K210--运行NOMMU linux

心已赠人 2023-05-22 22:38 19阅读 0赞

### 目录 ###

*  介绍
 *  build之前
 *  Git clone
 *  Buildroot
 *  移植内核
 *  构建工具链
 *  安装工具链
 *  构建 Rootfs
 *  Tiny C 编译器
 *  构建内核
 *  测试

# 介绍 #

这是一个面向初学者的教程，主要介绍如何编译内核以在k210上运行NOMMU linux。 并且，本教程将展示如何交叉编译tcc，以便您可以在k210上使用tcc执行C程序。 内核源可从[https://www.kernel.org][https_www.kernel.org]下载，并应用了Damien Le Moal’s k210 patch@damien-lemoal （Damien Le Moal的k210补丁）

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# build之前 #

在build之前，您应该先克隆该项目并安装buildroot依赖的软件包。

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**Debian bullseye or Ubuntu 18.04.4**

DEBIAN_FRONTEND=noninteractive apt-get update -qq && \
    	DEBIAN_FRONTEND=noninteractive apt-get install -yq \
    	    build-essential \
    	    device-tree-compiler \
    	    bison \
    	    flex \
    	    file \
    	    git \
    	    curl \
    	    wget \
    	    cpio \
    	    python \
    	    unzip \
    	    rsync \
    	    bc

**Fedora 31 or CentOS 8**

RUN dnf -y update && \
    	    dnf -y groupinstall 'Development Tools' && \
    	    dnf -y --enablerepo=PowerTools install \
    	        autoconf \
    	        gperf \
    	        bison \
    	        flex \
    	        wget \
    	        curl \
    	        git \
    	        python36 \
    	        perl \
    	        sudo \
    	        cpio

# Git clone #

git clone https://github.com/vowstar/k210-linux-nommu.git
    	
    	cd k210-linux-nommu
    	
    	export PROJ_ROOT=$(pwd)

# Buildroot #

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首先我们需要编译工具链，根据Damien Le Moal的k210补丁的描述，可以通过修改后的buildroot获得该工具链。 最初计划作为git子模块添加，但是有人说这是针对初学者的教程，因此buildroot源代码已添加到该项目中。

Damien Le Moal@damien-lemoal的原始buildroot：

[https://github.com/damien-lemoal/riscv64-nommu-buildroot][https_github.com_damien-lemoal_riscv64-nommu-buildroot]

# 移植内核 #

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运行`sh ./prepare_buildroot.sh`将内核归档文件放入`riscv64-nommu-buildroot/package/kernel`中，以防止找不到文件错误。

cd $PROJ_ROOT
    sh ./prepare_buildroot.sh

# 构建工具链 #

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构建内核之前,我们应该首先构建riscv64 nommu uClibc工具链。

这个过程需要一个良好的网络连接状况， 因为编译时会下载很多软件。

cd "$PROJ_ROOT/riscv64-nommu-buildroot"
    make riscv64_nommu_defconfig
    make

# 安装工具链 #

cd "$PROJ_ROOT/riscv64-nommu-buildroot"
    sudo cp -r output/host /opt/riscv64-uclibc
    export PATH=/opt/riscv64-uclibc/bin:$PATH

# 构建 Rootfs #

Busybox

busybox 是clone至 git://git.busybox.net/busybox.git 最初计划作为git子模块添加，但是有人说这是针对初学者的教程，因此busybox源代码已添加到该项目中。

通过修改 `$PROJ_ROOT/busybox/configs/k210_nommu_defconfig` 文件 以适配 k210 nommu linux.

export PATH=/opt/riscv64-uclibc/bin:$PATH
    cd "$PROJ_ROOT/busybox"
    make k210_nommu_defconfig
    make SKIP_STRIP=y
    make SKIP_STRIP=y install

安装以后，所有的数据都安装到 `$PROJ_ROOT/rootfs_k210`

# Tiny C 编译器 #

Tinycc - 这个最小的ANSI C编译器. 我们希望在k210上有一个C编译器，可以开发k210 C程序。 因此，我们交叉编译了tcc。

这个Tiny C编译器源码来自于：`https://github.com/mirror/tinycc.git`. 最初计划作为git子模块添加，但是有人说这是初学者的教程，因此tinycc源代码已添加到该项目中。

export PATH=/opt/riscv64-uclibc/bin:$PATH
    cd "$PROJ_ROOT/tinycc"
    ./configure --prefix=/usr --cross-prefix=riscv64-linux- --cpu=riscv64 --extra-cflags="-DCONFIG_TCC_STATIC=1" --extra-ldflags=-Wl,-elf2flt=-r
    make
    make DESTDIR=../rootfs_k210 install

如果没有添加 --extra-cflags="-DCONFIG\_TCC\_STATIC=1", 编译的时候会出现错误:

tcc.h:41:12: fatal error: dlfcn.h: No such file or directory

可以通过这个命令来修复它：`-DCONFIG_TCC_STATIC=1`

另外，当前的k210 nommu uclibc不支持线程，因此我更改了代码并删除了 -lpthread

--- a/Makefile
    +++ b/Makefile
    @@ -30,7 +30,8 @@ ifdef CONFIG_WIN32
      CFGWIN = -win
      NATIVE_TARGET = $(ARCH)-win$(if $(findstring arm,$(ARCH)),ce,32)
     else
    - LIBS=-lm -lpthread
    + #LIBS=-lm -lpthread
    + LIBS=-lm
      ifneq ($(CONFIG_ldl),no)
       LIBS+=-ldl
      endif

