前言
本文档主要记录了基于 BeagleBone Green Gateway 开发板（核心芯片为 TI AM3358）的 U-Boot、内核移植与根文件系统构建全流程。内容涵盖了在 Ubuntu 下搭建交叉编译环境、编译 Linux 4.19 内核与 U-Boot、设备树 的详细步骤，在移植过程中遇到的编译器兼容性问题（如 GCC 10+ 报错、架构检测失效）及其修复方法。
一：安装交叉编译工具链
关于 安装 ARM 交叉编译工具链 的教程笔记。
- 宿主机 (Host): 你的电脑 (Ubuntu x86_64)。
- 目标机 (Target): 开发板 (AM335x ARMv7)。
- 交叉编译器: 在 x86 上运行，但生成的是能在 ARM 上运行的可执行代码。
方法 A：使用 APT 包管理器 (最简单，推荐)
这是最快的方法，直接从 Ubuntu 软件源安装。
1. 更新源
sudo apt-get update
2. 安装基础构建工具 (Host 工具)
编译内核不仅需要交叉编译器，还需要主机端的 gcc、make、bison 等工具。
sudo apt-get install build-essential bison flex libssl-dev lzop u-boot-tools device-tree-compiler
3. 安装交叉编译器
安装 Hard Float (hf) 版本的编译器，适配 AM335x 的硬件浮点单元。
# gcc (C编译器) 和 g++ (C++编译器)
sudo apt-get install gcc-arm-linux-gnueabihf g++-arm-linux-gnueabihf
方法 B：手动安装 Linaro 版本 (指定版本，进阶)
如果你需要特定版本的 GCC (例如为了避开 GCC 10+ 的语法检查严格问题，或者为了匹配旧内核)，可以使用此方法。
1. 下载编译器包
前往 Linaro 官网下载 (例如 GCC 7.5)：
- 文件名示例：
gcc-linaro-7.5.0-2019.12-x86_64_arm-linux-gnueabihf.tar.xz
2. 创建目录并解压
通常安装在 /usr/local/arm 目录下。
sudo mkdir -p /usr/local/arm
# 假设压缩包在当前目录
sudo tar -vxf gcc-linaro-7.5.0-*.tar.xz -C /usr/local/arm/
3. 配置环境变量 (PATH)
为了让终端能在任何地方找到这个命令，需要修改 ~/.bashrc。
vim ~/.bashrc
在文件最末尾添加：
# 注意将下面的路径换成你实际解压后的文件夹名
export PATH=$PATH:/usr/local/arm/gcc-linaro-7.5.0-2019.12-x86_64_arm-linux-gnueabihf/bin
4. 生效配置
source ~/.bashrc
验证安装
无论用哪种方法，安装完成后必须验证。
1. 检查版本
arm-linux-gnueabihf-gcc -v
2. 预期输出
- 最后一行应显示
gcc version x.x.x ...。 - 如果提示
command not found，说明没安装好或者环境变量没配对。
后缀的区别 (坑点预警)
在下载或安装时，你会看到不同的后缀，千万别选错：
| 后缀名 | 全称 | 含义 | 适用场景 |
|---|
| gnueabihf | Hard Float | 使用硬件 FPU (浮点单元) 进行运算 | AM335x (你的板子), Raspberry Pi 等现代 ARM |
| gnueabi | Soft Float | 使用软件模拟浮点运算 (速度慢) | 非常古老的 ARM9 或无 FPU 的芯片 |
| aarch64 | ARM64 | 64位 ARM 架构 | 树莓派4 (64位系统), 手机芯片, RK3399 |
常用命令别名
为了避免每次编译都要输那一长串前缀，可以在 ~/.bashrc 里加个变量：
# 在 ~/.bashrc 末尾添加
export CROSS_COMPILE=arm-linux-gnueabihf-
export ARCH=arm
这样以后编译内核只需输：
make zImage # 甚至不用输 ARCH 和 CROSS_COMPILE，只要 Makefile 支持读取环境变量
二： U-Boot编译和移植
目标：制作一张能引导开发板启动的 SD 卡。
编译 U-Boot
- 作用：初始化硬件（CPU, DDR），为加载内核做准备。
- 命令：
# 获取
git clone https://github.com/beagleboard/u-boot.git
cd u-boot
git checkout v2021.10-bbb.io-am335x # 切换到对应分支
cd /home/dq/linux/uboot/beagleboard-u-boot
# 清理旧编译
make ARCH=arm CROSS_COMPILE=arm-linux-gnueabihf- distclean
# 配置 (AM335x 通用配置)
make ARCH=arm CROSS_COMPILE=arm-linux-gnueabihf- am335x_evm_defconfig
# 编译 (-j4 使用4核加速)
make ARCH=arm CROSS_COMPILE=arm-linux-gnueabihf- -j4
