环境配置

网络环境配置

目前具备一台虚拟机，配置如下

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OS: Ubuntu 24.04 noble
Kernel: x86_64 Linux 6.14.0-29-generic

开发板选择 TLT113-MiniEVM，配置如下

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2 x ARMv7 Processor rev 5 (v7l)

下面需要利用 桥接模式(Bridged) 将虚拟机与开发板配置在同一个网段

  1. [Edit] → [Virtual Network Editor] → [VMnet0 Bridged to Wifi]
  2. [Network Adapter] → [Custom: Specific virtual network] → [VMnet0]

调试环境配置

  • 优化标志
标志 优化级别 特点
-O0 无优化 保留调试信息
-O1 基础优化 平衡编译速度与性能，优化代码大小和执行效率
-O2 高级优化 启用更多优化（如循环展开、函数内联），发布版本使用
-O3 极致优化 在 -O2 基础上增加激进优化
-Os 优化代码大小 适合嵌入式场景，优先减小可执行文件体积
  • 警告标志
标志 作用
-Wall 启用常见警告（如未使用变量、类型不匹配）
-Wextra 额外警告（如无意义的比较、未初始化变量）
-Werror 将警告视为错误（强制修复所有警告）

交叉编译

要在 ARM 架构上运行在 AMD（x86_64）机器上编译的 C 程序，需要对其进行 交叉编译。

gcc-arm-linux-gnueabi 和 gcc-arm-linux-gnueabihf 都是 ARM 32 位 Linux 交叉编译器，主要区别在于 浮点参数传递 ABI 不同。

工具链 编译器命令 浮点 ABI 含义
gcc-arm-linux-gnueabi arm-linux-gnueabi-gcc soft / softfp 软件浮点 ABI
gcc-arm-linux-gnueabihf arm-linux-gnueabihf-gcc hard 硬浮点 ABI

gcc-arm-linux-gnueabi 默认使用 soft-float ABI，浮点参数通过普通 ARM 寄存器传递。

  • 兼容性较好

  • 不要求目标系统必须支持硬浮点 ABI

  • 可以运行在没有 FPU 的 ARM 设备上

不过即使 CPU 有 FPU，也不一定按 hard-float ABI 调用。

gcc-arm-linux-gnueabihf 使用 hard-float ABI，浮点参数通过 VFP 浮点寄存器传递。

  • 浮点性能更好

  • 需要目标 CPU 支持 FPU

  • 目标系统的用户态库也必须是 hard-float ABI

  • 与 soft-float ABI 的库通常不能混用

在目标板上查看系统架构

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❯ uname -m           # armv7l
❯ ls /lib/ld-linux*  # /lib/ld-linux.so.3

如果是/lib/ld-linux-armhf.so.3，则表示支持 hard-float

执行下面指令，在 AMD 机器上安装面向 ARM 处理器的编译器

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❯ sudo apt update
❯ sudo apt install binutils-arm-linux-gnueabi
❯ sudo apt install gcc-arm-linux-gnueabi g++-arm-linux-gnueabi
❯ sudo apt install gcc-arm-linux-gnueabihf g++-arm-linux-gnueabihf  # 针对 32 位 ARM 开发板
❯ sudo apt install gcc-aarch64-linux-gnu g++-aarch64-linux-gnu      # 针对 64 位 ARM 开发板
❯ sudo apt install gdb-multiarch

❯ arm-linux-gnueabi-gcc main.c -o main_arm32 -g

编译得到可执行二进制文件

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❯ file main_arm32
main_arm32: ELF 32-bit LSB executable, ARM, EABI5 version 1 (GNU/Linux), statically linked, BuildID[sha1]=05545e04fa24e60e06c4b239350e1bdcf6a62515, for GNU/Linux 3.2.0, not stripped
❯ arm-linux-gnueabihf-objdump -S main_arm32  # 混合查看 C 语言源码与汇编(如果是静态编译, 汇编代码会很长...)

