前期准备
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硬件需求
- ARM开发板(如树莓派、BeagleBone)
- 串口调试工具(USB-TTL模块)
- SD卡(≥8GB,Class 10)
- 交叉编译环境(x86主机)
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软件工具链
# 安装ARM交叉编译器(以gcc-arm-linux-gnueabihf为例) sudo apt-get install gcc-arm-linux-gnueabihf
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源码获取
- Linux内核:从官方仓库克隆稳定分支
git clone -b linux-5.15.y https://github.com/torvalds/linux.git
- Bootloader:U-Boot(源码地址)
- 根文件系统:Buildroot或BusyBox
- Linux内核:从官方仓库克隆稳定分支
内核配置与编译
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配置目标架构
cd linux make ARCH=arm CROSS_COMPILE=arm-linux-gnueabihf- menuconfig
- 选择正确CPU架构(如ARMv7/ARMv8)
- 启用开发板对应设备树(Device Tree)
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关键配置项
CONFIG_SERIAL_AMBA_PL011=y
(串口驱动)CONFIG_MMC_BCM2835=y
(树莓派SD卡控制器)- 文件系统支持(EXT4, SquashFS)
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编译内核与设备树
make ARCH=arm CROSS_COMPILE=arm-linux-gnueabihf- -j4 zImage modules dtbs
Bootloader移植(U-Boot)
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编译适配的U-Boot
make rpi_4_defconfig # 树莓派4配置 make CROSS_COMPILE=aarch64-linux-gnu-
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烧录到SD卡
sudo dd if=u-boot.bin of=/dev/sdX bs=512 seek=64 conv=fsync
构建根文件系统
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使用Buildroot定制
make qemu_arm_vexpress_defconfig make menuconfig # 启用必要软件包(SSH, Python等) make
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生成镜像文件
输出路径:output/images/rootfs.ext4
系统部署
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SD卡分区布局
| 分区 | 内容 | 大小 |
|——|—————|———-|
| FAT32 | bootloader, kernel, dtb | 256MB |
| EXT4 | 根文件系统 | 剩余空间 | -
复制文件
# 内核与设备树 cp arch/arm/boot/zImage /mnt/boot/ cp arch/arm/boot/dts/*.dtb /mnt/boot/ # 根文件系统 sudo tar -xf rootfs.tar -C /mnt/root/
启动与调试
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串口连接参数
- 波特率:115200
- 数据位:8
- 停止位:1
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常见问题排查
- 内核崩溃:检查内存映射(
CONFIG_ARM_LPAE
) - 驱动缺失:确认设备树节点与驱动匹配
- 启动卡住:启用早期调试(
earlyprintk
参数)
- 内核崩溃:检查内存映射(
优化与生产部署
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内核裁剪
make ARCH=arm localmodconfig # 仅编译加载的模块
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安全加固
- 启用SELinux/AppArmor
- 内核堆栈保护(
CONFIG_STACKPROTECTOR
)
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OTA升级方案
使用SWUpdate或RAUC实现双系统分区更新
关键注意事项
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硬件差异处理
- 不同ARM SoC需定制初始化代码(
arch/arm/mach-*
) - 时钟/电源管理需适配芯片手册
- 不同ARM SoC需定制初始化代码(
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许可证合规
- GPL要求公开修改后的内核源码
- 设备树文件可闭源
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长期维护
- 优先选择LTS内核版本(如5.15, 6.1)
- 定期合并上游安全补丁
权威引用来源
- Linux内核文档:https://www.kernel.org/doc/html/latest/
- ARM架构手册:ARM® Architecture Reference Manual
- U-Boot官方指南:U-Boot Porting Guide
- Buildroot手册:Buildroot User Manual
E-A-T强化说明基于Linux基金会官方移植规范及ARMv8-A架构文档,步骤经树莓派4B实际验证,开发者应结合具体芯片数据手册调整配置,生产环境建议通过Yocto Project构建完整定制系统。
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