产物：MLO (一级引导), u-boot.img (二级引导)。
- ROM Code（芯片出厂自带）：寻找 MLO 并加载到 SRAM。
- MLO：初始化 DDR3，寻找 u-boot.img 并搬运到 DDR3。
- u-boot.img：运行命令行，加载 Kernel（Linux 内核）。
- Kernel：挂载 Rootfs（根文件系统），启动用户空间。
SD 卡分区与烧录
- 作用：将 SD 卡分为 Boot 分区 (FAT32) 和 Rootfs 分区 (EXT4)。
- 命令：
sd卡格式化脚本
#! /bin/sh
# mkcard.sh v0.5
# (c) Copyright 2009 Graeme Gregory <dp@xora.org.uk>
# Licensed under terms of GPLv2
#
# Parts of the procudure base on the work of Denys Dmytriyenko
# http://wiki.omap.com/index.php/MMC_Boot_Format
export LC_ALL=C
if [ -z `which bc` ]; then
echo "no bc binary found"
exit 1;
fi
if [ $# -ne 1 ]; then
echo "Usage: $0 <drive>"
exit 1;
fi
DRIVE=$1
# 清除 SD 卡头部信息
dd if=/dev/zero of=$DRIVE bs=1024 count=1024
# 获取磁盘大小
SIZE=`fdisk -l $DRIVE | grep Disk | grep bytes | awk '{print $5}'`
echo DISK SIZE - $SIZE bytes
# 计算柱面
CYLINDERS=`echo $SIZE/255/63/512 | bc`
echo CYLINDERS - $CYLINDERS
# 使用 sfdisk 进行分区
# 分区1: 63MiB, 类型 0x0C (FAT32 LBA), 可启动 (*)
# 分区2: 4GiB (或剩余空间), 类型默认 (Linux)
sudo sfdisk $DRIVE << EOF
8192,63MiB,0x0C,*
137216,4GiB,,-
EOF
sleep 1
# 格式化分区 1 为 FAT32 (boot)
if [ -b ${DRIVE}1 ]; then
umount ${DRIVE}1
mkfs.vfat -F 32 -n "boot" ${DRIVE}1
else
if [ -b ${DRIVE}p1 ]; then
umount ${DRIVE}p1
mkfs.vfat -F 32 -n "boot" ${DRIVE}p1
else
echo "Cant find boot partition in /dev"
fi
fi
# 格式化分区 2 为 ext4 (rootfs)
if [ -b ${DRIVE}2 ]; then
umount ${DRIVE}2
mkfs.ext4 -L "rootfs" ${DRIVE}2
else
if [ -b ${DRIVE}p2 ]; then
umount ${DRIVE}p2
mkfs.ext4 -j -L "rootfs" ${DRIVE}p2
else
echo "Cant find rootfs partition in /dev"
fi
fi
cd /home/dq/linux/tool
# 运行脚本格式化 sdb (注意：你的设备号是 sdb)
sudo ./mkcard.sh /dev/sdb
# 挂载并拷贝引导文件
sudo mount /dev/sdb1 /mnt/boot # (或依赖自动挂载 /media/dq/boot)
sudo cp ../../linux/uboot/beagleboard-u-boot/MLO /mnt/boot/
sudo cp ../../linux/uboot/beagleboard-u-boot/u-boot.img /mnt/boot/
三：Linux 内核编译与部署
目标：编译内核，并解决 U-Boot 网卡驱动不兼容的问题（采用“SD卡存内核 + NFS存文件系统”的混合策略）。
编译内核与设备树
- 作用：编译操作系统核心 (
zImage) 和硬件描述文件 (.dtb)。 - 命令：
# 获取
git clone https://github.com/beagleboard/linux.git --depth 1 -b 4.19.94-ti-r42
cd /home/dq/linux/tool/linux-4.19.94-ti-r42/
# 配置
make ARCH=arm CROSS_COMPILE=arm-linux-gnueabihf- bb.org_defconfig
# 编译内核、设备树和模块
make ARCH=arm CROSS_COMPILE=arm-linux-gnueabihf- zImage dtbs modules -j4
生成三个部分
zImage: 内核镜像。位于 arch/arm/boot/zImage。dtbs: 设备树二进制文件。位于 arch/arm/boot/dts/am335x-bonegreen-gateway.dtb。modules: 驱动模块。它们被编译成了分布在各个目录下的 .ko 文件。
TFTP 配置
目的：uboot启动后通过tftp拉取镜像zimag和设备树dtb
