是15.1.0，它的文件是flat布局的。不适用于buildroot的编译工具链。

aarch64-linux-gnu-gcc

推荐使用ARM官网的编译器，它是Portable的，解压后即可使用。

本文使用的是11.2版本的交叉编译器

aarch64-none-linux-gnu 11.2

https://developer.arm.com/-/media/files/downloads/gnu/11.2-2022.02/binrel/gcc-arm-11.2-2022.02-x86_64-aarch64-none-linux-gnu.tar.xz

aarch64-none-linux-gnu 11.2

https://pan.quark.cn/s/c5681aa0b3ef

提取码：71g1

可以将其添加到环境变量

1
2
3

# ~/.bashrc或~/.
emacs ~/.bashrc
export PATH="$HOME/tools/gcc-arm-11.2-2022.02-x86_64-aarch64-none-linux-gnu/bin:$PATH"

使用11.2.1版本的aarch64-none-linux-gnu-gcc

aarch64-none-linux-gnu-gcc

编译内核

sudo pacman -Syu bc
git clone --depth=1 --branch rpi-5.10.y --single-branch https://github.com/raspberrypi/linux.git linux-5.10.y-raspi
make mrproper
make ARCH=arm64 CROSS_COMPILE=aarch64-none-linux-gnu- bcm2711_defconfig
make ARCH=arm64 CROSS_COMPILE=aarch64-none-linux-gnu- modules_prepare
make ARCH=arm64 CROSS_COMPILE=aarch64-none-linux-gnu- Image modules dtbs -j$(nproc)

# 把编译好的内核镜像和设备树放在指定目录下
mkdir -p ~/tftp/raspi4b
cp arch/arm64/boot/Image ~/tftp/raspi4b
cp arch/arm64/boot/dts/broadcom/bcm2711-rpi-4-b.dtb ~/tftp/raspi4b

输出：

arch/arm64/boot/Image
arch/arm64/boot/dts/broadcom/bcm2711-rpi-4-b.dtb

编译根文件系统

busybox

参考：

最小Linux系统编译运行

https://even629.com/posts/42869

注意这篇博客使用的是archlinux上pacman下载的aarch64-linux-gnu-gcc编译器，编译器最好和编译内核的编译器保持一致，这里我们选择aarch64-none-linux-gnu-gcc

拷贝动态库文件时要拷贝编译器目录下的：

1
2

cp ~/tools/gcc-arm-11.2-2022.02-x86_64-aarch64-none-linux-gnu/aarch64-none-linux-gnu/libc/lib/ld-linux-aarch64.so.1 ./lib/
cp ~/tools/gcc-arm-11.2-2022.02-x86_64-aarch64-none-linux-gnu/aarch64-none-linux-gnu/libc/lib64/* ./lib64/

编译完成后进入linux内核代码，安装驱动：

# 安装驱动，拷贝到根文件系统
cd /home/zhaohang/repository/linux/linux-5.10.y-raspi
# busybox
make ARCH=arm64 \
     CROSS_COMPILE=aarch64-none-linux-gnu- \
     INSTALL_MOD_PATH=/home/zhaohang/repository/linux/busybox-1.37.0/_install/ \
     modules_install

buildroot

Archlinux默认工具链及AUR提供的交叉工具链都是无法复制使用的，因为 Buildroot 在构建时会将工具链复制到工作目录执行，因此我们需要选择 Portable 的工具链。

wget https://buildroot.org/downloads/buildroot-2025.11.tar.gz
# WSL下PATH含有空格，临时重新设置
export PATH=/usr/local/sbin:/usr/local/bin:/usr/sbin:/usr/bin:/sbin:/bin:/usr/games:/usr/local/games:/usr/lib/wsl/lib

tar xvf buildroot-2025.11.tar.gz
cd buildroot-2025.11
make menucofig

配置如下

Target Options  --->
	Target Architecture (AArch64 (little endian))  --->
 	Target Architecture Variant (cortex-A72)  --->
 	Floating point strategy (FP-ARMv8)  --->
 	MMU Page Size (4KB)  --->
 	Target Binary Format (ELF)  --->

Toolchain  --->
	Toolchain type (External toolchain)  --->
  	*** Toolchain External Options ***
	Toolchain (Custom toolchain)  --->
	Toolchain origin (Pre-installed toolchain)  ---> (/home/zhaohang/tools/gcc-arm-11.2-2022.02-x86_64-aarch64-none-linux-gnu) Toolchain path
	($(ARCH)-none-linux-gnu) Toolchain prefix
	External toolchain gcc version (11.x)  --->
	External toolchain kernel headers series (4.20.x)  --->
	External toolchain C library (glibc)  --->
	[*] Toolchain has SSP support? (NEW)
	[*]   Toolchain has SSP strong support? (NEW)
	[ ] Toolchain has RPC support? (NEW)
	[*] Toolchain has C++ support?
	[ ] Toolchain has D support? (NEW)
	[*] Toolchain has Fortran support?
	[*] Toolchain has OpenMP support?
	[ ] Copy gdb server to the Target (NEW)


