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香橙派（orangePiZero2）：交叉编译、内核编译及驱动开发_香橙派toolchains交叉编译用哪个

作者：小小林熬夜学编程 | 2024-02-14 23:28:03

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香橙派toolchains交叉编译用哪个

一、准备工作

1、安装好相关环境（Ubuntu 18.04）

开发板：orangepi-zero2

交叉编译器：aarch64-none-linux-gnu-

2、安装交叉编译工具：

（1）下载并安装交叉编译工具，下载地址如下：Index of /armbian-releases/_toolchain/ | 清华大学开源软件镜像站 | Tsinghua Open Source Mirror

下载好压缩包，将压缩包放到Ubuntu里如下所示：

输入以下命令进行压缩包的解压：

tar -xf gcc-arm-9.2-2019.12-x86_64-aarch64-none-linux-gnu.tar.xz

解压完后，会有一个文件夹，输入命令进入文件夹，可看到对应的交叉编译工具：

（2）设置环境变量临时有效

        1）输入以下命令，输出环境变量：

        echo $PATH

        2）pwd，打印当前路径：

        3）设置临时环境变量，用到以下命令：

        export PATH=$PATH:<路径>         

        4）我们再次输出环境变量，看看是否已经添加进来：

        但是，这个方法只适用于当前终端，一旦当前终端关闭或者在其他终端中则无效。它是一个临时的环境变量。

（3）设置永久有效

        修改工作目录的 .bashrc 是一个隐藏文件，用来配置命令终端（这里要注意每个人的工作目录可能不太一样，不要盲目复制命令，有些命令是需要改动的）。

vi /home/wsm/.bashrc

注意：上面路径中的wsm是我自己的工作目录，每个人的不一样，需要按照自己的工作目录修改。

在最后一行加上：

export PATH=/usr/local/sbin:/usr/local/bin:/usr/sbin:/usr/bin:/sbin:/bin:/usr/games:/usr/local/games:/snap/bin:/home/wsm/orangePiZero2/gcc-arm-9.2-2019.12-x86_64-aarch64-none-linux-gnu/bin

保存并退出，然后输入以下命令，使其生效：

source /home/wsm/.bashrc

（5）测试，验证是否成功：

在虚拟机编写一个hello.c的文件如下：

  1. /*************************************************************************
  2.         > File Name: helloc.c
  3.         > Author:阿哈、小吴
  4.         > Mail: 1971363937@qq.com 
  5.         > Created Time: Sun 05 Nov 2023 06:23:58 AM PST
  6. ************************************************************************/
  7.  
  8. #include <stdio.h>
  9.  
  10. int main(void){
  11.       printf("hello!\n");
  12.       return 0;
  13. }

用交叉编译工具编译为 test可执行文件：

aarch64-none-linux-gnu-gcc hello.c -o test

查看test文件是否是arm架构：

file test

如下：

        证明我们交叉编译工具已经安装好，你也可以将test文件拷贝到板子上运行看是否正常。

3、将Linux SDK 的源码准备好，并放在Ubuntu上，如下所示：

4、先将Linux 内核压缩包解压出来

unzip orangepi-build-main.zip

解压后，会多出解压好的文件夹：

二、编译 Linux 内核

1、先进入我们解压好的源码文件夹，如下所示：

2、运行 buid.sh 脚本，输入如下命令：

sudo ./build.sh

它会自动帮我们下载编译工具和源码。

3、运行上述脚本后，弹出下图，我们选择 Kernel package ，然后按回车：

4、紧接着，需要我们选择开发板的型号，这里我的开发板的型号是 OrangePiZero2，选择按回车即可：

5、接着选择型号分支，我的开发板是linux 4.9的，按回车即可：

（1）current 会去编译 linux 5.13

（2）legacy 会去编译 linux 4.9

6、然后会弹出 make menuconfig 配置内核的界面，此时，可以直接修改内核的配置，这里我没有配置，直接退出，退出后就会开始编译内核源码：

        （1）如果不需要修改内核的配置选项，在一开始运行 build.sh 脚本时，传入 KERNEL_CONFINGRE=no 就可以临时屏蔽弹出内核的配置界面了。

sudo ./build.sh KERNEL_CONFIIGURE=no

        （2）如果你想永久禁用内核配置界面的弹出，也可以设置 orangepi-buid-main/userpatches/config-default.conf 配置文件中的 KERNEL_CONFINGRE=no ，这样就可以永久禁用这个功能了：

