嵌入式底层开发手册

1. 开发概要

1.1. 嵌入式底层开发概要

嵌入式底层开发通常指 U-Boot、Kernel、Rootfs 的开发。

U-Boot：（Universal Boot Loader，通用引导加载程序）是主要用于嵌入式系统（Kernel，内核）的引导加载程序，支持 ARM、AVR32、x86、Nios 等多种计算机架构。它是遵循 GPL 许可证的开源项目。
Kernel： Linux 内核是使用 C 语言编写、符合 POSIX 标准的类 Unix 操作系统。它通过 CPU 资源的时分复用实现多进程管理与调度，并通过各类子模块实现内存、磁盘等资源的管理与调度。同时，通过编写各种外设的设备驱动并修改设备树，实现外设与 Linux 系统之间的交互。实际上，嵌入式内核开发的大部分工作是对外设资源进行添加、删除和修改，通常通过“设备驱动开发”和“设备树修改”来完成。
Rootfs：（Root file system，根文件系统）是内核启动时最先挂载的文件系统。文件系统是用于组织和管理存储设备上的数据与元数据的机制。该机制使用户与操作系统之间的交互更加方便。

1.2. EAI UbuntuSDK 概要

EAI UbuntuSDK 是 EASY-EAI 团队基于 Ubuntu 系统，面向嵌入式系统专门优化和适配的系统。与传统嵌入式 SDK 相比，具有以下特点：

支持快速启动： 普通应用从上电到可运行仅需 6～7 秒，也支持秒级快速启动功能。
继承优秀生态： 继承了传统 Ubuntu 系统“依赖库安装方便、软件生态强大”的特点，可快速部署 ROS2 和 Python 库。
文件系统可靠性高： 支持 RamDisk，可自动修复文件系统坏块，防止因磁盘异常或断电导致文件系统启动失败。
系统初始化可靠性高： 默认支持外部看门狗（1.6 秒），防止任何异常导致 U-Boot 或 Kernel 初始化失败。（用户应用程序通过调用芯片内置看门狗来保护应用程序。）
底层开发简单： 无需研究庞大的 Buildroot SDK 代码，只需修改内核和设备树。
底层开发效率高： 常规 SDK 完整编译仅需约 15 分钟，而传统 Buildroot SDK 需要约 90 分钟。（对比环境为同等性能 PC：CPU @ 4.2GHz，12 核 24 线程。）
支持 Rootfs 一键导出： 用户在开发板上安装的库和开发的应用，可通过以太网一键导出，便于生成量产镜像。
支持软件库在线升级： 只需执行 sudo apt-get upgrade，即可从专用服务器（os.easy-eai.com）同步并更新与底层高度相关的依赖库（如 rkaiq、rga、gstreamer 等），及时修复芯片厂商的 Bug。
应用开发效率高： 支持开发板本地编译和在线交叉编译。在线交叉编译时，应用依赖库直接依赖开发板文件系统，既可避免库兼容性问题，又可利用 PC 的编译性能和源码编辑器。
支持 OTA 方案： 可避免由软件导致的量产事故，并实现应用和系统的迭代更新。
支持 A/B 分区方案： 系统可靠性非常高，但会占用较多存储空间。
UI 交互方式选择灵活： 支持安装桌面系统和浏览器，用户可使用多种技术方式开发自己的 UI 界面。（默认未预装和运行，因此不会消耗系统资源。）
软件部署更加灵活： 支持 Docker 部署。

1.3. EAI UbuntuSDK 开发流程

固件开发流程概要：

EAI UbuntuSDK 开发流程图1

【uboot.img】 通常由 UbuntuSDK 源码编译生成，但 99% 的情况下无需修改或替换。
【boot.img】 内核镜像。通常也由 UbuntuSDK 源码生成，但用户可以自由修改。
【rootfs.img】 文件系统镜像。通常通过【从开发板完整导出】的方式获取，并用于替换固件中的 rootfs.img。