System configuration  --->
        /dev management (Dynamic using devtmpfs + mdev)  --->
	[*] Enable root login with password (NEW)
	(root) Root password


Filesystem images  --->
	[*] ext2/3/4 root filesystem
		ext2/3/4 variant (ext4)  --->
	(rootfs) filesystem label
	(512M) exact size

这里kernel中的选项都不要打开（默认是不打开的），因为我们要自己编译kernel；bootloader的选项也都不要打开，因为使用qemu启动不需要bootloader。

External toolchain kernel headers series (4.20.x) 这里指的是工具链对应的内核版本，可以在gcc-arm-11.2-2022.02-x86_64-aarch64-none-linux-gnu/aarch64-none-linux-gnu/libc/usr/include/linux/version.h目录查看，这里应该是4.20.x

编译：

1 2	sudo pacman -Syu unzip cpio rsync make

进入linux内核目录，安装驱动

# 安装驱动，拷贝到根文件系统
cd /home/zhaohang/repository/linux/linux-5.10.y-raspi

# buildroot
make ARCH=arm64 \
     CROSS_COMPILE=aarch64-none-linux-gnu- \
     INSTALL_MOD_PATH=/home/zhaohang/repository/linux/buildroot-2025.11/output/target \
     modules_install

make
# 编译生成rootfs.ext4
cp output/images/rootfs.ext4 ~/tftp

yocto

mkdir -p ~/repository/linux/yocto
cd ~/repository/linux/yocto
# use git to cline bitbake-setup
git clone https://git.openembedded.org/bitbake

sudo pacman -Sy chrpath diffstat inetutils rpcsvc-proto
python3 ./bitbake/bin/bitbake-setup init --non-interactive poky-whinlatter poky distro/poky machine/qemuarm64

Yocto 不会自动识别任意外部工具链！必须有一个专门的 layer 提供对该工具链的支持（通过 tcmode-*.inc 和 toolchain-*.conf 文件）。常见支持层：meta-arm → 支持 ARM 官方 GNU Toolchain

Yocto Project / OpenEmbedded 构建系统 中可用的 发行版（distribution）配置

poky-master
- Poky 是 Yocto Project 的参考发行版（reference distribution）。
- -master 表示使用 最新开发主线（main branch） 的代码，即 尚未发布、正在开发中的版本。
oe-nodistro-master
- OpenEmbedded (OE) 是 Yocto Project 底层的构建框架。
- nodistro 表示“无发行版”模式——不绑定任何特定发行版策略，只提供最基础的构建能力。
- -master 同样表示使用 开发主线。
oe-nodistro-whinlatter
- 基于 OpenEmbedded 的 nodistro 配置；
- 使用 Yocto 5.3 版本代号 “whinlatter” 的稳定分支；
- 属于长期支持版本；
- nodistro 表示“无发行版”模式。
poky-whinlatter
- Poky 发行版 的 5.3 “whinlatter” 稳定版本；
- 包含完整的默认配置（如使用 systemd、RPM/deb 包格式可选、默认工具链等）；
- 属于长期支持版本；
- 是 Yocto Project 官方测试和认证的参考平台。

“whinlatter” 是 Yocto Project 5.3 的代号（Yocto 版本从 4.0 开始用鸟类名称命名，5.3 = Whinchat + Lark → “Whinlatter”）。

BitBake 构建配置（layers / templates）

poky
- 这是 标准的 Poky 构建配置。
- 所有软件包（recipes）都会从源码完整构建（除非你本地已有缓存）。
- 安全、可靠、行为可预测。
poky-with-sstate
- 启用了 远程共享状态（shared state, sstate）缓存。
- 构建时会尝试从 Yocto 官方或指定的 sstate 镜像服务器 下载预编译的中间产物（如已编译的库、内核模块等），从而大幅加快构建速度。
- 但有严格前提：
- 你的 本地网络必须非常稳定且带宽充足；
- 必须能访问外部 sstate 服务器（通常需要互联网）；
- 如果网络中断或镜像不匹配，可能导致构建失败或不一致；
- “Use with caution” 正是提醒这一点。

