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Linux 内核

本章介绍如何为魔方派配置和构建自定义内核。

魔方派内核托管在 GitHub。该更新落后于 upstream Linux kernel。目前魔方派 3 Ubuntu 24.04 LTS的内核版本为6.8.12。

更新内核​

在使用 sudo apt upgrade 命令进行更新时，您的内核将自动更新到最新的稳定版本。如果想尝试最新的不稳定测试内核，下载最新的内核源码并手动编译和更新内核。

编译内核​

编译内核分为本地构建（Native builds）和交叉编译（Cross-compilation）两种方式。

魔方派 3 上默认安装的编译器和链接器可以构建在魔方派 3 上运行的可执行文件，为本地构建;

交叉编译是为不同平台生成可执行代码的过程，例如在 x86_64 机器上构建 ARM 架构可执行文件。

下载内核源代码​

为任何目标平台构建都需要内核源代码。获取内核源代码需要使用 Git。如果您尚未安装 Git，请先在设备上安装：

sudo apt install git

然后下载最新的魔方派 3 内核的源代码：

git clone https://github.com/rubikpi-ai/linux-ubuntu.git

这可能需要几分钟。

备注

上面的 git clone 命令将下载当前活动分支，包括所有提交历史记录和文件历史记录。如果只需要最新的源代码，请使用 git clone --depth 1 https://github.com/rubikpi-ai/linux-ubuntu.git 命令来减少下载的大小。

如果要下载其他分支的源代码，请在克隆后切换到所需的分支：进入下载目录，运行 git checkout <branch-name> 命令切换到所需的分支。

关于可用分支列表，请见 RUBIK Pi kernel GitHub repository。

现在您有了内核源代码，可以本地构建或通过交叉编译构建一个新内核。

首先，在魔方派 3 中安装编译依赖项：

sudo apt install bc bison flex libssl-dev make gcc debhelper cpio dwarfdump \
zstd llvm clang libclang-dev gawk dwarves libelf-dev dkms zip rustup

然后，进入到内核目录, 配置 rust 环境：

cd linux-ubuntu

curl --proto '=https' --tlsv1.2 -sSf https://sh.rustup.rs | sh
cargo install --git https://github.com/rust-lang/rust-bindgen --tag v0.65.1 bindgen-cli
sudo cp ~/.cargo/bin/bindgen /usr/bin/bindgen
sudo cp /usr/bin/bindgen /usr/bin/bindgen-0.65
rustup override set $(scripts/min-tool-version.sh rustc)
rustup component add rust-src

若出现了下面内容，请按下 Enter, 使用默认配置。

使用下面命令验证 rust 环境是否配置成功。

make LLVM=1 rustavailable

如果成功，您将看到类似以下的输出：

Rust is available!

接下来，构建内核。此步骤可能需要很长时间。

fakeroot debian/rules clean
fakeroot debian/rules build
fakeroot debian/rules binary
备注

fakeroot debian/rules build 命令会根据 CPU 核心数自动并行编译内核，魔方派的 CPU 核心数为 8，因此会使用 8 个线程进行编译。

安装内核：

进入到 linux-ubuntu 的上层目录，将生成的内核包安装到系统中。

cd ..
sudo dpkg -i linux-*.deb

最后，运行以下命令重新启动您的魔方派 3 并运行新编译的内核：

sudo reboot

配置内核​

Linux 内核具有高度可配置性。一些用户可能希望修改默认配置以满足自己的需要，例如启用新的或实验性的网络协议，或启用对新硬件的支持。

配置通常通过 make menuconfig 界面完成。或者，您可以手动修改 .config 文件，但这可能更具挑战性。

准备配置​

menuconfig工具需要ncurses开发头文件才能正确编译和运行。要安装这些头文件，请运行以下命令：

sudo apt install libncurses5-dev

接下来，下载内核源代码。特别要注意的是，确保您已经完成了本地构建或交叉编译步骤。

完成所有设置后，现在可以编译并运行menuconfig程序，如下所示：

cd linux-ubuntu/debian/build/build-rubikpi

make menuconfig

使用键盘操作menuconfig：

  • 使用箭头键进行方向移动。

  • 按Enter进入子菜单（以 ---> 表示）。

  • 按两次Esc返回上一级或退出。

  • 使用空格键切换选项的启用/禁用状态。

  • 按Enter打开子菜单，使用箭头键浏览子菜单，然后再次按Enter选择状态。

  • 按H获取有关选项或菜单的帮助。

快速编译后，menuconfig将显示包含所有可配置选项的子菜单列表。选项较多，请耐心阅读。第一次尝试时，请不要启用或禁用大量选项。配置很容易被破坏，因此最好一次只进行少量更改，并熟悉配置和构建过程。