2. 获取源码

2.1. 获取源码

RV1126B 的 Ubuntu 系统 SDK 基于 Ubuntu 22.04 进行优化和移植，因此同样建议在 Ubuntu 22.04 环境（如 EASY-EAI 编译环境）中进行编译和开发。

2.1.1 准备开发环境

如果需要使用 EASY-EAI 编译环境，请阅读《入门指南/开发环境准备/Easy-Eai 编译环境的准备与更新》，并按照相关步骤搭建编译环境。

在 PC 端 Ubuntu 系统中运行 run 脚本，进入 EASY-EAI 编译环境。具体如下。

cd ~/develop_environment
./run.sh 2204

安装编译辅助工具：

sudo apt-get update && sudo apt-get install file

2.1.2 获取源码（Pull）

进入 /opt 目录，并创建 rv1126b_sdk 目录：

mkdir /opt/rv1126b_sdk
cd /opt/rv1126b_sdk

2 获取源码（Pull）图3

https://dl.dragonwake.com/download/rv1126b/embedded/RV1126SDK/ubuntu.tar.gz 从上述链接下载 ubuntu.tar.gz 压缩包，并上传到虚拟机的 /opt/EASY-EAI-Toolkit 目录中解压。

2.2. 源码编译指南

进入源码目录后，可以看到以下内容（请参考原文档中的图片）。

2.2.1 查看配置文件

编译的第一步是预加载板卡配置。

1 查看配置文件图5

查看 configs 目录时，可以看到与各种板卡【对应】的配置文件。

1 查看配置文件图6

这里选择【easy-eai-nano-tb-gstreamer-2204-cfg.sh】。

./build.sh configs/easy-eai-nano-tb-gstreamer-2204-cfg.sh

2.2.2 编译说明

配置文件加载完成后，再次执行 build.sh，将显示可编译的各个模块。

2 编译说明图7

all：编译整个固件。
uboot：仅编译并生成 U-Boot 镜像（uboot.img）。
kernel：仅编译并生成内核镜像（boot.img）。
rootfs：仅编译并生成 Ubuntu 文件系统镜像（rootfs.img）。

通常，首次编译选择 ./build.sh all。

./build.sh all

2 编译说明图8

出现交互提示后，按【Enter 键】确认执行。随后脚本会自动从服务器获取【各镜像模块】的源码，并开始【镜像编译与构建】。

＊注意： 编译 【内核】 时，会有一个检查磁盘文件时间戳的步骤。此时如果 /mnt 连接已断开，会因 NFS 无限超时而导致流程停止。解决方法是，先按 Ctrl+C 结束编译，然后使用 sudo umount -f /mnt 卸载该目录，再重新执行编译。

2.3. 目录简要说明

2.3.1 固件输出目录

编译完成后，固件会输出到【output】目录。

1 固件输出目录图9

只需将固件中的对应文件替换为生成的 boot.img、MiniLoaderAll.bin、parameter.txt、rootfs.img、uboot.img 即可。

2.3.2 uboot

U-Boot 源码保存目录为 u-boot。

2 uboot 图10

修改 U-Boot 后，如果需要重新编译 U-Boot，请不要返回上一级目录执行 ./build.sh uboot，而应在 u-boot 目录中执行以下命令：

./make.sh

2.3.3 kernel

内核发布源码保存目录为 kernel。

3 kernel 图11

不建议直接在 kernel 目录中修改源码。因为重新编译整个固件时，为了确保【整个固件】的一致性，kernel 目录会被完全删除，并从已配置的远程服务器重新获取。

