4. 构建野火Debian系统固件

4.1. 为什么要构建Debian系统固件

前面介绍了NXP官方的固件有稳定可靠的优点,适合大部分的产品使用,但这是从产品角度来看的。 对于Linux学习者来说,原厂固件因为使用的是较老版本的linux内核、Uboot版本, 它与目前的代码的架构和系统特性已经发生了一些变化。再去学习研究时,就显得比较脱节。 毕竟学习时间有限,不可能把所有新旧版本的内核、uboot重新学习一遍。

目前野火移植了较新版本的uboot(2019_04) ,kernel(4.19.71),为的就是减少重复学习成本, 也更加锻炼学习者的能力。而且出于对初学者好学易用的目的, 根文件系统将会使用Debian,它的第三方软件包繁多,安装简单, 大家熟悉的Ubuntu就是基于Debian发展而来。

4.2. 编译2019.04版本uboot

野火移植2019.04版本uboot,在其中完善了对内核设备树插件的支持,提高了系统的扩展性和可维护性。

1、下载野火2019版本uboot,代码已经托管在github以及gitee上,直接执行以下命令进行下载即可:

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git clone https://github.com/Embedfire/ebf-buster-uboot.git
或者
git clone https://gitee.com/wildfireteam/ebf-buster-uboot.git

2、先在系统执行以下命令,安装必要的环境工具,再进行uboot的编译。

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sudo apt install make gcc-arm-linux-gnueabihf gcc bison flex libssl-dev dpkg-dev lzop

3、在项目文件夹目录下使用root权限执行编译脚本compile_uboot.sh

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sudo ./compile_uboot.sh

编译结束后,会在当前文件夹路径下生成u-boot-dtb.imx文件,这就是我们需要的uboot镜像, 该uboot镜像需要存放到下面介绍的ebf-image-builder项目的uboot目录中,来进行系统固件的生成。

4.3. 编译4.19.71版本内核

1、下载野火4.19.71版本内核,代码已经托管在github以及gitee上,直接执行以下命令进行下载即可:

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git clone https://github.com/Embedfire/ebf-buster-linux.git
或者
git clone https://gitee.com/wildfireteam/ebf-buster-linux.git

2、先在系统执行以下命令,安装必要的环境工具,再进行内核的编译。

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sudo apt install make gcc-arm-linux-gnueabihf gcc bison flex libssl-dev dpkg-dev lzop

3、在项目文件夹目录下使用root权限执行编译脚本make_deb.sh

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sudo ./make_deb.sh

编译结束后,会在/home/pi路径下生成linux-image-4.19.71-imx-r1_1stable_armhf.deb,这就是4.19.71版本linux内核的安装包。 该内核安装包需要存放到下面介绍的ebf-image-builder项目的Kernel目录中,来进行系统固件的生成。

4.4. 制作Debian系统镜像

4.4.1. ebf-image-builder简介

该项目移植自BeagleBone公司的image-builder项目,主要用于构建debian系统镜像。它的源码开放, 主要由shell脚本和配置文件构成,用户可以灵活高效地修改debian文件系统的配置, 还能根据实际项目需要在文件系统中预装某些应用软件。

源码地址: https://github.com/Embedfire/ebf-image-builder

4.4.2. 关于Debian系统

Linux有非常多的发行版本,Debian就是最早的Linux发行版本之一。大家比较熟悉的Ubuntu就是基于Debian发展而来, 相比其他Linux发型版本,Debian主要有以下几个方面的优点:

  1. 稳定

Debian的发布版本通常测试完善,发行周期较长,它通常维护着三个版本:”稳定版(stable)”、”测试版(testing)”、 “不稳定版(unstable)”,对每个稳定发行版本,用户可以得到三年的完整支持以及额外两年的长期支持。 debian目前在很多企业用户中使用,它的稳定性和可靠性是经过市场长期验证的。

  1. 软件包管理程序简单易用

熟悉Ubuntu的人应该知道,Ubuntu是用dpkg工具来进行软件包的管理,关于软件的安装、卸载、升级都可以用dpkg指令完成, dpkg指令功能非常强大,但是也比较复杂。因而后来基于dpkg衍生出来了apt工具,可以通过apt install、apt remove、 等指令就能轻松安装、卸载软件。在这方面,Debian与Ubuntu的机制是完全一样的。