        （3）编译内核的时候，如果提示错误信息为 Your display is too small to run MenuConfig! ，这是由于你的 Ubuntu PC 的终端界面太小，导致 MenuConfig 的界面无法显示，这时，只要重新把终端调大，然后重新运行 build.sh 脚本即可。

7、编译内核源码时，提示的部分信息说明如下（了解）

        （1）Linux 内核源码的版本信息：

        [ o.k. ]Compiling legacy Kernel [ 4.9.170 ]

        （2）使用的交叉编译工具链的版本：

         [ o.k. ]Compiler version [ aarch64-none-linux-gnu-gcc 9.2.1 ]

        （3）内核默认使用的配置文件以及它存放的路径：

         [ o.k. ]Using kernel config file [ config/kernel/linux-sun50iw9-legacy.config ]

        （4）如果 KERNEL_CONFINGRE=yes ，内核最终使用的配置文件 .config 会复制到 output/config 中，如果没有对内核配置进行修改，最终的配置文件和默认的配置文件是一致的：

        [ o.k. ]Exporting new kernel config [ output/config/linux-sun50iw9-legacy.config ]

        （5）编译生成的内核相关的 deb 包的路径：

        [ o.k. ]Target directory [ output/debs ]

        （6）编译生成的内核镜像 deb 包的包名：

        [ o.k. ]File name [ linux-image-legacy-sun50iw9_2.2.0_arm64.deb ]

        （7）编译使用的时间：

        [ o.k. ]Runtime [ 5 min ]

        （8）最后会显示重复编译上一次选择的内核的编译命令，使用下面的命令无需通过图形界面选择，可以直接开始编译内核源码：  

8、编译好后，生成的目录如下：

以上文件释义如下所示：

  1. a. build.sh: 编译启动脚本
  2. b. external: 包含编译镜像需要用的配置文件、特定功能的脚本以及部分程序的源码，编译镜像过程中缓存的 rootfs 压缩包也存放在 external 中
  3. c. kernel: 存放 linux 内核的源码，里面名为 orange-pi-4.9-sun50iw9 的文件夹存 放 的 就 是 H616 系 列 开 发 板 legacy 分 支 的 内 核 源 码 ， 里 面 名 为orange-pi-5.13-sunxi64 的文件夹存放的就是 H616 开发板 current 分支的内核源码（如果只编译了 legacy 分支的 linux 镜像，那么则只能看到 legacy 分支的内核源码；如果只编译了 current 分支的 linux 镜像那么则只能看到current 分支的内核源码），内核源码的文件夹的名字请不要手动修改，如果修改了，编译系统运行时会重新下载内核源码
  4. d. LICENSE: GPL 2 许可证文件
  5. e. README.md: orangepi-build 说明文件
  6. f. output: 存放编译生成的 u-boot、linux 等 deb 包、编译日志以及编译生成的镜像等文件
  7. g. scripts: 编译 linux 镜像的通用脚本
  8. h. toolchains: 存放交叉编译工具链
  9. i. u-boot: 存放 u-boot 的源码，里面名为 v2018.05-sun50iw9 的文件夹存放的就是 H616 系列开发板 legacy 分支的 u-boot 源码，里面名为 v2021.07-sunxi的文件夹存放的就是 H616 开发板 current 分支的 u-boot 源码（如果只编译了current 分支的 linux 镜像，那么则只能看到 current 分支的 u-boot源码），u-boot 源码的文件夹的名字请不要手动修改，如果修改了，编译系统运行时会重新下载 u-boot 源码
  10. j. userpatches: 存放编译脚本需要用到的配置文件

