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自己从零构建一个riscv64 ubuntu-20发行版系统

1.搭建开发环境

1.1 开发涉及的环境/工具:

  • Windows下虚拟化工具VMware workstation pro。

  • vmware 下运行的ubuntu /debian 虚拟机系统。

  • riscv 架构的ubuntu根文件系统源码包。

  • ch-mount.sh挂载文件系统脚本。

1.2   安装qemu虚拟化工具

1.2.1 apt安装

Ubuntu终端下需要安装qemu虚拟化工具,在终端下执行如下命令。

[email protected]:~$ sudo apt-get install qemu-user-static

安装完成后,在文件系统下执行如下命令测试是否安装成功。

[email protected]:~$ qemu-riscv64-static -version

1.2.2 手动交叉编译安装

# see https://wiki.qemu.org/Hosts/Linux#Required_additional_packages
[email protected]:~$ sudo apt-get install -y pkg-config git libglib2.0-dev libfdt-dev libpixman-1-dev zlib1g-dev
[email protected]:~$ git clone https://git.qemu.org/git/qemu.git -b v4.2.0 --depth=1
[email protected]:~$ cd qemu && mkdir build && cd build
[email protected]:~$ mkdir out
# You have to build as a static binary.
[email protected]:~$ ../configure --static --target-list=riscv64-linux-user --prefix=$(pwd)/out
[email protected]:~$ make && make install
[email protected]:~$ cd ../../

2. 获取riscv架构ubuntu根文件系统

自己从零构建一个riscv64 ubuntu-20发行版系统

   点击20.04后在弹出新的页面内继续点击 releases 。

自己从零构建一个riscv64 ubuntu-20发行版系统

   之后页面就跳入ubuntu base 20.04 lts文件系统的下载页面了,这里列出了各种架构的文件系统源码包,不同的历史版本,我们页面往下滑,找到最新的架构为 riscv64ubuntu系统源码包,如下图红框所示,下载 ubuntu-base-20.04.2-base-riscv64.tar.gz 到电脑磁盘上,让后上传此文件到VMware Ubuntu系统内。

3.Vmware ubuntu挂载riscv架构ubuntu文件系统

3.1.  解压缩riscv架构ubuntu文件系统到ubuntu下

在VMware Ubuntu虚拟机家目录下创建一个 ubuntu-rootfs目录,用于解压缩保存文件使用。

[email protected]:~$ mkdir ubuntu-rootfs

[email protected]:~$ sudo tar -xvf ubuntu-base-20.04.2-base-riscv64.tar.gzz -C ubuntu-rootfs/

查看当前路径下的文件结构已经OK

3.1.2  拷贝qemu模拟工具到riscv64架构ubuntu-rootfs文件系统下

[email protected]:~$ sudo cp usr/bin/qemu-riscv64-static ubuntu-rootfs/usr/bin/

注意:qemu-riscv64-static 指的是riscv64架构的虚拟化工具,果是其他架构的则拷贝其他文件。

如果你是手动编译生成的qemu-riscv64-static文件,则参考下述命令。

[email protected]:~$ sudo cp ./qemu/build/out/bin/qemu-riscv64 ./riscv/usr/bin/qemu-riscv64-static

ubuntu-roofs/usr/bin/ 指的是你当前解压riscv64架构的ubuntu20.04文件系统后的所在目录下的 usr/bin。

拷贝主机DNS配置文件到riscv架构Ubuntu文件系统内(必须拷贝,否则可能会导致下面操作无法进行)。

[email protected]:~$  sudo cp /etc/resolv.conf  ubuntu-rootfs/etc/resolv.conf

3.1.2  chroot到模拟riscv64文件系统下

我们需要使用chroot 改变根目录来挂载riscv架构的ubuntu根文件系统,并配置或安装一些必要资源,首先创建ch-mount.sh 脚本。

[email protected]:~$ vi ch-mount.sh

将以下的内容复制到ch-mount.sh中。

#!/bin/bash

function mnt() {
   echo "MOUNTING"
   sudo mount -t proc /proc ${2}proc
   sudo mount -t sysfs /sys ${2}sys
   sudo mount -o bind /dev ${2}dev

   sudo chroot ${2}
}

function umnt() {
   echo "UNMOUNTING"
   sudo umount ${2}proc
   sudo umount ${2}sys
   sudo umount ${2}dev

