树莓派CM4(四)：树莓派镜像替换内核

树莓派镜像替换内核

1. 为什么要替换内核

• 树莓派官方提供的镜像中，自带的内核版本为6.6.31

• 然而github上提供的内核源码为6.6.40,有些微差别

• 此外，后续很有可能进行内核裁剪定制等工作，替换内核是一个绕不过的工作

2. 获取内核源码

• github地址：

  https://github.com/raspberrypi/linux

• 选择使用6.6.y版本的内核
  
  

• 将其拷贝到ubuntu中

• 解压

  $ unzip linux-rpi-6.6.y.zip
  

• 进入内核源码目录

  $ cd linux-rpi-6.6.y
  

3. 获取交叉编译工具链

• 我所选用树莓派镜像中的gcc版本为12.2.0

• 为了避免出现glibc版本不一致的问题，同样使用12.2.0版本的交叉编译工具链

• 下载地址：

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

  

4. 内核编译

• 修改顶层Makefile,指定目标平台ARCH和交叉编译工具链CROSS_COMPILE

  

• 树莓派CM4使用的时博通BCM2711的方法，因此使用bcm2711_defconfig生成默认配置文件

  linux-rpi-6.6.y$ make bcm2711_defconfig
  

• menuconfig配置

  linux-rpi-6.6.y$ make menuconfig
  

• 在这里我需要将LAN78XX驱动直接编译进内核，不作为外部模块
  
  

• 开始编译,内核镜像/驱动模块/设备树都需要编译,使用-j$(nproc)全核编译，加快编译速度

  linux-rpi-6.6.y$ make Image modules dtbs -j$(nproc)
  

5. 挂载树莓派镜像到Ubuntu

• 选择使用使用树莓派最新的镜像Raspberry Pi OS Lite，镜像下载地址

  https://downloads.raspberrypi.com/raspios_lite_arm64/images/raspios_lite_arm64-2024-07-04/2024-07-04-raspios-bookworm-arm64-lite.img.xz

• 解压，得到*.img的镜像文件

• 挂载镜像到Ubuntu

  # .img镜像
  jun@ubuntu:$ ls
  2024-07-04-raspios-bookworm-arm64-lite.img
  
  # 查看第一个未使用的回环设备
  jun@ubuntu:$ losetup -f
  /dev/loop0
  
  # 将.img镜像关联到回环设备
  jun@ubuntu:$ sudo losetup /dev/loop0 2024-07-04-raspios-bookworm-arm64-lite.img
  [sudo] password for jun:
  
  # 查看分区，检测到两个区，其中较小的是系统分区，较大的是根文件系统
  jun@ubuntu:$ sudo kpartx -av /dev/loop0
  add map loop0p1 (253:0): 0 1048576 linear 7:0 8192
  add map loop0p2 (253:1): 0 4481024 linear 7:0 1056768
  
  # 创建系统分区挂载目录
  jun@ubuntu:$ mkdir boot
  
  # 创建根文件系统挂载目录
  jun@ubuntu:$ mkdir rootfs
  
  # 挂载系统分区
  jun@ubuntu:$ sudo mount /dev/mapper/loop0p1 ./boot/
  
  # 挂载根文件系统
  jun@ubuntu:$ sudo mount /dev/mapper/loop0p2 ./rootfs/
  
  # 查看系统分区
  jun@ubuntu:$ ls ./boot/
  bcm2710-rpi-2-b.dtb       bcm2710-rpi-zero-2-w.dtb  bcm2711-rpi-cm4s.dtb       bootcode.bin  fixup4db.dat  fixup_x.dat      kernel8.img       start4.elf    start_x.elf
  bcm2710-rpi-3-b.dtb       bcm2711-rpi-400.dtb       bcm2712d0-rpi-5-b.dtb      cmdline.txt   fixup4x.dat   initramfs_2712   LICENCE.broadcom  start4x.elf
  bcm2710-rpi-3-b-plus.dtb  bcm2711-rpi-4-b.dtb       bcm2712-rpi-5-b.dtb        config.txt    fixup_cd.dat  initramfs8       overlays          start_cd.elf
  bcm2710-rpi-cm3.dtb       bcm2711-rpi-cm4.dtb       bcm2712-rpi-cm5-cm4io.dtb  fixup4cd.dat  fixup.dat     issue.txt        start4cd.elf      start_db.elf
  bcm2710-rpi-zero-2.dtb    bcm2711-rpi-cm4-io.dtb    bcm2712-rpi-cm5-cm5io.dtb  fixup4.dat    fixup_db.dat  kernel_2712.img  start4db.elf      start.elf
  
