手动构建适用于Beaglebone Black的Linux系统

本文记录手动构建适用于Beaglebone Black开发板的Linux 系统的过程，包括U-Boot构建、Kernel构建和使用BusyBox构建 根文件系统，以及相关的配置和部署，最终在开发板上运行一个 小型的Linux系统。

准备工作

1. 实验环境

• 主机OS: Arch Linux
• 开发板: BeagleBone Black
• 其他设备: SD卡，SD读卡器，USB转串口工具

2. 配置交叉编译工具链

构建交叉编译工具链的方法可参考本站文章：在Docker中使用crosstool-ng构建交叉编译工具链

以下是几个构建Linux系统相关组件时经常设置的环境变量， PATH中的<...>要替换成实际安装工具链的路径。

export ARCH=arm
export CROSS_COMPILE=arm-unknown-linux-gnueabihf-
export PATH=<...>/arm-unknown-linux-gnueabihf/bin:$PATH

可以把以上内容保存到一个"setup"文件，需要时执行 source setup操作。

3. 主机配置TFTP和NFS服务

TFTP服务用于U-Boot加载内核和设备树，NFS服务用于 挂载根文件系统。

TFTP

安装tftp-hpa然后启动tftpd.service，默认配置下， /src/tftp路径下的内容可以被TFTP客户端访问。

NFS

1. 安装nfs-utils；
2. 修改/etc/exports文件，添加以下内容：

<your share dir> 192.168.2.2(rw,no_root_squash,no_subtree_check)

<your share dir>要替换成实际共享的路径，192.168.2.2是客户端的IP地址。

3. 启动nfs-server.service;
4. 让NFS服务使用新配置：

exportfs -arv

U-Boot

U-Boot获取

这里使用beagleboard维护的U-Boot：

git clone https://github.com/beagleboard/u-boot.git
cd u-boot

U-Boot配置

make am335x_evm_defconfig

可以使用make menuconfig进一步自定义配置，此处保留默认配置。

执行构建

make DEVICE_TREE=am335x-boneblack

构建完成后，u-boot项目路径下生成的MLO和u-boot.img两个 文件即为待烧写到SD卡的映像文件。

准备SD卡

将SD通过读卡器连接到主机，并执行以下操作：

1. 清空SD卡

2. 新建分区表(MBR类型)

3. 新建分区，规格如下：

   • 大小：64MB
   • 类型：W95 FAT32 (LBA)
   • 使能bootable标志

   示例如下：

Device     Boot  Start      End  Sectors  Size Id Type
/dev/sdd1  *      2048   133119   131072   64M  c W95 FAT32 (LBA)

4. 格式化新建的分区(sdx1要替换成该分区在主机中实际对应的设备)：

mkfs.vfat -a -F 32 -n boot /dev/sdx1

拷贝映像文件到SD卡

cp MLO u-boot.img <your new partion mount point>

测试U-Boot

将SD卡插入开发板，在按住S2按键不放的情况下上电，在 串口调试工具可以看到U-Boot成功启动。

U-Boot网络相关配置

开发板U-Boot中执行的配置：

setenv ipaddr 192.168.2.2
setenv serverip 192.168.2.1
setenv ethprime usb_ether
setenv usbnet_devaddr f8:dc:7a:00:00:02
setenv usbnet_hostaddr f8:dc:7a:00:00:01
saveenv

在开发板上执行ping 192.168.2.1，可以看到主机出现一个 新的网络接口设备，可以通过nmcli con show查看， 记住该设备名，在主机执行以下操作(把<device>替换成 实际的设备名)，配置IP：

nmcli connection add type ethernet ifname <device> ip4 192.168.2.1/24 

Kernel

1. Kernel获取

使用稳定版Kernel：

git clone https://git.kernel.org/pub/scm/linux/kernel/git/stable/linux.git
cd linux
git checkout linux-6.12.y

2. Kernel配置

1. 执行make help，选择一个适用于开发板搭载的TI AM3358 SOC 的配置作为起始配置：

make omap2plus_defconfig

2. 执行make menuconfig进行一些自定义配置：

CONFIG_USB=y
CONFIG_USB_GADGET=y
CONFIG_USB_MUSB_HDRC=y
CONFIG_USB_MUSB_DSPS=y
CONFIG_USB_MUSB_DUAL_ROLE=y
CONFIG_AM335X_PHY_USB=y
CONFIG_USB_ETH=y
CONFIG_INPUT_EVDEV=y
CONFIG_DEVTMPFS_MOUNT=y

