Project RC

一种标准阿西的设计与实现。

编译一个 AArch64 平台的最小 Linux 内核

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分类：Dev
标签：Linux、OS、内核、BusyBox、QEMU、ARM、AArch64

总结一下最近折腾的事情，方便以后查阅。

所有内容都假设已经安装了必须的构建工具链，如果没有装，可以在报错的时候再根据提示安装。

编译 BusyBox

需要先编译一个 BusyBox 作准备，之后作为 rootfs 加载。

在 这里 下载适当版本的 BusyBox 源码并解压，然后运行：

cd busybox-1.32.0
mkdir build

make O=build ARCH=arm64 defconfig
make O=build ARCH=arm64 menuconfig

这会首先生成默认配置，然后开启一个配置菜单。在「Settings」里面修改下面几项配置：

[*] Don't use /usr
[*] Build static binary (no shared libs)
(aarch64-linux-gnu-) Cross compiler prefix

然后保存并退出。运行：

make O=build # -j8
make O=build install
cd build/_install

这会使用刚刚保存的配置进行编译，然后安装到 build/_install 目录，此时该目录如下：

$ tree -L 1 .
.
├── bin
├── linuxrc -> bin/busybox
└── sbin

2 directories, 1 file

接着创建一些空目录：

mkdir -pv {etc,proc,sys,usr/{bin,sbin}}

然后创建一个 init 文件，内容如下：

#!/bin/sh

mount -t proc none /proc
mount -t sysfs none /sys

echo -e "\nBoot took $(cut -d' ' -f1 /proc/uptime) seconds\n"

exec /bin/sh

修改 init 文件为可执行：

chmod +x init

此时当前目录（build/_install）内容如下：

$ tree -L 1 .
.
├── bin
├── etc
├── init
├── linuxrc -> bin/busybox
├── proc
├── sbin
├── sys
└── usr

6 directories, 2 files

把这些目录和文件打包：

find . -print0 | cpio --null -ov --format=newc | gzip > ../initramfs.cpio.gz

生成的 gzip 压缩后的 cpio 映像放在了 build/initramfs.cpio.gz，此时 BusyBox ramdisk 就做好了，保存备用。

编译最小配置的 Linux 内核

在 这里 下载适当版本的内核源码并解压，然后运行：

cd linux-5.8.8
mkdir build

make O=build ARCH=arm64 CROSS_COMPILE=aarch64-linux-gnu- allnoconfig
make O=build ARCH=arm64 CROSS_COMPILE=aarch64-linux-gnu- menuconfig

这会首先初始化一个最小的配置（allnoconfig），然后打开配置菜单。在配置菜单中做以下修改：

-> General setup
[*] Initial RAM filesystem and RAM disk (initramfs/initrd) support

-> General setup
  -> Configure standard kernel features
[*] Enable support for printk

-> Executable file formats / Emulations
[*] Kernel support for ELF binaries
[*] Kernel support for scripts starting with #!

-> Device Drivers
  -> Generic Driver Options
[*] Maintain a devtmpfs filesystem to mount at /dev
[*]   Automount devtmpfs at /dev, after the kernel mounted the rootfs

-> Device Drivers
  -> Character devices
[*] Enable TTY

-> Device Drivers
  -> Character devices
    -> Serial drivers
[*] ARM AMBA PL010 serial port support
[*]   Support for console on AMBA serial port
[*] ARM AMBA PL011 serial port support
[*]   Support for console on AMBA serial port

-> File systems
  -> Pseudo filesystems
[*] /proc file system support
[*] sysfs file system support

完成后保存并退出，再运行：

make O=build ARCH=arm64 CROSS_COMPILE=aarch64-linux-gnu- # -j8

即可编译 Linux 内核，编译出来的两个东西比较有用，一个是 build/vmlinux，另一个是 build/arch/arm64/boot/Image，前者是 ELF 格式的内核，可以用来在 GDB 中加载调试信息，后者是可启动的内核映像文件。

编译 qemu-system-aarch64

这一步是可选的，直接使用包管理器安装 QEMU 也可以。

在 这里 下载适当版本的 QEMU 源码并解压，然后运行：

cd qemu-5.0.0

mkdir build
cd build

../configure --target-list=aarch64-softmmu
make # -j8

即可编译 AArch64 目标架构的 QEMU。

启动 Linux

为了清晰起见，回到上面三个源码目录的外层，即当前目录中内容如下：

$ tree -L 1 .
.
├── busybox-1.32.0
├── linux-5.8.8
└── qemu-5.0.0

3 directories, 0 files

然后使用 QEMU 启动刚刚编译的 Linux：

./qemu-5.0.0/build/aarch64-softmmu/qemu-system-aarch64 \
    -machine virt -cpu cortex-a53 -smp 1 -m 2G \
    -kernel ./linux-5.8.8/build/arch/arm64/boot/Image \
    -append "console=ttyAMA0" \
    -initrd ./busybox-1.32.0/build/initramfs.cpio.gz \
    -nographic

这里使用了 QEMU 的 virt 平台。

参考资料

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