2.3.4 rootfs

Ubuntu 系统 rootfs.img 的制作稍微复杂，涉及 configs、hooks、overlay 三个目录。

4 rootfs 图12

3. kernel

3.1. 准备环境并获取源码

3.1.1 下载并放置烧写工具

链接：

将下载好的烧写工具放置到虚拟机中的任意位置（例如：~/rv1126b_sdk）。

然后进入工具保存目录（例如：~/rv1126b_sdk），并授予执行权限。

cd ~/rv1126b_sdk/
chmod 777 upgrade_tool

接着，将工具移动到虚拟机的 /usr/bin 目录。

sudo mv upgrade_tool /usr/bin

1 下载并放置烧写工具图13

最后，重启终端后工具即可生效。（注：该工具只需在虚拟机环境中配置一次，后续操作无需重复执行。）

3.1.2 准备开发环境

在 PC 端 Ubuntu 系统中运行 run 脚本，进入 EASY-EAI 编译环境。具体如下。

cd ~/develop_environment
./run.sh

3.1.3 获取源码

3.1.4 创建内核开发目录

SDK 首次编译完成后，执行以下命令复制 kernel 仓库。

cp kernel -r kernel_dev

4 创建内核开发目录图14

进入 kernel_dev 目录，并创建用于管理用户自定义代码的分支。

cd kernel_dev/

3.2. 内核使用指南

3.2.1 编译配置说明

返回 SDK 根目录，编辑板卡编译配置文件。

cd /opt/rv1126b_sdk/ubuntu
vim configs/easy-eai-nano-tb-cfg.sh

1 编译配置说明图15

内核驱动配置文件位于以下目录：/opt/rv1126b_sdk/ubuntu/kernel_dev/arch/arm64/configs/
**设备树文件（dts）**位于以下目录：/opt/rv1126b_sdk/ubuntu/kernel_dev/arch/arm64/boot/dts/rockchip/

3.2.2 编译内核

在 SDK 根目录（/opt/rv1126b_sdk/ubuntu/）执行以下命令，将内核编译目标目录从“kernel”切换为“kernel_dev”。

export KERNEL_DEVELOP=kernel_dev

该环境变量仅在【当前环境】的【当前终端窗口】中有效。如果打开新的终端窗口，编译目标会恢复为默认的“kernel”目录。
也可以将此命令添加到 .config 文件中使其始终生效，但不再需要时请记得将其注释掉。

再次执行 build kernel 命令。

./build.sh kernel

2 编译内核图16

按【Enter 键】确认编译目标为内核源码。当尝试编译“kernel 目录以外”的内核源码时，会出现类似“要编译的内核目录是 /opt/xxx/xxx/kernel_dev 吗？”的提示。再次按【Enter 键】确认后，即会执行编译。

2 编译内核图17

💡 注意：内核编译过程中会有一个检查磁盘文件时间戳的步骤。此时如果 /mnt 连接已断开，会因 NFS 无限超时而导致流程停止。**解决方法：**先按 Ctrl+C 强制结束编译，执行 sudo umount -f /mnt 卸载目录，然后重新编译。

3.2.3 编译 Wi-Fi 驱动

如果对内核的【驱动配置】或【设备树配置】进行了较大修改，内核驱动的符号表可能会发生变化。如果 rootfs 上加载的 Wi-Fi 驱动符号表未更新，可能会因符号冲突导致 Wi-Fi 驱动加载失败。**解决方法：**内核源码编译完成后，重新编译 Wi-Fi 驱动。

在 ubuntu 目录中执行以下命令，编译 Wi-Fi 驱动。

./hooks/hook-none-install-wifibt-db37.sh

💡 注意：该命令依赖 rootfs，因此执行前必须先执行 ./build.sh all 或 ./build.sh rootfs。

3 编译 Wi-Fi 驱动图18

3 编译 Wi-Fi 驱动图19

3.2.4 编译结果说明

编译完成后，output 目录中的以下三个文件会被更新。

4 编译结果说明图20

boot.img：内核镜像文件（Rockchip 的 U-Boot 镜像称为 uboot.img）。
db37-ko.tar.gz： Wi-Fi、Bluetooth 驱动及相关配置（Wi-Fi 驱动编译比较特殊，需要单独生成）。
lib_modules.tar.gz：rootfs 阶段需要加载的驱动（例如 CONFIG 设置为 =m 的驱动等）。