远程调试

  • 嵌入式设备
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❯ gdbserver <vmware-ubuntu_ip_addr>:12345 main_arm32
  • 开发设备
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❯ gdb-multiarch -q main_arm32
(gdb) target remote <embedded-dev_ip_addr>:12345
Remote debugging using <embedded-dev_ip_addr>:12345
0x00010340 in _start ()
(gdb) b main
Breakpoint 1 at 0x10462: file main.c, line 7.
(gdb) c
Continuing.

编译内核

编译环境配置

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❯ sudo apt install make build-essential bison flex bc libncurses-dev libelf-dev libssl-dev libdw-dev u-boot-tools dwarves

下载内核源代码

Linux 内核源代码托管在 The Linux Kernel Archieves 平台

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❯ wget https://cdn.kernel.org/pub/linux/kernel/v7.x/linux-7.0.10.tar.xz
❯ tar -xf linux-7.0.10.tar.xz

也可以直接克隆稳定版源代码

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❯ git clone https://git.kernel.org/pub/scm/linux/kernel/git/stable/linux.git
❯ cd linux
❯ git checkout v7.0.10

内核配置

配置工具包括以下几种，可以根据需求选择启动/禁用某些特性

工具 命令 特点
defconfig 使用默认配置（适合嵌入式/极简场景） make defconfig
menuconfig 文本界面，支持键盘导航 make menuconfig
nconfig 增强版文本界面（支持搜索） make nconfig
oldconfig 基于现有 .config 更新新选项 make oldconfig

虚拟机的 .config 文件位于 /boot 目录下，可以复用避免从零开始

注：Ubuntu 的内核配置里引用了发行版自己的证书文件，但新下载的原版 Linux 源码目录里没有这个文件，因此需要将证书配置清空

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❯ cp /boot/config-$(uname -r) .config
❯ scripts/config --set-str SYSTEM_TRUSTED_KEYS ""
❯ scripts/config --set-str SYSTEM_REVOCATION_KEYS ""
❯ make oldconfig     # 更新配置以适配新内核版本
❯ make olddefconfig  # 自动对新选项采用默认值, 不需要手动回答

如果需要启用调试功能，在 make nemuconfig 之后，在 Kernel hacking 选项中勾选 CONFIG_DEBUG_INFO（生成调试信息）和 CONFIG_KASAN`（内存错误检测）

然后可以使用 gdb 工具 调试 vmlinux

编译内核

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❯ make -j$(nproc)           # 编译内核镜像, 模块等文件(并行编译, CPU 核心数+1)
❯ make modules -j$(nproc)   # 仅编译内核模块

清理编译产物

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# 编译完成后 Kernel: arch/x86/boot/bzImage is ready  (#1)
❯ make clean     # 清理编译产物
❯ make mrproper  # 清理编译产物与 .config 文件

安装内核

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❯ sudo make modules_install  # 安装内核模块到 /lib/module
❯ sudo make install          # 安装内核镜像, 符号表及配置文件到 /boot

主要包括以下功能

  • 复制内核镜像 bzImage 到 /boot/vmlinuz-<kernel_version>
  • 复制符号表 System.map 到 /boot/System.map-<kernel_version>
  • 复制配置文件 .config 到 /boot/config-<kernel_version>
  • 更新启动加载器 grub 配置。

GRUB 更新

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❯ sudo update-grub

扫描整个 /boot 目录，自动将新内核添加到引导菜单。

验证安装

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❯ reboot
❯ uname -r  # 查看内核版本
❯ lsmod     # 查看加载的模块

交叉编译：为其他架构（如 ARM、RISC-V）编译内核，需指定架构和交叉编译器

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make ARCH=arm64 CROSS_COMPILE=aarch64-linux-gnu- defconfig
make -j$(nproc) ARCH=arm64 CROSS_COMPILE=aarch64-linux-gnu-

参考资料