编译2022年最新的Linux kernel源码，并用QEMU模拟器运行

• Gitee源码和工程地址：才鲸嵌入式 / 嵌入式QEMU教程
• CSDN文章地址：项目介绍：嵌入式QEMU教程

• 前提：编译U-Boot和Linux kernel源码时，源码版本、PC主机Linux系统版本、交叉编译器版本都有影响，最好按照网上教程中相同的版本来尝试，要不然经常会遇到编译时遇到了问题，但又搜不到解决方法的尴尬局面。

• 必须在Linux系统中编译（如Ubuntu），不能在MSYS2中编译。

1）直接编译Linux源码并运行

2、编译Linux kernel

• 如果要编译用于BCM2836或ARM CoreTile Express开发板的Linux kernel，则必须要在Linux环境如Ubuntu中编译。一是因为编译过程中有各种依赖库；二是因为kernel源码中有三个以aux命名的文件，这个文件名在Windows环境中不允许存在，在Windows中解压或者拷贝kernel源码时都会报错；如果一定要在Windows下的MinGW中编译，网上找不到任何教程，你可以在kernel源码中强行修改aux文件名和对应的Kconfig、Makefile后，并安装各种依赖库，只能自行尝试；在MSYS2中安装各种依赖库软件也是需要自行摸索的，应该很少有教程。

  • 不要在Windows下git clone kernel源码后再拷贝到Linux系统中编译，会丢失软连接，导致dt-bindings/pinctrl/xxx.h文件明明有，但是链接器提示找不到文件的报错，该问题很难解决。
  • （使用）Linux kernel官方源码中也支持BCM2835/6/7和ARM CoreTile Express，源码查看路径为https://gitee.com/mirrors/linux_old1 ；我当前使用Linux官方最新的源码，下载路径为v6.1-rc6。整个仓库带所有Git历史的源码有好几G，如果用git clone的方式拉代码，中间时间比较久，一旦中间网络中断，则无法恢复，需要重新clone；推荐直接下载zip压缩包，这样只有250M。
  • （当前不使用）树莓派官方提供了从Linux kernel中派生的源码，但是版本比kernel官方低很多，路径为https://github.com/raspberrypi/linux 。

• Ubuntu主机和交叉编译工具可以直接用上面U-Boot同样的环境，下面介绍的是32位Ubuntu16.04下使用的交叉编译工具；Linux kernel在此环境下也能编译通过。

• 这是在32位Ubuntu16.04下编译kernel的步骤，可以不看，后面有64位Ubuntu18.04中编译的介绍。
• 因为我虚拟机中的64位Ubuntu18.04系统运行起来很慢，所以我最终都会在Ubuntu16.04中编译内核。
• （使用）Linaro旧版本的地址支持32位主机的工具下载：https://releases.linaro.org/components/toolchain/binaries ，这里面Linaro gcc的最新版本是7.5.0；因为我虚拟机中安装的是32位的Ubuntu 16.04系统，32位的系统可以省去在64位系统中安装32位编译所需环境的步骤，所以我使用gcc-linaro-7.5.0-2019.12-i686_arm-linux-gnueabihf.tar.xz
• （不使用）树莓派官方也提供了交叉编译工具：https://github.com/raspberrypi/tools ，但是比ARM官方或者Linaro官方的编译器版本要低。下载解压后，BCM2836能用的交叉编译工具的目录在 ./arm-bcm2708/gcc-linaro-arm-linux-gnueabihf-raspbian/bin/；注意：这只能编译U-Boot、Linux kernel和Linux应用，不能编译ARM裸机程序；但是该编译器编译最新的Linux kernel源码会报错。
• 如果用Linux官方的kernel源码，则不能使用树莓派的交叉编译工具：
  • Linux kernel源码的下载路径：https://gitee.com/mirrors/linux_old1/tree/v6.1-rc4
  • 先在Linux系统环境中修改芯片类型和编译器名称：
  • export ARCH=arm
  • export CROSS_COMPILE=arm-linux-gnueabihf-
  • 再 make bcm2835_defconfig
  • 当前Linux kernel源码要求最低的gcc版本为Minimum GCC version: 5.1.0，而树莓派提供的版本为4.8.3，版本太低。
• （不使用）ARM官网的交叉编译工具，当前只支持64位主机下的软件：https://developer.arm.com/downloads/-/arm-gnu-toolchain-downloads
  • 当前ARM gcc的版本是12.2.0，arm官网从从2016年的GCC6开始只提供64位Linux的交叉编译器可执行文件
• （不使用）Linaro gcc交叉编译器，最新的gcc版本是11.3，当前只支持64位主机下的下载地址：https://snapshots.linaro.org/gnu-toolchain/11.3-2022.06-1/arm-linux-gnueabihf/
• 安装了Ubuntu 16.04 32位系统，在里面下载了Linux kernel源码，安装了Linaro gcc7.5.0交叉编译器后
  • make bcm2835_defconfig 生成.config，源码里 没有BCM2836的默认配置，只有2835的，先用这个，然后再在里面改。
  • make menuconfig 打开kernel配置界面。
  • 在kernel字符配置界面中：System type --> Platform selection 取消armv6的选择，只保留armv7；
  • make 因为之前已经配置了ARCH和CROSS_COMPILE变量（也可以只在kernel .config或者Makefile中指定这两个环境变量），直接make ，如果你不是虚拟机，可以make -j8，8核并行编译，加快编译速度；编译时间比较久，可能要几分钟到几十分钟；要生成uImage的话要指定地址，例如make uImage LOADADDR=0x8000，生成的uImage在arch/arm/boot/中。
  • 如果遇到编译报错，提示某些.h文件找不到，则一般是电脑上没安装对应的库；将报错信息百度，按照搜到的文章安装缺少的库，再重新编译即可。
• 设备树在2011年3月在从Linux kernel源码3.1版本中正式替代寄存器头文件。
  • .dtsi设备树文件中只有各个模块的起始寄存器地址，没有每个寄存器详细的描述，而每个模块的寄存器定义和偏移则在每个驱动的源文件中，不会有一个统一的.h头文件包含了所有的寄存器地址定义。
  • 设备树添加之前的2.6.xx版本中，能在/arch/arm/plat-xxx和/arch/arm/mach-xxx中看到芯片的所有模块的寄存器基地址，和模块中所有寄存器的头文件宏定义。例如：https://gitee.com/mirrors/linux_old1/blob/v3.0/arch/arm/mach-bcmring/include/mach/csp/mm_addr.h ，https://gitee.com/mirrors/linux_old1/blob/v3.0/arch/arm/include/asm/hardware/dec21285.h 和 https://gitee.com/mirrors/linux_old1/blob/v3.0/arch/arm/mach-bcmring/include/mach/reg_umi.h 等。