- 无需手动拷贝：Ubuntu 编译生成的产物直接放在 TFTP 根目录，开发板重启时自动从网络拉取。
- 保护 SD 卡：减少对物理存储介质的读写，避免频繁挂载导致的 FAT 分区损坏。
- 纯内存运行：内核和设备树直接加载到 RAM，不占用 SD 卡空间。
Ubuntu 配置 TFTP
1. 安装服务程序
使用最稳健的 tftpd-hpa 包：
sudo apt-get update
sudo apt-get install tftpd-hpa tftp-hpa
2. 创建工作目录并赋权 (关键)
默认路径通常在 /var/lib/tftpboot，但为了开发方便，建议修改到用户目录下，并赋予最高权限防止“Permission denied”。
# 1. 创建目录 (建议放在你的工作区)
mkdir -p /home/dq/linux/tftpboot
# 2. 赋予最高权限 (允许任意读写，开发环境图方便)
chmod 777 /home/dq/linux/tftpboot
3. 修改配置文件
编辑 /etc/default/tftpd-hpa，将默认配置修改为指向你的新目录。
sudo vim /etc/default/tftpd-hpa
修改后的完整内容：
# /etc/default/tftpd-hpa
TFTP_USERNAME="tftp"
# 修改 1: 指向你刚才创建的目录
TFTP_DIRECTORY="/home/dq/linux/tftpboot"
TFTP_ADDRESS=":69"
# 修改 2: 增加 --create 允许上传(可选)，保持 --secure
TFTP_OPTIONS="--secure --create"
4. 重启服务并生效
每次修改配置文件后，必须重启服务：
sudo service tftpd-hpa restart
5. 避坑指南：防火墙 (必做)
TFTP 使用 UDP 69 端口，极易被 Ubuntu 防火墙拦截。开发阶段建议直接关闭，或者放行端口。
# 方案 A: 简单粗暴关闭防火墙 (推荐)
sudo ufw disable
# 方案 B: 仅放行 UDP 69
sudo ufw allow 69/udp
6. 本地自测 (验证服务是否存活)
在烧录板子前，先自己连自己测试一下，确保不是 Ubuntu 内部的问题。
# 在 tftpboot 目录下创建一个测试文件
touch /home/dq/linux/tftpboot/test.txt
# 回到家目录尝试下载
cd ~
tftp 127.0.0.1
tftp> get test.txt
tftp> q
# 检查是否下载成功
ls test.txt
如果 ls 能看到文件，说明服务端配置完美！
备选方案 (SD卡部署)
- 现状：你的 U-Boot 探测不到 PHY 地址 1，网络链路（Link Up）无法建立。
- 代价：每次修改内核或设备树，必须先进入 Linux，手动挂载
/dev/mmcblk0p1 到 /mnt/sd_boot，然后 cp 覆盖，效率较低 - 原因：U-Boot 无法通过 TFTP 联网下载，所以直接把内核拷进 SD 卡让它读取。
- 命令：
# 假设 SD 卡 boot 分区挂载在 /media/dq/boot
sudo cp arch/arm/boot/zImage /media/dq/boot/
sudo cp arch/arm/boot/dts/am335x-bonegreen-gateway.dtb /media/dq/boot/
sync # 同步数据，防止丢失
PS: 后面替换设备树和系统镜像可以通过将sd卡挂载到开发板，然后通过nfs共享文件，将其拷贝到sd卡boot分区
开发板配置
设置产物自动归档：
在编译脚本末尾或手动执行，将产物推送到 TFTP 目录（假设为 /home/dq/tftpboot）：
cp arch/arm/boot/zImage /home/dq/tftpboot/
cp arch/arm/boot/dts/am335x-bonegreen-gateway.dtb /home/dq/tftpboot/
U-Boot 配置指令 (开发板端)
在 U-Boot 命令行设置网络参数及自动化命令：
- 设置网络 IP：
setenv ipaddr 192.168.10.13 # 开发板 IP
setenv serverip 192.168.10.200 # Ubuntu 服务器 IP
saveenv
- 定义自动化启动脚本 (
bootcmd)：
# 逻辑：从网络下载 dtb 到 0x88000000 -> 下载 zImage 到 0x82000000 -> 启动内核
setenv loadtftp 'tftp 88000000 am335x-bonegreen-gateway.dtb; tftp 82000000 zImage'
setenv bootcmd 'run loadtftp; bootz 82000000 - 88000000'
saveenv
- 正常工作时的现象
当一切配置正确且 PHY 地址匹配时，U-Boot 启动会显示：
link up on port 0, speed 100, full duplex
Using ethernet@4a100000 device
TFTP from server 192.168.10.200; our IP address is 192.168.10.13
Filename 'am335x-bonegreen-gateway.dtb'.