编译好的内核文件就在 kernel 下。

三、内核移植

1、查看我们编译生成的内核相关的 deb 包：

我生成的如下所示： 

2、将编译好的 deb 上传至 开发板的 /root 目录下：

可以通过SSH连接，使用scp命令上传

scp linux-image-legacy-sun50iw9_2.2.2_arm64.deb root@orangepi:/root

3、查看已经安装了的 deb 文件：

dpkg -l | grep linux-image

4、卸载开发板中的 deb 文件：

apt purge -y linux-image-legacy-sun50iw9

5、安装上传的 deb 文件：

dpkg -i linux-image-legacy-sun50iw9_2.2.2_arm64.deb

6、重启开发板

sudo reboot.

7、再次查看安装的 deb 文件：

可见，已经安装好了最新的 deb 文件。

四、驱动编译

1、写一个示例代码（放在orangepi-build-main/kernel/orange-pi-4.9-sun50iw9/drivers/char 下）：

新建一个 pin4driver.c 文件：

文件写入代码如下：

  1. #include <linux/fs.h>        //file_operations声明
  2. #include <linux/module.h>    //module_init  module_exit声明
  3. #include <linux/init.h>      //__init  __exit 宏定义声明
  4. #include <linux/device.h>    //class  devise声明
  5. #include <linux/uaccess.h>   //copy_from_user 的头文件
  6. #include <linux/types.h>     //设备号  dev_t 类型声明
  7. #include <asm/io.h>          //ioremap iounmap的头文件
  8.  
  9. // 将该文件放在 orangepi-build-main/kernel/orange-pi-4.9-sun50iw9/drivers/char 下
  10. static struct class *pin4_class;
  11. static struct device *pin4_class_dev;
  12.  
  13. static dev_t devno;                //设备号
  14. static int major =231;                     //主设备号
  15. static int minor =0;                       //次设备号
  16. static char *module_name="pin4";   //模块名
  17.  
  18. //led_read函数
  19. static ssize_t pin4_read(struct file *file1,char __user *buf,size_t count, loff_t *ppos)
  20. {
  21.     printk("pin4_read\n");  //内核的打印函数和printf类似
  22.     return 0;
  23. }
  24.  
  25. //led_open函数
  26. static int pin4_open(struct inode *inode,struct file *file)
  27. {
  28.     printk("pin4_open\n");  //内核的打印函数和printf类似
  29.     return 0;
  30. }
  31.  
  32. //led_write函数
  33. static ssize_t pin4_write(struct file *file,const char __user *buf,size_t count, loff_t *ppos)
  34. {
  35.  
  36.     printk("pin4_write\n"); 
  37.     return 0;
  38. }
  39.  
  40. static struct file_operations pin4_fops = {
  41.  
  42.     .owner = THIS_MODULE,
  43.     .open  = pin4_open,
  44.     .write = pin4_write,
  45.     .read  = pin4_read,
  46. };
  47.  
  48. int __init pin4_drv_init(void)  //真实入口 
  49. {
  50.     int ret;
  51.     devno = MKDEV(major,minor);  //创建设备号
  52.     ret   = register_chrdev(major, module_name,&pin4_fops);  //注册驱动  告诉内核，把这个驱动加入到内核驱动的链表中
  53.  
  54.     pin4_class=class_create(THIS_MODULE,"myfirstdemo");//由代码在Dev下自动生成设备
  55.     pin4_class_dev =device_create(pin4_class,NULL,devno,NULL,module_name);  //创建设备文件
  56.  
  57.     return 0;
  58. }
  59. void __exit pin4_drv_exit(void)
  60. {
  61.  
  62.     device_destroy(pin4_class,devno);
  63.     class_destroy(pin4_class);
  64.     unregister_chrdev(major, module_name);  //卸载驱动
  65.  
  66. }
  67. module_init(pin4_drv_init);  //入口 内核加载该驱动的时候，这个宏会被调用
  68. module_exit(pin4_drv_exit);  //出口，卸载模块函数
  69. MODULE_LICENSE("GPL v2");