  1. 软件包丰富

Debian经过这么多年的发展,开源社区已经积累了数以万计的应用程序,从文档编辑、到电子商务、到游戏娱乐、到软件开发, 全面提供即安装即使用的体验。免去自己编译源代码的诸多麻烦,而且用apt upgrade就能轻松升级到最新版本的软件。

  1. 良好的系统安全

Debian自由软件社区非常注重在软件发布中快速地修复安全问题。通常没几天就会有修复过的软件被上传。因为开放源代码 所以 Debian 的安全性是可以被用户和开发者客观评估的。这有利于防止潜在的安全问题被引入到Debian系统中。

4.4.3. 关于image-builder项目

4.4.3.1. 项目起源

BeagleBoard.org是一家非盈利公司,致力于在嵌入式计算 领域提供开源硬件和软件,并且重点关注教育行业, BeagleBoneBlack是该公司最受欢迎的主板。image-builder项目就是为BeagleBoneBlack之类的开发板构建debian系统镜像的开源项目。

源码地址: https://github.com/beagleboard/image-builder

4.4.3.2. 项目原理

image-builder项目基于qemu和debootstrap等工具来生成和定制arm架构的debian文件系统。其中,qemu是一个开源的模拟器项目, 在GNU/Linux平台上使用广泛,可用于模拟各种不同架构的处理器。而debootstrap是Debian官方提供的, 适用于生成不同架构、不同版本的debian文件系统。

image-builder项目分析

如上图所示: 在使用debootstrap工具生成debian文件系统后,然后qemu使用新构建的debian文件系统作为文件系统, 在qemu模拟arm架构的处理器并启动后,就可以用apt install命令预装各种应用软件, linux内核和设备树都是在这个阶段中安装更新的。安装完毕后,使用dd命令把得到的文件系统和u-boot一起打包到img文件中, 即可生成用于sd卡烧录的debian系统镜像。

4.4.4. ebf-image-builde目录分析

  1. 使用git克隆项目镜像
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 git clone https://github.com/Embedfire/ebf-image-builder.git
 或者
 git clone https://gitee.com/wildfireteam/ebf-image-builder.git

出现下图提示表示克隆完成

git克隆完成
  1. 进入下载好的文件目录,使用tree命令查看文件夹目录
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cd ebf-image-builder
tree -L 1

可以看到ebf-image-builde项目的目录结构,如下图所示:

ebf-image-builde目录

其中:

  • configs目录:主要是Debian文件系统的一些配置项,主要有:预安装软件列表、镜像源地址等。
  • docs目录:主要是代理使用说明和debootstrap使用说明。
  • publish目录:这个目录下存放着编译debian固件的起始脚本,是整个项目的编译入口。
  • scripts目录:存放了一些执行特殊功能的脚本,在编译过程中会被调用。
  • target目录:这里面放置的内容比较杂散,有启动参数的说明文档、systemd的启动服务和deb镜像源的密钥等等。
  • tools目录:主要是打包脚本,完成把文件系统和uboot打包成img镜像的功能。
  • Kernel目录:存放的是前面编译出来的内核安装包(linux-image-4.19.71-imx-r1_1stable_armhf.deb)。
  • uboot目录:存放前面编译出来的uboot固件(u-boot-dtb.imx)。

4.4.5. ebf-image-builde编译Debian固件

进入ebf-image-builde项目源码目录下,直接执行编译脚本

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cd ebf-image-builder
sudo ./publish/seeed-imx-stable.sh

注意:如果执行过程提示:

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 m4: 未找到命令

那么先用apt工具安装m4工具,再重新执行编译命令

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sudo apt install m4 -y
sudo ./publish/seeed-imx-stable.sh

正常编译时,打印信息如下图所示:

开始编译debian

编译时间较长(大概三十分钟到一个小时不等,主要跟网速有关),请耐心等待。如果后面客户需要频繁进行编译工作, 我们会提供使用代理下载的方法,可大幅减小编译时间。

编译完成后,下图中红框部分即为新编译的Debian系统镜像

编译debian结束

Debian系统镜像存放下面目录中

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 ebf-image-builder/deploy/debian-buster-console-armhf##日期

可以参考《SD卡烧录Debian镜像》章节把该镜像烧录到sd卡中,以SD卡方式启动开发板。

烧录完成后,开发板第一次用sd卡方式启动时,系统会自动进行扩容重启, 以保证充分利用sd卡存储空间。扩容完毕后,系统重启生效。