Load address: 0x88000000
Loading: ############ (此处会出现大量井号，表示数据高速传输)
done
Bytes transferred = 56234 (dbaa hex)
四：根文件系统构建以及NFS配置
目标：在 Ubuntu 上建立一个文件夹，让开发板通过网线把它当成“硬盘”来挂载，实现文件实时同步，同时加载根文件系统。
# 根文件系统下载
wget -c https://rcn-ee.com/rootfs/eewiki/minfs/debian-10.3-minimal-armel-2020-02-10.tar.xz
安装模块到根文件系统
❯ pwd
/home/dq/linux/nfs/rootfs/lib/modules/4.19.94
# 生成配置
make ARCH=arm CROSS_COMPILE=arm-linux-gnueabihf- bb.org_defconfig
# 编译
make ARCH=arm CROSS_COMPILE=arm-linux-gnueabihf- modules -j4
# 安装
sudo make ARCH=arm CROSS_COMPILE=arm-linux-gnueabihf- INSTALL_MOD_PATH=/home/dq/linux/nfs/rootfs/ modules_install
Ubuntu服务端配置
- 安装 NFS 服务
sudo apt-get update
sudo apt-get install nfs-kernel-server
- 创建并准备根文件系统目录
假设你的根文件系统（Rootfs）存放在 /home/dq/linux/nfs/rootfs。
PS: 不同根文件压缩包格式需要不同方式解压
# 1. 创建目录
mkdir -p /home/dq/linux/nfs/rootfs
# 2. 假设你在压缩包所在目录
# -x: 解压, -v: 显示进度, -J: 处理 xz 格式, -f: 指定文件
sudo tar -xvJf debian-10.3-minimal-armel-2020-02-10.tar.xz -C /home/dq/linux/nfs/rootfs/
- 配置共享权限 (
exports)
NFS 的权限控制通过 /etc/exports 文件管理。
sudo vim /etc/exports
在文件末尾添加以下一行：
/home/dq/linux/nfs/rootfs *(rw,sync,no_root_squash,no_subtree_check)
- 参数解析：
rw：可读可写。sync：同步写入（保证数据一致性）。no_root_squash：最关键参数。允许板子的 root 用户拥有 Ubuntu 侧对应的 root 权限。如果不加这个，板子无法以 root 身份运行，会导致权限报错。no_subtree_check：禁用子树检查，提高稳定性。
- 重启并生效服务
# 重新扫描 exports 文件并使配置生效
sudo exportfs -arv
# 重启 NFS 服务
sudo service nfs-kernel-server restart
- 避坑指南：网络与防火墙
NFS 依赖多个端口（RPC），如果防火墙开启，挂载必然失败。
# 直接关闭防火墙（开发环境推荐）
sudo ufw disable
U-Boot设置
直接看第五阶段
五：U-Boot 启动配置
目标：设置 U-Boot 环境变量，启动系统。
TFTP可以使用
即第二阶段tftp开发板的配置
setenv ipaddr 192.168.10.13 # 开发板 IP
setenv serverip 192.168.10.200 # Ubuntu 服务器 IP
saveenv
# 逻辑：从网络下载 dtb 到 0x88000000 -> 下载 zImage 到 0x82000000 -> 启动内核
setenv loadtftp 'tftp 88000000 am335x-bonegreen-gateway.dtb; tftp 82000000 zImage'
setenv bootcmd 'run loadtftp; bootz 82000000 - 88000000'
saveenv
# 设置 NFS 挂载参数 (注意 IP 地址)
setenv bootargs 'console=ttyS0,115200n8 root=/dev/nfs nfsroot=192.168.10.200:/home/dq/linux/nfs/rootfs,v3,tcp ip=192.168.10.13:192.168.10.200:192.168.10.100:255.255.255.0::eth0:off'
# 启动
boot
TFTP无法使用
- 作用：告诉板子“从 SD 卡读内核，去 192.168.10.200 挂载 NFS”。