sstate 是 Yocto 的缓存机制：它保存任务的输出（如 do_compile 的结果），下次构建相同内容时可直接复用，无需重做。

目标机器（Target Machine）

machine/qemux86-64
- 模拟 x86_64 架构的 PC，使用 QEMU 虚拟机。
- 基于标准 PC 硬件模型（如 Intel/AMD 64 位 CPU、常见外设）。
machine/qemuarm64
- 模拟 ARM64（AArch64）架构 的虚拟设备（如基于 Cortex-A57 的系统）。
- 也通过 QEMU 运行，无需真实 ARM 板子。
machine/qemuriscv64
- 模拟 RISC-V 64 位架构 的虚拟机。
machine/genericarm64
- 通用 ARM64 真实硬件 的参考配置（非模拟器）。
- 不绑定具体板子（如 Raspberry Pi、BeagleBone），而是提供一个“通用”ARM64 BSP。
- 需要将生成的镜像烧录到真实的 ARM64 开发板上运行。
- 可能缺少特定板级驱动（如 GPU、WiFi），需自行适配。
machine/genericx86-64
- 通用 x86_64 真实硬件 的参考配置（如普通 PC、Intel NUC、工控机）。
- 生成的镜像可直接写入 U 盘，在真实 x86_64 电脑上启动。

发行版配置变体（Distribution configuration variants）

distro/poky
- 标准 Poky 发行版配置。包含完整的 Linux 系统：glibc、systemd、包管理器（RPM 或 IPK）、常用工具（bash、coreutls、networking 等）。
- 默认使用 systemd 作为 init 系统。
- 适合通用开发、学习和大多数嵌入式应用场景。
- 镜像较大（几百 MB），但功能齐全。
distro/poky-altcfg
- Poky 的替代配置（alternative configuration）。
- 通常用于测试不同的底层组件组合，例如：
  - 使用 musl libc 替代 glibc；
  - 使用 busybox + sysvinit 替代 systemd；
  - 更小的默认镜像或不同安全策略。
- 具体行为取决于 Yocto 版本，文档较少，稳定性不如标准 Poky。
- 主要用于 Yocto 内部测试或高级定制场景。
distro/poky-tiny
- 极简版 Poky，专为资源受限设备设计。
- 特点：
  - 使用 musl libc（更小、更快）；
  - 使用 busybox + sysvinit（无 systemd）；
  - 移除了大量非必要软件包；
  - 最终根文件系统可小至 10–20 MB。
- 功能有限：可能没有网络工具、shell 功能简化、无包管理。
- 适合：微控制器级应用、启动加载器后的最小环境、安全关键系统。

# 进入构建环境
cd /home/zhaohang/repository/linux/yocto/bitbake-builds/poky-whinlatter

# 配置
# 生成文件系统的格式
emacs build/conf/local.conf
# 添加下面内容
IMAGE_FSTYPES = "ext4 cpio.gz"
# 指定工具链安装路径
# EXTERNAL_TOOLCHAIN = "/home/zhaohang/tools/gcc-arm-11.2-2022.02-x86_64-aarch64-none-linux-gnu"

# 激活当前构建
source ./build/init-build-env
# 检测当前配置
bitbake-config-build list-fragments

# 构建最小 rootfs
bitbake core-image-minimal

内核模块

内核模块示例代码

#include <linux/init.h>
#include <linux/module.h>

static int __init hello_world_init(void){
        printk(KERN_INFO "hello world!\n");
        return 0;
}

static void __exit hello_world_exit(void){
        pr_info("hello world module exit\n");
}
module_init(hello_world_init);
module_exit(hello_world_exit);

MODULE_LICENSE("GPL");
MODULE_AUTHOR("even629<asqwgo@outlook.com>");
MODULE_DESCRIPTION("hello world!");

external module

这里以busybox根文件系统为例

Makefile

DRIVER_NAME := hello_world

obj-m += $(DRIVER_NAME).o
KERNEL_SRC:=/home/zhaohang/repository/linux/linux-5.10.y-raspi

PWD ?=$(shell pwd)
ARCH = arm64
CROSS_COMPILE = aarch64-none-linux-gnu-


all: build

build:
	$(MAKE) ARCH=$(ARCH) CROSS_COMPILE=$(CROSS_COMPILE) -C $(KERNEL_SRC) M=$(PWD) modules

clean:
	$(MAKE) ARCH=$(ARCH) CROSS_COMPILE=$(CROSS_COMPILE) -C $(KERNEL_SRC) M=$(PWD) modules clean
	rm -rf *.ko *.o *.mod.o *.mod.c *.symvers *.order .tmp*

