Hi3559處理器Ubuntu系統適配

李博　劉作龍　錢軍琪　呂民強　蒲駿偉

【摘要】? ? 本文介紹了海思Hi3559AV100處理器運行Ubuntu Linux系統的適配過程，適配過程可分為內核適配，根文件系統適配，系統固化三個步驟。在Hi3559AV100平臺中適配Ubuntu系統，可以利用Ubuntu成熟的軟件生態提升系統配置的靈活性，滿足更多應用場景的需求。

【關鍵詞】? ? Ubuntu Linux? ? Linux內核? ? 根文件系統

引言：

隨著嵌入式硬件性能的不斷提升，采用arm64架構的處理器已逐步可以滿足Linux發行版的基本運行需求。部分Linux發行版如Ubuntu，也提供了arm64版本的系統，本文詳細描述了在海思的Hi3559AV100處理器運行Ubuntu系統的適配過程。在嵌入式平臺中使用Ubuntu，可以利用Ubuntu成熟的軟件包管理功能及豐富的軟件包資源，提升系統配置的靈活性，滿足更多應用場景的需求。

一、硬件平臺

本文使用基于Hi3559AV100的開發板作為硬件平臺進行Ubuntu系統適配。Hi3559AV100是海思公司推出的專業的相機SOC，使用先進低功耗工藝和架構設計，集成了雙核A73和雙核A53的大小核架構[1]。A73和A53均為arm64架構的處理器核心，可支持arm64架構的Ubuntu系統運行。

Hi3559AV100開發板主要包括以下硬件資源：1. Hi3559AV100處理器一片;2. 4GB容量DDR4內存;3. 8GB容量eMMC存儲;4. 1個RS232調試串口;5. 1 個RJ45 網絡接口。

二、Ubuntu系統

Ubuntu Linux基于Debian Linux的unstable版本發展而來，使用了debian系列的deb格式軟件包及apt軟件包管理工具。Ubuntu的出現提升了Linux發行版的易用性，造就了龐大的用戶群體及活躍的社區，目前在桌面領域及服務器領域份額已成為Linux發行版的領頭羊，在云計算等領域也提供了相應的解決方案并得到了廣泛應用。隨著ARM生態的不斷發展，arm64架構的CPU在性能上已經可以勝任Ubuntu發行版的運行需求，目前許多arm64架構的處理器廠商都已經為其開發板提供了官方的Ubuntu的適配，例如，Xilinx公司的Ultrascale+開發板以及著名的樹莓派平臺均為開發者提供了預裝的Ubuntu系統。Ubuntu也提供了其各主要版本的arm64系統下載鏈接。arm64架構下，Ubuntu僅提供其根文件系統，Linux內核由用戶針對其具體處理器及板級進行適配。本文描述針對Hi3559AV100處理器適配arm64版本的Ubuntu16.04系統。

三、適配過程

海思官方提供Hi3559AV100開發SDK，其中包含適配Hi3559AV100開發板的u-boot、Linux內核、根文件系統及開發用的軟件框架和實例程序。SDK中，Linux內核的默認配置可支持SDK中的根文件系統，但無法支持Ubuntu系統的運行，因此需要修改內核配置，編譯，生成支持Ubuntu的內核鏡像。得到可支持Ubuntu系統啟動的內核鏡像后，可進一步修改根文件系統，滿足使用需求，并生成固化用的文件系統鏡像，并最終固化至開發板，完成適配過程。

（一）環境準備

適配前需搭建如圖1所示的開發環境，開發主機環境為一臺安裝Ubuntu系統的PC機，按照文檔[2]安裝SDK并搭建了完整的開發環境，建立了有效的tftp服務器及NFS服務器環境。從Ubuntu下載鏈接下載的Ubuntu16.04系統的arm64版本壓縮包解壓至開發主機環境的NFS路徑下。開發板和開發主機通過以太網和串口連接，在開發調試階段，開發板上運行Linux內核存儲在開發主機端的tftp目錄中，通過網絡文件系統NFS掛載存儲于開發主機端NFS目錄中的Ubuntu系統。