※如果 dts 或驱动设置变更较多，导致驱动符号表发生变化，则需要将 lib_modules.tar.gz 和 db37-ko.tar.gz 解压并放置到 rootfs 中。

3.3. 更新内核

内核编译完成后，按快捷键【Ctrl+Shift+T】打开新的终端窗口。

更新内核图21

进入刚才编译内核的输出目录。

cd ~/rv1126b_sdk/ubuntu/output

更新内核图22

接下来，打开第三个终端窗口。

更新内核图23

3.3.1 更新 db37-ko.tar.gz

回到【第二个窗口】，使用 adb 命令将 db37-ko.tar.gz 推送到开发板。

adb push db37-ko.tar.gz /userdata

1 更新 db37-ko.tar.gz 图24

进入【第三个窗口】，解压 db37-ko.tar.gz。

tar -xvf /userdata/db37-ko.tar.gz -C / && sync

1 更新 db37-ko.tar.gz 图25

3.3.2 更新 lib_modules.tar.gz

回到【第二个窗口】，使用 adb 命令将 lib_modules.tar.gz 推送到开发板。

adb push lib_modules.tar.gz /userdata

2 更新 lib_modules.tar.gz 图26

进入【第三个窗口】，将 lib_modules.tar.gz 解压到 /usr。

cd /userdata
tar -xvf lib_modules.tar.gz -C /usr && sync

2 更新 lib_modules.tar.gz 图27

3.3.3 更新 boot.img

在【开发板上（第三个窗口）】执行【重启到 loader 模式】命令。

reboot loader

如果无法通过此方法进入 loader 模式，也可以使用硬件按键进入（参见《固件烧写与更新》==2.1-手动进入 Loader 模式==）。

回到【第二个窗口】，执行以下命令将 kernel.img 更新到开发板。

sudo upgrade_tool di -boot boot.img

3 更新 boot.img 图28

如果显示“Download image ok.”，表示内核烧写成功。执行以下命令，或按【RST 按钮】重启设备。

sudo upgrade_tool rd

※如果显示错误，开发板可能处于 MASKROM 模式。此时需要使用百度网盘中的固件重新烧写 MiniLoaderall.bin。

3 更新 boot.img 图29

除上述方法外，也可以使用【固件烧写工具】更新 boot.img。具体步骤是：复制编译生成的 boot.img，覆盖本地【固件文件夹】中的 boot.img，然后使用烧写工具烧录到开发板。

3.4. 修改内核配置

在 ubuntu 目录中执行 ./build.sh all 或 ./build.sh kernel 时，会在对应的内核目录（kernel 或 kernel_dev）中生成 .config 文件。

修改内核配置图30

使用以下命令将平台环境变量指定为 arm64。

export ARCH=arm64

请特别注意，打开新终端或重新进入编译环境时，该环境变量会丢失。

接着执行 make menuconfig，打开内核配置菜单。

make menuconfig

修改内核配置图31

这里的 menuconfig 仅用于“搜索”内核配置。如果不熟悉内核编译操作，不建议直接在 menuconfig 中修改配置。

按键盘上的【/】键，会显示搜索菜单，然后输入要查找的驱动配置（例如：CH343）。

修改内核配置图32

按【Enter 键】选择后，会显示对应菜单。

修改内核配置图33

【Symbol】 是当前需要的驱动（例如：USB_SERIAL_CH343）。
【Depends on】 表示该驱动依赖的前置驱动（例如：USB_SUPPORT、USB、USB_SERIAL）。