.PHONY: all deploy qemu
deploy:
	cp $(DRIVER_NAME).ko /home/zhaohang/repository/linux/busybox-1.37.0/_install
	/bin/bash /home/zhaohang/repository/linux/busybox-1.37.0/deploy.sh

qemu:
	qemu-system-aarch64 \
		-M raspi4b \
		-cpu cortex-a72 \
		-m 2G \
		-nographic \
		-kernel /home/zhaohang/tftp/raspi4b/Image \
		-dtb /home/zhaohang/tftp/raspi4b/bcm2711-rpi-4-b.dtb \
		-initrd /home/zhaohang/tftp/initramfs.cpio.gz \
		-append "console=ttyAMA0 earlycon=pl011,0xfe201000 rdinit=/linuxrc"

其中打包根文件系统的脚本deploy.sh如下：

#!/bin/bash

INSTALL_PATH=/home/zhaohang/repository/linux/busybox-1.37.0/_install

cd "$INSTALL_PATH" || exit 1

rm -rf ../initramfs.cpio.gz ~/tftp/initramfs.cpio.gz

find . | cpio -o -H newc | gzip -c > ../initramfs.cpio.gz

cp ../initramfs.cpio.gz ~/tftp

echo "cp initramfs.cpio.gz ~/tftp"

遇到一个问题是在WSL2 archlinux 上用 aarch64-linux-gnu-gcc 编译时没 print（aarch64-none-linux-gnu-gcc也不行），目前没找到解决办法，在 stackoverflow 上详细描述了具体问题：

No gcc compiling log CC [M] showing up

https://stackoverflow.com/questions/79858012/

而使用WSL2 Ubuntu20.04时没有这个问题。

built-in module

在drivers/char(以字符驱动为例)创建文件夹helloworld，然后将驱动源代码放入，然后创建Kconfig文件

config HELLO_WORLD
  bool "helloworld support"
  default y
  help
      helloworld

更改drivers

1
2
3

emacs ../Kconfig
# 添加
source "drivers/char/helloworld/Kconfig"

在驱动源码里创建Makefile

1	obj-$(CONFIG_helloworld) += helloworld.o

然后在上一级的Makefile中添加：

1
2
3

emacs ../Makefile
# 添加
obj-y += helloworld/

然后编译内核即可

qemu 运行

qemu版本

$ sudo pacman -Syu qemu-system-aarch64
$ qemu-system-aarch64 --version
QEMU emulator version 10.1.2
Copyright (c) 2003-2025 Fabrice Bellard and the QEMU Project developers

busybox 根文件系统

busybox这里我们编译成initramfs.cpio.gz，作为initrd参数的值。

运行

qemu-system-aarch64 \
  -M raspi4b \
  -cpu cortex-a72 \
  -m 2G \
  -nographic \
  -kernel /home/zhaohang/tftp/raspi4b/Image \
  -dtb /home/zhaohang/tftp/raspi4b/bcm2711-rpi-4-b.dtb \
  -initrd /home/zhaohang/tftp/initramfs.cpio.gz \
  -append "console=ttyAMA0 earlycon=pl011,0xfe201000 rdinit=/linuxrc"

按command + a, 然后按 x 可以退出qemu

buildroot 根文件系统

buildroot这里我们使用sd卡挂载文件系统

$ qemu-system-aarch64 \
  -M raspi4b \
  -cpu cortex-a72 \
  -m 2G \
  -nographic \
  -kernel /home/zhaohang/tftp/raspi4b/Image \
  -dtb /home/zhaohang/tftp/raspi4b/bcm2711-rpi-4-b.dtb \
  -sd /home/zhaohang/tftp/rootfs.ext4 \
  -append "console=ttyAMA0 earlycon=pl011,0xfe201000 root=/dev/mmcblk1 rw rootwait"

按command + a, 然后按 x 可以退出qemu

yocto 根文件系统

使用initramfs.cpio.gz或使用sd卡挂载文件系统

$ qemu-system-aarch64 \
  -M raspi4b \
  -cpu cortex-a72 \
  -m 2G \
  -nographic \
  -kernel /home/zhaohang/tftp/raspi4b/Image \
  -dtb /home/zhaohang/tftp/raspi4b/bcm2711-rpi-4-b.dtb \
  -initrd /home/zhaohang/repository/linux/yocto/bitbake-builds/poky-whinlatter/build/tmp/deploy/images/qemuarm64/core-image-minimal-qemuarm64.rootfs.cpio.gz \
  -append "console=ttyAMA0 earlycon=pl011,0xfe201000 init=/sbin/init"