（二）內核適配

通過實際測試，SDK安裝完成后，其內核版本為4.9，默認的配置不支持Ubuntu系統的啟動，需修改內核配置，在Linux內核源碼路徑下輸入如下命令打開Linux內核配置操作界面：

make ARCH=arm64 CROSS_COMPILE=aarch64-himix100-linux- menuconfig

在調試階段，Ubuntu系統部署在了開發機中，Hi3559開發板需通過NFS掛載根文件系統，默認的內核配置不支持根文件系統的NFS的方式掛載，因此首先配置內核的網絡部分和文件系統部分，開啟內核對根文件系統的NFS的方式掛載的支持，如圖2、圖3所示。

SDK中根文件系統中設置了基本的設備節點，確保了啟動時/dev路徑下具備基本的設備節點。Ubuntu使用udev機制，因而Ubuntu中/dev路徑默認為空，為保證系統啟動時具備基本的設備節點，需配置內核中的/dev/tmpfs選項，使得內核啟動后自行創建基本的/dev下的設備節點，如圖4所示。

Linux系統中，根文件系統掛載后，內核在根文件系統中尋找并執行init程序，開啟系統的初始化，SDK提供的根文件系統使用的是Sysvinit，而Ubuntu使用了功能更為強大的systemd，systemd需要使用內核的cgroups機制，因此需配置內核中cgroups相關選項，如圖5，圖6所示。

配置完成后，保存配置并退出，使用如下命令編譯Linux內核：

make ARCH=arm64 CROSS_COMPILE=aarch64-himix100-linux- uImage

編譯完成后就生成了內核文件uImage，Hi3559平臺下，要獲得可從u-boot引導啟動的Linux內核文件，還需使用SDK中的arm-trusted-firmware工具生成ATF+Kernel的鏡像文件fip.bin，該鏡像文件fip.bin可被Hi3559的u-boot正確啟動。

編譯內核后還需編譯內核模塊并安裝至NFS路徑下的Ubuntu文件系統中：

make ARCH=arm64 CROSS_COMPILE=aarch64-himix100-linux- modules

make ARCH=arm64 CROSS_COMPILE=aarch64-himix100-linux-? ＼

INSTALL_MOD_PATH=/nfs/ubuntu? modules_install

編譯內核后還需編譯內核模塊并安裝后，NFS路徑中的Ubuntu系統可正確被內核啟動掛載，由于內核模塊安裝時自動設置了依賴關系，因此啟動后內核模塊將你被系統自動加載。

（三）根文件系統適配

目標機通過NFS網絡文件系統掛載運行Ubuntu系統，由于Ubuntu系統功能眾多，較為龐大，因此本文采用Ubuntu提供的最小化的base[3]系統作為Hi3559AV100適配Ubuntu的基礎根文件系統。Ubuntu base僅提供了最小化的系統能力，其他功能可通過聯網安裝獲取，因此需在開發環境中對Ubuntu根文件系統進行基礎設置，通過拷貝開發環境主機Ubuntu中的配置文件來更換NFS中Ubuntu系統的軟件源配置，用戶名密碼配置等，隨后即可啟動系統。在系統正常啟動后，使用軟件包管理工具apt安裝所需的軟件滿足實際使用需求，如net-tools，kmod等，如需編譯器可安裝gcc，g++等。

在開發板上啟動配置好的內核，通過NFS掛載Ubuntu系統，步驟如下：

1.啟動開發板，在u-boot出現shell提示符時在串口終端輸入任意按鍵，打斷默認啟動，修改啟動參數如下：

setenv bootargs “mem=2048M console=ttyAMA0，115200 noinitrd root=/dev/nfs rw ＼

nfsroot=192.168.0.100：/nfs/ubuntu，proto=tcp，nfsvers=3，nolock ＼

ip=192.168.0.120：192.168.0.100：192.168.0.1：255.255.255.0 ＼

blkdevparts=mmcblk0：1M（u-boot.bin），15M（kernel），7000M（rootfs）”

setenv bootcmd ”tftp 41000000 fip.bin;bootm 41000000”

按照上述命令設置bootargs參數，可配置內核啟動時以NFS的方式掛載根文件系統，根文件系統位于ip地址為192.168.0.100的主機的/nfs/ubuntu路徑下，并指定了開發板的ip地址為192.168.0.120。設置blkdevparts的目的在于告訴內核開發板的emmc芯片分區按照1M，15M，7000M劃分為3個分區。

2.在u-boot的shell中輸入boot命令，u-boot將根據配置先從tftp加載fip.bin文件至內存的0x4100000地址，隨后從0x41000000地址啟動Linux內核。