3. Kernel构建

执行make构建Kernel，构建结束后，以下两个文件即 启动内核需要的内核映像和设备树文件：

./arch/arm/boot/zImage
./arch/arm/boot/dts/ti/omap/am335x-boneblack.dtb

4. 测试加载和启动Kernel

1. 在U-Boot中设置bootargs环境变量：

setenv bootargs console=ttyS0,115200n8

2. 把构建Kernel后得到的zImage和设备树文件拷贝到 主机TFTP服务共享路径下；
3. 在U-Boot中加载TFTP服务端的内核映像和设备树文件：

tftp 0x81000000 zImage
tftp 0x82000000 am335x-boneblack.dtb

4. 启动Kernel

bootz 0x81000000 - 0x82000000

可以看到Kernel开始启动，最后发生panic，因为这里还没有根 文件系统。

可以在U-Boot中添加环境变量bootcmd，在板reset后自动加载 和启动Kernel：

setenv bootcmd 'tftp 0x81000000 zImage; tftp 0x82000000 am335x-boneblack.dtb;
 bootz 0x81000000 - 0x82000000'
saveenv

根文件系统

使用BusyBox构建根文件系统。

1. BusyBox获取

git clone https://git.busybox.net/busybox
cd busybox

2. BusyBox配置

使用make defconfig生成构建的起始配置，使用 make menuconfig进行自定义配置，选择静态构建 并设置执行make install时目标输出路径(实际的 NFS服务共享路径)：

CONFIG_STATIC=y
CONFIG_PREFIX="<your nfs share dir>"

3. BusyBox构建

make
make install

以上步骤完成后，在NFS服务共享路径下可见BusyBox生成 根文件系统相关的文件。

4. 根文件系统配置

1. 在BusyBox生成的根文件系统路径下，新建路径 dev，proc，sys和tmp作虚拟文件系统 的挂载点；
2. 新建etc/inittab文件，内容如下：

::sysinit:/etc/init.d/rcS
ttyS0::askfirst:/bin/sh
::shutdown:/bin/umount -a -r

3. 新建etc/init.d/rcS文件，内容如下：

mount -t proc proc /proc
mount -t sysfs sys /sys
mount -t tmpfs tmp /tmp

5. 测试启动系统

在U-Boot中，设置bootargs环境变量，从NFS加载根 文件系统(注意NFS共享路径参数)：

setenv bootargs console=ttyS0,115200n8 root=/dev/nfs ip=192.168.2.2:::::usb0
 g_ether.dev_addr=f8:dc:7a:00:00:02 g_ether.host_addr=f8:dc:7a:00:00:01
 nfsroot=192.168.2.1:<your nfs share dir>,nfsvers=3,tcp rw

然后，执行run bootcmd，可以看到成功挂载根文件系统并 最终显示命令提示符。

最终部署

经过以上的步骤，成功构建了一个小型的Linux系统，内核映像和 设备树文件是存放在主机TFTP共享路径上的，根文件系统位于主机 主机NFS共享路径上，BusyBox是静态链接的。

1. 使用共享库

重新构建BusyBox，在make menuconfig自定义配置选项 时，取消勾选Build static binary (no shared libs)。

在根文件系统路径下新建lib路径，将交叉编译工具链 中的共享库：

• ld-linux-armhf.so.3
• libc.so.6
• libm.so.6
• libresolv.so.2

拷贝到新建的lib路径下。

reset开发板，确认重新构建的根文件系统能被正常挂载和使用。

2. 将内核映像、设备树文件和根文件系统部署到SD卡

将内核映像、设备树文件拷贝到SD卡第一个分区;

以下步骤使用SquashFS文件系统部署根文件系统：

1. 主机安装squashfs-tools；
2. 制作SquashFS文件系统映像：

mksquashfs <your rootfs dir> rootfs.sqfs

3. SD卡新建分区，大小8MB，用于存放根文件系统；
4. 使用dd，将SquashFS文件系统映像写入新建的分区(sdx2要替换 成该分区在主机中实际对应的设备)：

dd if=rootfs.sqfs of=/dev/sdx2 bs=1M status=progress conv=fsync

在U-Boot中，修改环境变量bootargs和bootcmd：

setenv bootargs console=ttyS0,115200n8 root=/dev/mmcblk0p2 rootwait
setenv bootcmd 'load mmc 0:1 0x81000000 zImage;
 load mmc 0:1 0x82000000 am335x-boneblack.dtb;
 bootz 0x81000000 - 0x82000000'
saveenv

reset开发板，确认重新部署的Linux能够从SD卡启动运行。

参考

• https://www.beagleboard.org/boards/beaglebone-black
• https://bootlin.com/doc/training/embedded-linux-bbb/
• https://wiki.archlinux.org/title/TFTP
• https://wiki.archlinux.org/title/NFS
• 在Docker中使用crosstool-ng构建交叉编译工具链