}


if [ "$1" == "-m" ] && [ -n "$2" ] ;
then
  mnt $1 $2
elif [ "$1" == "-u" ] && [ -n "$2" ];
then
  umnt $1 $2
else
   echo ""
   echo "Either 1'st, 2'nd or both parameters were missing"
   echo ""
   echo "1'st parameter can be one of these: -m(mount) OR -u(umount)"
   echo "2'nd parameter is the full path of rootfs directory(with trailing '/')"
   echo ""
   echo "For example: ch-mount -m /media/sdcard/"
   echo ""
   echo 1st parameter : ${1}
   echo 2nd parameter : ${2}
fi

[email protected]:~$ wget \
https://weidongshan.coding.net/p/DevelopmentEnvConf/d/DevelopmentEnvConf/git/raw/master/ubuntu_rootfs-mount/ch-mount.sh
[email protected]:~$ chmod +x ch-mount.sh

接下来我们使用ch-mount.sh脚本挂载riscv架构ubuntu文件系统,挂载命令如下所示,挂载成功后会提示 MOUNTING

[email protected]:~$ sudo ./ch-mount.sh -m ubuntu-rootfs/

此时我们可以在此执行 uname -a来查看系统内核的详细信息,你会发现现在是 riscv架构。

自己从零构建一个riscv64 ubuntu-20发行版系统

4. 配置riscv架构的ubuntu系统

4.1   安装基础软件包

Chroot进入模拟的riscv架构Ubuntu系统后需要先安装如下必须的安装包,安装包安装过程会根据你的网络下载速率可能会需要一段时间。


软件源更新完成后,可以安装必要软件包,安装速度根据个人网速绝定。

apt-get install \
language-pack-en-base sudo ssh net-tools network-manager iputils-ping rsyslog \
bash-completion language-pack-zh-hans vim resolvconf kmod usbutils alsa-base

4.2  用户名密码等相关设置

  • 添加用户、设定合适的组并设置密密码

添加book用户并加入admin sudo用户组,设置密码为123456

[email protected]:/# useradd -s '/bin/bash' -m -G adm,sudo book 
[email protected]:/# echo "Set password for book:"
[email protected]:/# passwd book

初始化root用户密码,这里设置为123456

[email protected]:/# passwd root

4.3 其它配置

  • 设置主机名称和hosts

在模拟的riscv架构ubuntu根文件系统下执行如下两条命令即可设置主机名称。

[email protected]:/# echo 100ask > /etc/hostname
[email protected]:/# echo 100ask > /etc/hosts
  • 配置登陆的启动串口脚本

因为暂时未安装桌面,所以这里的配置要具体和内核中登录的串口的设备对应起来,不然对导致无法通过串口登录的问题。

在 /etc/init/ 下添加或修改ttyS0.conf

[email protected]:/# cat > /etc/init/ttyS0.conf << EOT
start on stopped rc RUNLEVEL=[2345]
stop on runlevel [!2345]
respawn
exec /sbin/getty -L 115200 S0
EOT

  • 配置网卡接口

[email protected]:/# cat >> /etc/network/interfaces << EOT
auto lo
iface lo inet loopback
auto eth0
iface eth0 inet dhcp
EOT


4.4  退出riscv模拟文件系统

配置或安装完基本的设置后,就可以退出模拟的riscv架构文件系统了,操作步骤如下,先在模拟的riscv架构文件系统内执行exit 退出到 VMware  ubuntu虚拟机终端界面,让后卸载chroot挂载。

[email protected]:/# exit
[email protected]:~$  sudo ./ch-mount -u ubuntu-rootfs

   完成这些后,我们需要把内核镜像设备树,以及模块驱动等文件拷贝到riscv架构的ubuntu文件系统相应目录内。

4.5   配置系统内核模块以及固件

[email protected]:~$ sudo make ARCH=riscv INSTALL_MOD_PATH=/home/book/ubuntu-rootfs modules_install

   安装完成后查看risv架构ubuntu文件系统的 lib/modules/ 目录下是否有如下相应文件生成

   自此,riscv架构的ubuntu文件系统已经基本制作完成,接下来我们需要制作为可烧录的镜像文件。

4.6   使用nfs方式启动系统系统

目前uboot不支持网卡,据说官方正在适配中。

5.   制作可烧录的固件

5.1   制作ext4文件系统镜像

如下命令所示,需要先生成一个大小为2GB的 ubuntu-rootfs.ext4 镜像文件,让后格式化镜像为ext4格式,之后通过挂载镜像方式把制作好的镜像文件拷贝到文件系统内。