  # 查看根文件系统
  jun@ubuntu:$ ls ./rootfs/
  bin  boot  dev  etc  home  lib  lost+found  media  mnt  opt  proc  root  run  sbin  srv  sys  tmp  usr  var
  

6. 安装新内核

• 进入内核源码目录

• 安装内核模块到根文件系统

  linux-rpi-6.6.y$ sudo env PATH=$PATH make INSTALL_MOD_PATH=../rootfs modules_install
  

  

• 安装头文件到根文件系统的usr目录

  linux-rpi-6.6.y$ sudo make headers_install INSTALL_HDR_PATH=../rootfs/usr/
  

• 安装Image到挂载的boot分区

  linux-rpi-6.6.y$ sudo cp arch/arm64/boot/Image ../boot/kernel8.img
  

• 安装设备树文件

  linux-rpi-6.6.y$ sudo cp arch/arm64/boot/dts/broadcom/*.dtb ../boot/
  linux-rpi-6.6.y$ sudo cp arch/arm64/boot/dts/overlays/*.dtb* ../boot/overlays/
  

• 替换version.h

  linux-rpi-6.6.y$ sudo cp include/generated/uapi/linux/version.h ../rootfs/usr/include/linux/version.h
  

7. 解决内核模块无法加载的问题

• 进入rootfs根文件系统中的驱动存放目录

  linux-rpi-6.6.y$ cd ./rootfs/lib/modules/6.6.40-v8/
  

• 查找.ko文件，发现没有任何内核模块

  6.6.40-v8$ find . -name *ko
  

• 检查发现，该目录下有很多.ko.xz文件，原因是make module_install命令执行时，自动将.ko文件进行了压缩，但是这样会导致内核启动时无法加载模块，需要将压缩的.ko文件进行解压

• 编写脚本modules_install.sh用来在系统第一次开机时生成modules.dep文件，将该脚本存放在rootfs/lib/modules/6.6.40-v8/目录下,脚本内容如下

  #!/bin/bash
  
  # modules path
  MODULES_PATH=/lib/modules/$(uname -r)
  
  # 解压*.ko.xz文件
  module_decompress()
  {
          MODULES_XZ_FILES=`find ${MODULES_PATH} -name *ko.xz`
  
          for MODULE in ${MODULES_XZ_FILES}
          do
                  set -x
                  xz -dk ${MODULE}
                  set +x
          done
  
          return 0
  }
  
  RET=$(cat ${MODULES_PATH}/modules.dep)
  if [ -z "${RET}" ]; then
  
      # modules decompress
      module_decompress
  
      # generate modules.dep
      depmod
  
      # make sure this script executed only once
      SCRIPT_NAME=$(basename $0)
      sed -i "/$SCRIPT_NAME/d" /etc/rc.local
  
      # reboot
      reboot
  else
          echo "modules already installed!"
  fi
  
  exit 0
  

• 给脚本以可执行权限

  6.6.40-v8$ sudo chmod 777 modules_install.sh
  

• 在根文件系统下的etc/rc.local中添加如下内容,使module_install.sh脚本开机自启动

  # modules_install
  /bin/bash /lib/modules/$(uname -r)/modules_install.sh &
  

  

8. 选择内核

• 修改boot分区下的config.txt,

  $ sudo vi ./boot/config.txt
  

• 在文件末尾添加如下内容,表示使用新的内核启动

  kernel=kernel8.img
  

9. 取消镜像挂载

• 取消5. 挂载树莓派镜像到Ubuntu的镜像挂载

  jun@ubuntu:$ ls
  2024-07-04-raspios-bookworm-arm64-lite.img  boot  rootfs
  jun@ubuntu:$ sudo umount ./boot
  jun@ubuntu:$ sudo umount ./rootfs
  jun@ubuntu:$ sudo losetup -d /dev/loop0
  

10. 镜像烧录

• 参考之前的文档；《树莓派CM4(一)：镜像烧录》

11. 开机

• 首次开机时，系统会自动重启两次，属正常现象
• 查看内核版本，内核版本为6.6.40, 内核替换成功

  # uname -a
  Linux IG-210 6.6.40-v8 #2 SMP PREEMPT Tue Aug 27 14:04:24 CST 2024 aarch64 GNU/Linux