编译tcc时，它将消耗大量内存，这使得无法在k210 nommu linux上运行。 @minux仅在10分钟内找到了原因，并按如下所示编辑代码：

--- a/tccpp.c
    +++ b/tccpp.c
    @@ -130,9 +130,9 @@ ST_FUNC void expect(const char *msg)
     #define TAL_DEBUG_FILE_LEN 40
     #endif
     
    -#define TOKSYM_TAL_SIZE     (768 * 1024) /* allocator for tiny TokenSym in table_ident */
    -#define TOKSTR_TAL_SIZE     (768 * 1024) /* allocator for tiny TokenString instances */
    -#define CSTR_TAL_SIZE       (256 * 1024) /* allocator for tiny CString instances */
    +#define TOKSYM_TAL_SIZE     (64 * 1024) /* allocator for tiny TokenSym in table_ident */
    +#define TOKSTR_TAL_SIZE     (64 * 1024) /* allocator for tiny TokenString instances */
    +#define CSTR_TAL_SIZE       (16 * 1024) /* allocator for tiny CString instances */
     #define TOKSYM_TAL_LIMIT 256 /* prefer unique limits to distinguish allocators debug msgs */
     #define TOKSTR_TAL_LIMIT 128 /* 32 * sizeof(int) */
     #define CSTR_TAL_LIMIT 1024

然后就可以正常工作了。

然后，当tcc -run时，我们遇到了mprotect问题。 @minux找到了原因，k210 nommu linux不需要mprotect。 编辑代码：

diff --git a/tccrun.c b/tccrun.c
    index 4bf709d..42a0852 100644
    --- a/tccrun.c
    +++ b/tccrun.c
    @@ -304,6 +304,13 @@ static int tcc_relocate_ex(TCCState *s1, void *ptr, addr_t ptr_diff)
     
     static void set_pages_executable(TCCState *s1, void *ptr, unsigned long length)
     { 
    +#if defined TCC_TARGET_RISCV64
    +    /* RISC-V NON MMU don't need mprotect */
    +    void __clear_cache(void *beginning, void *end);
    +    __clear_cache(ptr, (char *)ptr + length);
    +    return;
    +#endif
    +
     #ifdef _WIN32
         unsigned long old_protect;
         VirtualProtect(ptr, length, PAGE_EXECUTE_READWRITE, &old_protect);

然后，它基本上就完整了。

待办事项：

*  添加elf2flt支持。

tcc的输出格式是elf，不能直接在k210 nommu linux下运行，因此需要一些转换。

但是`tcc -run`可以工作，例如：

// main.c
    int fib(int n){ 
        if(n < 2){ 
            return 1;
        }
        return fib(n-1) + fib(n-2);
    }
    
    int _start() { 
        int i;
        for (i = 0; i < 15; i++)
            printf("%d ", fib(i));
        printf("Hello world from K210!!!\n");
        return 0;
    }

Run with:

tcc -run -nostdlib main.c

The result:

RUN TCC  
k210 cpio image

Run `sh ./prepare_k210_cpio.sh` to put k210 rootfs cpio image into `linux-kernel/k210.cpio` to update images.

cd $PROJ_ROOT
    sh ./prepare_k210_cpio.sh

# 构建内核 #

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linux-5.6-rc1 源码应用了 Damien Le Moal 的 k210 补丁。感谢下面这些人的贡献, signed-off-by commiters:

*  Damien Le Moal damien.lemoal@wdc.com
 *  Anup Patel anup.patel@wdc.com
 *  Christoph Hellwig hch@lst.de

开始的计划是作为一个git子模块添加，但是有人说这是初学者的教程，因此内核源代码已添加到该项目中。

为了能够顺利进行编译，已经将ROOTFS k210.cpio二进制文件放入内核源目录中。 该文件不应提交到源目录。 这是一个负面的例子，请不要像我这样。

cd "$PROJ_ROOT/linux-kernel"
    export PATH=/opt/riscv64-uclibc/bin:$PATH
    make ARCH=riscv CROSS_COMPILE=riscv64-linux- nommu_k210_defconfig
    make ARCH=riscv CROSS_COMPILE=riscv64-linux- -j

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# 测试 #

对k210开发板进行编程，并享受linux的乐趣。 假设您正在使用Sipeed MAIX dan开发板，并且串行端口为/ dev / ttyUSB0。要想使用用户$ \{whoami）的串行端口，需要将$ \{whoami）添加到 uucp 或/和 Dialout 组中。

sudo usermod -a -G uucp $(whoami)
    sudo usermod -a -G dialout $(whoami)
    sudo python3 -m pip install kflash
    su $(whoami)
    
    kflash -B dan -b 3000000 -p /dev/ttyUSB0 arch/riscv/boot/loader.bin
    python3 -m serial.tools.miniterm --raw --filter colorize /dev/ttyUSB0 115200

使用 vi 编辑器添加一个文件： `main.c`

#include <stdio.h>
    
    int fib(int n){ 
        if(n < 2){ 
            return 1;
        }
        return fib(n-1) + fib(n-2);
    }
    
    int main(int argc, char* argv[]) { 
        int i;
        for (i = 0; i < 15; i++)
            printf("%d ", fib(i));
        printf("Hello world from K210!!!\n");
        return 0;
    }

然后运行： `tcc -run main.c`

tcc -run main.c
    1 1 2 3 5 8 13 21 34 55 89 144 233 377 610 Hello world from K210!!!

最后就可以输出一个“hello world！”了。

[https_www.kernel.org]: https://www.kernel.org
[https_github.com_damien-lemoal_riscv64-nommu-buildroot]: https://github.com/damien-lemoal/riscv64-nommu-buildroot