• 下面是在64位Ubuntu 18.04中编译Linux kernel的步骤

• 编译好的zImage和vexpress-v2p-ca9.dtb文件放在本仓库根目录/linux/文件夹下，可以直接运行查看效果

• 交叉编译环境保持和上面编译U-Boot时相同

• 下载最新的Linux kernel源码：v6.1-rc4

• 编译：

  • make vexpress_defconfig
  • make zImage dtbs -j4

• 安装过程中遇到了报错，需要安装依赖库：

  • sudo apt-get install g++
  • sudo apt-get install libmpc-dev
  • 将arch/arm/boot/zImage和arch/arm/boot/dts/vexpress-v2p-ca9.dtb拷贝出来

• 运行：

  • qemu-system-arm -M vexpress-a9 -m 256M -nographic -kernel zImage -dtb vexpress-v2p-ca9.dtb
  • 能正常运行，但是会提示没有文件系统
  • 编译好的zImage和vexpress-v2p-ca9.dtb文件我已经放在另一个仓库中，地址为：https://gitee.com/langcai1943/linux_kernel_u-boot_busybox_code_comments/bin/v1.0.0

• 运行效果：

jim@DESKTOP-SVP3BEM MSYS /d/1_git/cj-security-camera/linux
$ qemu-system-arm -M vexpress-a9 -m 256M -nographic -kernel zImage -dtb vexpress-v2p-ca9.dtb
Booting Linux on physical CPU 0x0
Linux version 6.1.0-rc6 (jim@jim) (arm-none-linux-gnueabihf-gcc (Arm GNU Toolchain 11.3.Rel1) 11.3.120220712, GNU ld (Arm GNU Toolchain 11.3.Rel1) 2.38.20220708) #1 SMP Fri Nov 25 23:17:29 CST 2022
CPU: ARMv7 Processor [410fc090] revision 0 (ARMv7), cr=10c5387d
CPU: PIPT / VIPT nonaliasing data cache, VIPT nonaliasing instruction cache
OF: fdt: Machine model: V2P-CA9
Memory policy: Data cache writeback
Reserved memory: created DMA memory pool at 0x4c000000, size 8 MiB
OF: reserved mem: initialized node vram@4c000000, compatible id shared-dma-pool
cma: Reserved 16 MiB at 0x6f000000
Zone ranges:Normal   [mem 0x0000000060000000-0x000000006fffffff]
Movable zone start for each node
Early memory node rangesnode   0: [mem 0x0000000060000000-0x000000006fffffff]
Initmem setup node 0 [mem 0x0000000060000000-0x000000006fffffff]
CPU: All CPU(s) started in SVC mode.
......
---[ end Kernel panic - not syncing: VFS: Unable to mount root fs on unknown-block(0,0) ]---

• 参考网址
  • QEMU 实验(一): u-boot 和 kernel 编译
  • QEMU搭建Kernel模拟调试开发环境
  • arm交叉编译器gnueabi、none-eabi、arm-eabi、gnueabihf、gnueabi区别
  • 在家学习嵌入式2–在qemu环境下使用uboot启动linux
  • 【qemu】qemu运行linux内核总结
  • QEMU体验最新Ｌinux-5.9.２内核
  • QEMU调试Linux内核环境搭建
  • qemu 搭建 ARM Linux环境