- 命令 (在串口终端执行)：
# 1. 从 SD 卡读取内核和 DTB
setenv bootcmd 'load mmc 0:1 0x82000000 zImage; load mmc 0:1 0x88000000 am335x-bonegreen-gateway.dtb; bootz 0x82000000 - 0x88000000'
# 2. 设置 NFS 挂载参数 (注意 IP 地址)
setenv bootargs 'console=ttyS0,115200n8 root=/dev/nfs nfsroot=192.168.10.200:/home/dq/linux/nfs/rootfs,v3,tcp ip=192.168.10.13:192.168.10.200:192.168.10.100:255.255.255.0::eth0:off'
# 启动
boot
六：Hello World
目标：验证开发板镜像是否正常工作。
- 编写与静态编译
- 问题：动态编译报错
No such file (缺少动态库)。 - 解决：使用
-static 静态链接。 - 命令 (在 Ubuntu 端):
#include <stdio.h>
int main() {
printf("--------------------------------------\n");
printf(" Hello, BBGG! This is Gemini speaking. \n");
printf(" NFS cross-compile works perfectly! \n");
printf("--------------------------------------\n");
return 0;
}
cd /home/dq/linux/nfs/rootfs/home/debian
# 编写代码
sudo vim hello.c
# 交叉编译 (静态链接)
sudo arm-linux-gnueabihf-gcc -static hello.c -o hello
- 板上运行
- 命令 (在串口终端):
cd /home/debian
./hello
补充
在嵌入式 Linux 开发中，解决 GCC 版本冲突（重定义错误） 和 架构检测失败（ISB 指令错误） 是适配旧内核（如 4.19）的关键步骤。以下是针对这两处修改的笔记整理：
1. 解决主机工具编译冲突 (yylloc 多重定义)
背景：当 Ubuntu 宿主机的 GCC 版本 10 时，默认开启 -fno-common，导致内核自带的 dtc（设备树编译器）工具在链接时报错。
- 修改文件：顶层
Makefile - 具体位置：搜索
KBUILD_HOSTCFLAGS 定义处（通常在 400 行左右）。 - 修改内容：
在变量末尾手动添加 -fcommon 参数。
# 原代码：
KBUILD_HOSTCFLAGS := -Wall -Wmissing-prototypes -Wstrict-prototypes -O2 \
-fomit-frame-pointer -std=gnu89 $(HOST_LFS_CFLAGS) \
$(HOSTCFLAGS)
# 修改后：
KBUILD_HOSTCFLAGS := -Wall -Wmissing-prototypes -Wstrict-prototypes -O2 \
-fomit-frame-pointer -std=gnu89 -fcommon $(HOST_LFS_CFLAGS) \
$(HOSTCFLAGS)
2. 解决架构降级导致的汇编错误 (isb 指令不支持)
背景：内核通过 cc-option 测试编译器。在使用硬浮点（Hard-Float）交叉编译器时，由于测试命令缺少 FPU 参数导致测试失败，内核 Makefile 会误认为编译器不支持 ARMv7，从而自动降级到 ARMv5，导致不识别 v7 指令 isb。
- 修改文件：
arch/arm/Makefile - 具体位置：搜索
CONFIG_CPU_32v7 所在行（通常在 65 行左右）。 - 修改内容：
废除自动检测逻辑，直接硬编码（Hardcode）指定架构为 -march=armv7-a。
# 原代码：
arch-$(CONFIG_CPU_32v7) := -D__LINUX_ARM_ARCH__=7 $(call cc-option,-march=armv7-a,-march=armv5t -Wa$(comma)-march=armv7-a)
# 修改后（删除检测函数，直接指定架构）：
arch-$(CONFIG_CPU_32v7) := -D__LINUX_ARM_ARCH__=7 -march=armv7-a
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