2、怎么样才能编译到这个驱动代码呢？需要我们去修改 Makefile，如下所示：

注意：我们修改的是 orangepi-build-main/kernel/orange-pi-4.9-sun50iw9/drivers/char 这个路径下的 Makefile 文件！！！

我们需要编译成模块的方式，obj-m 就是模块的编译方式，我们需要在Makefile中添加：

obj-m += pin4driver.o

如下所示：

3、然后我们需要回到内核的源码目录下，进行模块的编译，即 orangepi-build-main/kernel/orange-pi-4.9-sun50iw9 这个路径下：

（1）方法一：输入以下命令进行编译，这条命令是将所有内容都编译了，需要蛮久的：

make ARCH=arm64 CROSS_COMPILE=aarch64-none-linux-gnu- -j4

编译好后，可以看到编译生成的 .ko 文件所在的路径：

（2）方法二：输入以下命令，只是编译模块，较快：

make modules ARCH=arm64 CROSS_COMPILE=aarch64-none-linux-gnu-

编译如下所示：

4、将编译好的 pin4driver.ko 模块，拷贝到我们的开发板（可以用scp指令拷贝，也可用U盘拷贝）

这里讲一下用U盘拷贝的方法：

（1）首先先将 pin4driver.ko 模块 拷贝到 共享文件夹中：

cp pin4driver.ko /mnt/hgfs/share/

（2）查看共享文件夹中的文件：

ls /mnt/hgfs/share/

（3）从 windows 上的共享文件夹 将 pin4driver.ko 模块 拷贝到U盘上

（4）将U盘插到板子上， 用 dmesg 命令查看识别到的是哪个设备：

可以看到内核识别到的设备是 sda1。

（5）输入指令挂载U盘，挂载到 /mnt 目录下：

sudo mount /dev/sda1 /mnt/

挂载好后，cd 进入 /mnt 目录，再 ls，即可看到U盘下的文件：

（6）用cp命令将 pin4driver.ko 模块 拷贝出来即可

（7）拷贝完后，需要取消U盘的挂载：

（8）拔出U盘即可

5、在开发板中加载驱动模块：

（1）输入以下命令即可：

sudo insmod pin4driver.ko

（2）我们看一下是否生成了pin4这个设备驱动：

模块名、主设备号与次设备号都与我们的驱动代码对上了：

6、接下来就是测试

我们需要写一个应用程序来去调用我们的驱动程序：

写一个test.c程序如下（这是用户空间的代码）：

  1. #include<sys/types.h>
  2. #include<sys/stat.h>
  3. #include<fcntl.h>
  4. #include<stdio.h>
  5. int main()
  6. {
  7.         int fd;
  8.         fd = open("/dev/pin4",O_RDWR);
  9.         if(fd<0){
  10.                 printf("open failed!\n");
  11.                 perror("res");
  12.         }else{
  13.                 printf("open success!\n");
  14.         }
  15.         fd = write(fd,'1',1);
  16. }

编译运行：

为什么无法打开呢？这是因为，我们加载的驱动的权限问题，我们需要给它可读可写的权限：

修改权限，再次执行即可：

7、查看驱动层的输出语句：

输入dmesg查看：

这样子，就完成了简单的字符设备驱动开发。

五、总结

        （1）通过insmod将模块，加载到内核中去，它会去 module_init 函数 加载驱动模块，再会去调用我们写的 pin4_drv_init 驱动入口函数，而这个函数又会去通过 register_chardev 函数去注册驱动，把这个驱动（整个file_operations结构体变量）加入到内核链表中。

        （2）当驱动装载成功后，会在 /dev/ 文件下生成 一个驱动（如pin4），但是要注意，我们需要给这个驱动一个所有用户均可读可写的权限。

        （3）（用户空间）应用程序中的 open 函数会去通过 系统调用sys_call（软中断，中断号是0x80） “陷入” 到内核空间（sys_call会调用sys_open），然后根据文件名找到相关的设备号，根据设备号从驱动链表里面找出驱动，如果找到了驱动就返回一个 fd 文件句柄。 

        （4）因为它会去调用驱动里面的 open 函数，于是，我们就会在内核里看到打印了相关的信息。

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