保存更改​

进行更改后，按住Esc键，直到系统提示您保存新配置。默认情况下保存到 .config 文件中。您可以通过复制此文件来保存和加载配置。

自定义完成后就可以构建内核了。

cd linux-ubuntu

fakeroot debian/rules build

内核构建完成后，请参考Compile the kernel安装内核。

应用内核补丁​

构建自定义内核时，您可能希望将补丁或补丁集（补丁的集合）应用到 Linux 内核。

硬件制造商有时会提供补丁集作为临时措施，以便在补丁合并到 Linux 内核和魔方派内核之前支持新硬件。但是，也有用于其他目的的补丁集，例如启用完整的内核抢占以支持实时使用。

确认您的内核版本​

要查看设备当前运行的内核版本，运行以下命令：

uname -r

在应用补丁之前，请务必检查内核版本。在内核源码目录下，运行以下命令检查内核版本：

head Makefile -n 4

应该会出现类似于以下内容的输出。

# SPDX-License-Identifier: GPL-2.0
VERSION = 6
PATCHLEVEL = 8
SUBLEVEL = 12

在本例中，源代码适用于 6.8.12 内核。

应用补丁​

补丁的应用取决于补丁分发的格式。

开发人员将大多数补丁以单个文件的形式分发。使用补丁程序来应用这些补丁。以下命令将下载、解压并使用实时内核补丁来修补我们的示例内核版本：

wget https://www.kernel.org/pub/linux/kernel/projects/rt/6.8/patch-6.8.2-rt11.patch.gz
gunzip patch-6.8.2-rt11.patch.gz
cat patch-6.8.2-rt11.patch.gz | patch -p1

有些开发人员可能会以电子邮件的形式分发补丁，即一个包含多个补丁文件的文件夹。使用 Git 应用这些补丁。
在使用 Git 应用电子邮件补丁之前，请使用名称和电子邮件配置本地 Git 安装：

git config --global user.name "your name"
git config --global user.email "your email"

使用 Git 来应用通过电子邮件分发的补丁，请运行以下命令：

git am -3 /path/to/patches/*

请务必遵循补丁分发者提供的说明。例如，某些补丁集需要针对特定提交进行修补。

内核头文件​

要编译内核模块，您需要 Linux 内核头文件。这些头文件提供了构建与内核交互的代码所需的函数和结构定义。

如果您从 GitHub 克隆了整个内核，这些头文件将包含在源代码树中。如果您不需要所有额外的文件，请使用apt 命令在魔方派 3 中仅安装内核头文件。

sudo apt install linux-headers-$(uname -r)
备注

安装内核头文件可能需要几分钟，过程中没有进度指示器。

贡献代码​

您可能出于不同的原因想将某些内容添加到内核中：

  • 您编写了一些魔方派特定的代码并希望每个人都能从中受益。

  • 您为某个设备编写了一个通用的 Linux 内核驱动程序，并希望每个人都能使用它。

  • 您修复了一个通用的内核错误。

  • 您修复了魔方派特定的内核错误。

对于魔方派特定的更改或错误修复，请向魔方派内核提交 Pull Request(PR)。对于常规的 Linux 内核更改（例如新驱动程序），首先向上游 Linux 内核提交 Pull Request。一旦 Linux 内核接受您的更改，我们将在内核更新时将它们合并到魔方派内核中。

为魔方派内核贡献代码​

首先，fork 魔方派内核代码库并将其克隆到您的开发设备。然后，您可以进行更改、测试，并将其提交到您 fork 的代码库中。

然后，向 魔方派内核代码库提交包含您更改的 Pull Request。魔方派工程师将审核您的贡献并提出改进建议。一旦获得批准，我们将合并您的更改，这些更改最终将纳入魔方派内核的稳定版本中。

为上游 Linux 内核贡献代码​

首先，将 Linux 内核树 克隆到您的开发设备。然后，您可以进行更改、测试，并将其提交到本地树中。

更改准备就绪后，请将其提交给 Linux 内核社区。Linux 内核开发是通过邮件列表进行的，而不是在 GitHub 上进行，因此请将您的补丁通过电子邮件发送给社区。请遵循 提交补丁：如何让你的改动进入内核 和 Linux 内核代码风格。Linux 内核贡献者将审查您的贡献并提供改进反馈。一旦获得批准，他们就会合并您的更改。这些更改最终会合入 Linux 内核的长期版本。一旦我们测试了长期版本与魔方派内核的兼容性，您的更改将进入魔方派内核的稳定版本中。