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Linux-Lab9-Kernel Development on ARM

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Kernel Development on ARM

实验目标：

  • 了解片上系统 System on a Chip（SoC）的含义
  • 熟悉使用 ARM 作为受支持架构的嵌入式世界
  • 了解主板支持包的含义（BSP）
  • 以 i.MX6UL 平台为例，使用 Qemu 编译和引导 ARM 内核
  • 使用设备树熟悉硬件描述

片上系统 System on a Chip 是将整个系统集成到其上的集成电路（IC）

通常在 SoC 上可以找到的组件包括中央处理单元（CPU）、内存、输入/输出端口、存储设备以及更复杂的模块，如音频数字接口、神经处理单元（NPU）或图形处理单元（GPU）

SoC 可用于各种最常见的应用，包括：

  • 消费类电子产品（电视机、手机、视频游戏机）
  • 工业计算机（医学成像等）
  • 汽车
  • 家电

对于 SoCs，最好使用 ARM 架构，使用的标准指令集架构是 RISC-V（精简指令集计算机，Reduced Instruction Set Computer-RISC）

ARM 平台的简化视图如下图所示：

  • 一或者多个 CPU
  • 一个系统总线
  • 时钟和复位模块（PLL，OSC，复位控制器）
  • 中断控制器
  • 定时器
  • 内存控制器
  • 外设控制器

以下是 i.MX6UL 平台的完整框图：

Board Support package

Board Support Package（BSP）是允许演示特定硬件平台功能的最小软件包集：

  • 工具链 Toolchain：为ARM平台生成可执行代码的交叉编译器
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sudo apt-get install gcc-arm-linux-gnueabihf g++-arm-linux-gnueabihf # for arm32
sudo apt-get install gcc-aarch64-linux-gnu g++-aarch64-linux-gnu     # for arm64
  • BootLoader 引导加载程序
  • Linux 内核映像、设备树文件和驱动程序
  • Rootfs 根文件系统

Device tree

设备树 DT 是用于描述系统中硬件设备的树结构，树中的每个节点描述一个设备，因此称为设备节点，引入 DT 是为了提供一种发现 “non-discoverable 不可发现” 的硬件的方法

设备树存储在设备树源（.dts）中，并编译为设备树 blob（.dtb）

  • 一个节点可能包含以该格式排列的多个属性，名称是一个字符串，值可以是字节，字符串，字符串数组
  • 下面是一个示例：
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/ {
     node@0 {
          empty-property;
          string-property = "string value";
          string-list-property = "string value 1", "string value 2";
          int-list-property = <value1 value2>;

          child-node@0 {
                  child-empty-property;
                  child-string-property = "string value";
                  child-node-reference = <&child-node1>;
          };

          child-node1: child-node@1 {
                  child-empty-property;
                  child-string-property = "string value";
          };
   };
};

Rootfs

根文件系统是挂载在文件层次结构顶部的文件系统，它至少应包含允许系统引导到 shell 的关键文件

  • 我们将使用 Yocto 根图像，为了下载一个 rootfs 映像，需要运行：
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$ cd tools/labs/
$ ARCH=arm make core-image-minimal-qemuarm.ext4

Exercises

要解决练习，您需要执行以下步骤：

  • 从模板准备 skeletons
  • 构建模块
  • 将模块复制到虚拟机
  • 启动 VM 并在 VM 中测试模块
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make clean
LABS=arm_kernel_development make skels
make build

ARM 内核编译：

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$ ARCH=arm CROSS_COMPILE=arm-linux-gnueabihf- make menuconfig
# set FSL_ASRC=n and DRM_MXSFB=n
$ ARCH=arm CROSS_COMPILE=arm-linux-gnueabihf- make -j8

内核模块编译：

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# modules build
tools/labs $ ARCH=arm CROSS_COMPILE=arm-linux-gnueabihf- make build
# modules copy
tools/labs $ ARCH=arm make copy
# kernel build
tools/labs $ ARCH=arm CROSS_COMPILE=arm-linux-gnueabihf- make -j8

ARM 内核启动：

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qemu-system-arm -M mcimx6ul-evk -cpu cortex-a7 -m 512M -kernel arch/arm/boot/zImage -nographic  -dtb arch/arm/boot/dts/imx6ul-14x14-evk.dtb -append "root=/dev/mmcblk0 rw console=ttymxc0 loglevel=8 earlycon printk" -sd tools/labs/core-image-minimal-qemux86.ext4