3. Linux內核啟動后將按照bootargs的設置，掛載NFS中的Ubuntu根文件系統，掛載成功后，Ubuntu中的systemd啟動，初始化系統，當出現登陸提示符時，代表Ubuntu啟動完成。

Ubuntu系統啟動完成后，可以使用先前配置的用戶名及密碼登錄系統，并使用apt工具安裝需要的軟件包，并進行相應的系統功能測試，系統功能可滿足需求則根文件系統適配完成。

（四）系統固化

系統固化指將內核鏡像及Ubuntu根文件系統部署至開發板的emmc芯片內，可以脫離開發環境的tftp+NFS啟動系統的過程。

存放在開發環境主機中NFS路徑下的Ubuntu根文件系統，可在主機端使用Linux中的tar工具進行打包，隨后燒寫至eMMC 分區中。燒寫固化流程如下：

1.啟動開發板，在u-boot出現提示符時在串口終端輸入，打斷默認啟動，隨后在u-boot的shell中執行如下命令：

mw.b 0x42000000 0xff 0xf00000

tftp 0x42000000 fip.bin

mmc write 0 0x42000000 0x800 0x7800

將Linux內核鏡像文件下載至0x42000000，并燒寫如emmc中。

2.固化文件系統，在燒寫內核完成后，通過燒入的內核鏡像文件啟動，此時仍需掛載NFS，設置參數如下：

setenv bootargs “mem=2048M console=ttyAMA0，115200 noinitrd root=/dev/nfs rw ＼

nfsroot=192.168.0.100：/nfs/ubuntu，proto=tcp，nfsvers=3，nolock ＼

ip=192.168.0.120：192.168.0.100：192.168.0.1：255.255.255.0 ＼

blkdevparts=mmcblk0：1M（u-boot.bin），15M（kernel），7000M（rootfs）”

setenv bootcmd ”mmc read 0 41000000; bootm 41000000”

隨后輸入boot啟動系統。系統啟動后先格式化emmc的第三分區：

mkfs.ext4? /dev/mmcblk01p3

格式化后掛載該分區至/mnt路徑：

mount /dev/mmcblk01p3 /mnt

隨后將使用tar命令打包的Ubuntu系統解壓至/mnt路徑

tar xvf ubuntu.tar -C /mnt

解壓完成后，使用sync命令，確保文件寫入emmc中，至此根文件系統燒寫部署完成，可重啟開發板，設置啟動參數。

3.設置啟動參數。重啟開發板，在u-boot出現shell提示符時在串口終端輸入任意按鍵，打斷默認啟動，修改啟動參數如下：

setenv bootargs “mem=2048M console=ttyAMA0， 115200 noinitrd root=/dev/mmcblk01p3 ＼

rootfstype=ext4 rw ip=192.168.0.120 blkdevparts=mmcblk0：1M（u-boot.bin），15M（kernel）， ＼

7000M（rootfs）”

setenv bootcmd ”mmc read 0 41000000; bootm 41000000”

隨后輸入saveenv保存設置，至此系統固化完成，重新啟動開發板后，將自動從emmc中加載Linux內核鏡像，并啟動emmc中的Ubuntu系統。與傳統嵌入式Linux難以靈活擴展功能不同，Linux發行版系統以軟件源的方式提供了豐富的軟件生態，系統啟動并登陸后，可以使用apt工具依據實際需求，安裝需要的軟件組件，支持豐富的應用場景。

四、結束語

本文指出了Linux發行版Ubuntu應用于嵌入式環境的方法，并在Hi3559開發板進行了驗證。隨著嵌入式硬件平臺性能的不斷提升，Linux發行版作為使用廣泛，便于擴展定制的基礎系統平臺必將更加廣泛的應用與嵌入式場景，為嵌入式開發者提供更好的系統通用性、靈活性，更適用于未來物聯網行業的開發及部署，提升應用的開發效率，縮短研發周期，使嵌入式產品更具競爭力。

參? 考? 文? 獻

[1] Hi3559A/C V100用戶指南

[2] Hi3559A/C V100開發環境用戶指南

[3] https：//wiki.ubuntu.com/Base

李博（1988.06-），男，漢族，陜西銅川，碩士研究生，工程師，研究方向：Linux操作系統。