一文了解riscv软件系列之linux内核编译运行

一、交叉编译工具链的安装

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交叉编译工具链可以通过源码进行编译安装：

1.下载工具链源码： 该仓库包含多个submodules，因此需要添加 --recursive 选项来下载所有子模块的代码

$ git clone --recursive https://github.com/riscv/riscv-gnu-toolchain

或者：

$ git clone https://github.com/riscv/riscv-gnu-toolchain
$ cd riscv-gnu-toolchain
$ git submodule update --init --recursive

2.安装编译依赖

为了编译该工具链，先安装如下工具：

• Ubuntu:

sudo apt-get install autoconf automake autotools-dev curl python3 libmpc-dev libmpfr-dev libgmp-dev gawk build-essential bison flex texinfo gperf libtool patchutils bc zlib1g-dev libexpat-dev

• Fedora/CentOS/RHEL:

 sudo yum install autoconf automake python3 libmpc-devel mpfr-devel gmp-devel gawk  bison flex texinfo patchutils gcc gcc-c++ zlib-devel expat-devel 

3.编译

为了同时支持32位系统和64位系统，我们编译支持两种系统的交叉编译工具链：

$ ./configure --prefix=/opt/riscv --enable-multilib
$ make linux

编译后，我们的交叉编译工具链就被安装到/opt/riscv目录下。工具链的前缀为 riscv64-unknown-linux-gnu-，能同时支持32-bit和64-bit系统。

4.配置工具链的路径

将/opt/riscv添加到系统搜索路径（这里自己去添加，就不演示了）。

为了简便，我们可以使用sifive编译好的交叉编译工具链，直接下载就好：

• window版本：http://static.dev.sifive.com/dev-tools/r…
• linux版本（ubuntu）：http://static.dev.sifive.com/dev-tools/r…
• linux版本（centos）：http://static.dev.sifive.com/dev-tools/r…

二、编译linux内核

下载linux 5.2.4源码（可以选择其他实现了riscv的内核版本），进入linux内核根目录（以后用'linux-5.2.4$' 作为linux内核根目录的提示符），如下：

 linux-5.2.4$
 linux-5.2.4$

配置riscv内核选项

1. 为了配置的方便，我们先试用riscv的默认配置选项，然后再在此基础上进行配置的修改：

linux-5.2.4$ make ARCH=riscv defconfig

执行该命令后，会将 linux-5.2.4/arch/riscv/configs/defconfig拷贝到linux-5.2.4/.config。

2.配置内核选项

linux-5.2.4$ make ARCH=riscv menuconfig

我们不做任何修改直接保存退出，采用系统提供的默认配置。默认采用的是riscv 64位系统配置。

3.编译linux内核

linux-5.2.4$ make ARCH=riscv CROSS_COMPILE=riscv64-unknown-linux-gnu-

我系统中已经编译制作好riscv的交叉编译工具链，交叉编译工具链的前缀为riscv64-unknown-linux-gnu-，因此，我们在编译riscv64平台的linux内核时，需要添加CROSS_COMPILE=riscv64-unknown-linux-gnu- 选项。

编译完成后，在linux-5.2.4/arch/riscv/boot目录下就能找到编译后的内核镜像，分别为Image和Image.gz

三、根文件系统制作

1. 下载busybox:

curl -L http://busybox.net/downloads/b… >busybox-1.26.2.tar.bz2

1. 编译riscv版本busybox

• 解压后，进入busybox根目录进行配置：

busybox-1.26.2$ make menuconfig

在Bosybox Settings 选项下：

勾选上Build BusyBox as a static binary (no shared libs)： [*] Build BusyBox as a static binary (no shared libs)

如果选择Build BusyBox as a static binary (no shared libs)方式进行编译时，所需的库已经与程序静态地链接在一起，这些程序不需要额外的库就可以单独运行，但是自己编写的程序在文件系统上运行必须采用静态编译，否则会报诸如：bin/sh: hello :not found的错误。