修改内核配置图34

为这些项目加上“CONFIG_”前缀，并直接追加到 rv1126b_eai.config 中，即可完成配置。

（至此，内核开发的完整流程说明已经结束。如果没有其他需要，后续内容无需继续阅读。）

3.5.==== 补充说明 ====

3.5.1 关于 menuconfig

如果直接使用 menuconfig 配置内核，则无法使用 ubuntu 目录中的 ./build.sh kernel 编译内核。需要直接进入内核源码目录，并手动编译。步骤如下：

cd kernel_dev # 进入内核源码目录
export ARCH=arm64 # 将平台设置为 arm64（注意：打开新终端后会被重置）
make rockchip_linux_defconfig rv1126b.config rv1126b_eai.config # 使用这些配置文件生成 .config
make savedefconfig # 将 .config 保存为 defconfig（备份）
cp defconfig mydefconfig # 复制 defconfig，防止丢失

在该状态下，可以执行 make menuconfig 来修改 .config。

make menuconfig

配置完成后，手动编译内核的命令如下：

make rv1126b-nano.img -j8 # 以 rv1126b-nano.dts 作为根设备树来编译内核驱动
# 编译 rootfs 上需要加载的驱动，并打包为 lib_modules.tar.gz
make modules -j8
make modules_install INSTALL_MOD_PATH=/tmp
cd /tmp/
tar czvf /tmp/lib_modules.tar.gz lib
cd -
# 将 lib_modules.tar.gz 移动到当前目录（即使不复制也没有问题）
mv /tmp/lib_modules.tar.gz ./
# 最后，将带有 emmc 分区修复功能的 ramdisk 打包到 boot.img 中
./mk-fitimage.sh boot.img boot4recovery.its arch/$ARCH/boot/Image
$DTB_PATH resource.img rootfs.cpio.gz

完成上述手动操作后，请参考本文 2.3 Wi-Fi 驱动的编译 来更新 db37-ko.tar.gz。

所有功能调试完成并需要【归档发布】时，执行 make savedefconfig，将当前 .config 导出为 defconfig。将其与之前的 mydefconfig 进行比较，并将差异手动追加到 rv1126b_eai.config 中保存。

4. 导出开发板 rootfs

4.1. 导出前准备

4.1.1 进入 EASY-EAI 编译环境

在 PC 端 Ubuntu 系统中运行 run 脚本，进入 EASY-EAI 编译环境。具体如下。

cd ~/develop_environment
./run.sh

注：如果不知道如何进入或使用 EASY-EAI 编译环境，请先阅读《入门指南/开发环境准备/Easy-Eai 编译环境的准备与更新》，并按照其步骤搭建编译环境。

4.1.2 挂载开发板

接下来，通过串口调试确认开发板 IP 地址为 192.168.3.121（挂载参数需要根据实际环境修改），并将开发板挂载到 /mnt 目录。如下所示。

sudo mount -t nfs -o nolock 192.168.3.121:/ /mnt

2 挂载开发板图35

4.2. 导出操作

在 EASY-EAI 编译环境的【任意位置】（以 /opt/rv1126b_sdk 为例）直接执行以下导出命令，即可将开发板的文件系统导出为 rootfs.img。

export_rootfs

导出操作图36

※该操作所需等待时间约为 2GB 1 分钟左右。

会显示导出成功的提示。

导出操作图37

请确认生成的 rootfs.img。默认会导出到【执行命令的目录】。

导出操作图38

最后，用该 rootfs.img 替换【标准固件】中的 rootfs.img，即可用于量产固件烧写。

4.3. 导出说明

/export_rootfs 导出脚本也可以通过传入参数来指定 rootfs.img 的输出目录。如下所示。

导出说明图39

此时，rootfs.img 会被导出到 /opt/work/z_test/ 目录中。

4.3.1 注意事项

作为参数传入的目录必须事先【存在】。
导出目标目录必须具有【写入权限】。
导出目标磁盘的剩余空间必须大于新的 rootfs.img 所需的大小。
导出执行过程中，不得断开 /mnt 的挂载。