[email protected]:~$ dd if=/dev/zero of=ubuntu-rootfs.ext4 bs=1M count=2048 
[email protected]:~$ sudo mkfs.ext4 -F ubuntu-rootfs.ext4

   如下命令所示,创建一个ubuntu-mount 目录,并挂载ubuntu-rootfs.ext4 镜像到该目录下,之后拷贝制作好的文件系统内所有文件到此挂载目录,紧接着使用sync命令同步数据缓存保证拷贝完成,完成后可以使用sudo umount ubuntu-mount/卸载当前挂载的镜像。

[email protected]:~$ mkdir ubuntu-mount
[email protected]:~$ sudo mount ubuntu-rootfs.ext4 ubuntu-mount/
[email protected]:~$ sudo cp -rvfp ubuntu-rootfs/* ubuntu-mount/
[email protected]:~$ sync
[email protected]:~$ sudo umount ubuntu-mount/

5.2   使用genimage制作可烧录镜像

我们只制作好ext4格式的文件系统并不能直接烧录到开发板启动,此时我们需要使用buildroot下的genimage工具来帮我们打包生成一个完整的镜像文件。

首先把制作好的 ubuntu-rootfs.ext4 镜像拷贝到已经编译过的 buildroot  output/images目录下。

[email protected]:~/Neza-D1/buildroot-2021/output/images$

   修改buildroot根目录下board/Neza/d1/genimage.cfg 分区配置文件,来指定一下rootfs分区用的镜像文件。

  1 image Neza-d1-ubuntu-20-sdcard.img {
 2         hdimage{
 3                 gpt = true
 4                 gpt-location = 1M
 5         }
 6         partition boot0 {
 7                 in-partition-table = "no"
 8                 image = "boot0_sdcard.fex"
 9                 offset = 8K
10         }
11         partition boot-packages {
12                 in-partition-table = "no"
13                 image = "boot_package.fex"
14                 offset = 16400K
15         }
16         partition env {
17                 image = "env.fex"
18                 size = 128k
19         }
20         partition env-redund {
21                 image = "env.fex"
22                 size = 128k
23         }
24         partition boot {
25                 partition-type = 0xC
26                 bootable = "true"
27                 image = "boot.vfat"
28         }
29         partition rootfs {
30                 partition-type = 0x83
31                 image = "ubuntu-rootfs.ext4"
32         }
33 }
34
35 image boot.vfat {
36         vfat {
37         files = {
38                 "boot.img",
39                 "Image",
40                 "board.dtb"
41         }
42         }
43         size = 32M
44 }

执行上述步骤以后,保存退出 在buildroot根目录下执行make all命令来打包生成完整的镜像,最后生成的镜像输出在 buildroot根目录下的output/images/ 可以拷贝出来用windows下的wind32diskimage工具进行烧录 烧录成功后即可启动。

文件系统只读问题

  • 开发板启动 切换终端 一直按 s 键 进入uboot命令行模式,来给设置bootargs 增加rw 读写权限。

setenv bootargs earlyprintk=sunxi-uart,0x02500000 clk_ignore_unused initcall_debug=0 console=ttyS0,115200 loglevel=8 root=/dev/mmcblk0p4 rw init=/sbin/init partitions=ext4 cma=8M gpt=1
saveenv

设置成功后 保存重启。

6.   启动后常见问题

6.1   网络相关问题

  • 不能上网

配置dns服务器文件

vim /etc/resolv.conf

route add default gw 192.168.1.1


关于发行版文件系统的想法与建议

统一一个可大家长期维护的发行版系统镜像

  • 目前看到有很多自己做的发行版系统镜像,各有各的优势与问题,我们是否可以统一成一个开源镜像大家一起维护升级,给更多的新的朋友一个更好的体验呢?

使用github自动化工作流来自行构建生成系统镜像

  • 发现每次修改ubuntu文件系统只是做了一次小的改动 却要机械化的处理整个打包编译生成的过程,太过于浪费时间效率,想使用GitHub的CI自动化来根据我们每次的修改自动编译构建生成系统镜像文件,方便你我他。

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