静态编译如：

riscv64-unknown-linux-gnu-gcc –static hello.c –o hello

配置交叉编译工具链的前缀(riscv64-unknown-linux-gnu-) Cross Compiler prefix：

这里我的工具链前缀为risc64-unknown-linux-gnu-，配置为这个前缀后，在编译时就不用再选择编译平台以及编译的工具链。

• 编译busybox busybox-1.26.2$ make 编译完成后，生成的文件都在busybox-1.26.2/_install目录下

3.制作根文件系统镜像

• 先制作128M大小的镜像文件

$ dd if=/dev/zero of=rootfs.img bs=1M count=128 

• 将镜像文件格式化为ext4文件系统

 $ mkfs.ext4 rootfs.img 

• 挂载rootfs.img

 $ sudo mount -o loop rootfs.img /mnt

• 创建文件系统结构

进入/mnt

$ cd /mnt

创建常见文件夹

$ sudo mkdir dev mnt proc var tmp sys root lib

注意： 可能需要改变一下权限才能执行创建文件的操作（mnt默认为root权限）。

拷贝busybox生成的文件到该目录下 busybox生成文件的路径为： /home/caipengxiang/software/linux-kernel/busybox-1.26.2/_install/

$ sudo cp -av /home/caipengxiang/software/linux-kernel/busybox-1.26.2/_install/* ./

将busybox可执行文件生成init软连接

$ sudo ln -s bin/busybox init

执行完以上命令后，/mnt的目录结构如下：

• 添加配置文件 我们使用busybox提供的example对跟文件系统进行配置

 sudo cp -av /home/caipengxiang/software/linux-kernel/busybox-1.26.2/examples/bootfloppy/etc etc 

修改文件系统挂载配置，修改etc/fstab内容如下：

#
# Use 'blkid' to print the universally unique identifier for a
# device; this may be used with UUID= as a more robust way to name devices
# that works even if disks are added and removed. See fstab(5).
#
# <file system> <mount point>   <type>  <options>       <dump>  <pass>
proc            /proc   proc    defaults    0   0
sysfs           /sys    sysfs   defaults    0   0
tmpfs           /var    tmpfs   defaults    0   0
tmpfs           /tmp    tmpfs   defaults    0   0
tmpfs           /dev    tmpfs   defaults    0   0

系统启动参数设置，修改etc/init.d/rcS文件：

#!/bin/sh
PATH=/sbin:/bin:/usr/sbin:/usr/bin
runlevel=S
prevlevel=N
umask 022
export PATH runlevel prevlevel
mount -a
mdev -s

• 卸载rootfs.img

$ sudo umount /mnt

卸载完rootfs.img后，我们的根文件系统镜像文件rootfs.img也就制作完成。

四、qemu模拟器运行linux内核

1. 当前qemu已支持对riscv的模拟。为了方便，我们直接使用sifive官网提供的qemu模拟器，该模拟器是已经编译好了的压缩包，解压即可使用。

windows版本：http://static.dev.sifive.com/dev-tools/r…
linux版本（ubuntu）：http://static.dev.sifive.com/dev-tools/r…
linux版本（centos）：http://static.dev.sifive.com/dev-tools/r…

当然，我们也可以直接通过qemu的源码来编译riscv的模拟器，有兴趣的同学可以自己尝试。

2.运行linux

linux-5.2.4$ qemu-system-riscv64 -machine virt -m 256M -nographic -bios default -kernel ./Image -drive file=./rootfs.img,format=raw,id=hd0 -device virtio-blk-device,drive=hd0 -append "root=/dev/vda rw console=ttyS0"

运行起来的结果如下(此图时我在windows下运行的截图)：

• qemu 默认支持OpenSBI的bios，该bios会为我们引导内核的加载，-bios default该选项就是使用默认OpenSBI的bios。
• Image为我们的内核镜像
• rootfs.img为跟文件系统镜像

结束语

至此：我们就完成了内核的配置，编译，文件系统的编译等工作，并且成功运行了linux系统。