build_embed_linux_system

嵌入式linux开发环境构建

本节目录如下所示。

• Linux平台系统安装
  • 虚拟机和系统版本
  • dns支持和镜像源修改
• Linux平台库安装支持
• Linux平台系统环境构建
  • 交叉编译工具环境支持
• 使用WSL2系统构建Linux平台
  • WSL2安装方法
  • 移动WSL2到其它目录方法
  • WSL2配置支持GUI环境
  • WSL2支持QT编译和执行环境
  • WSL2优化释放未使用空间
• 下一章节

嵌入式Linux的学习需要软硬件结合学习，本系列将以NXP i.MX6ULL和瑞芯微RK3568作为基础平台去验证。选择这两个平台的主要原因是一方面我有这两块开发板，而且这两块板子分别为32位和64位ARM芯片，分别对应低端的工业平台和中高端的视频，AI算法平台，算目前比较常规的应用。

• NXP i.MX6ULL，Cortex-A7内核，32位单核处理器，低端SOC，适合运行无桌面Linux系统或基于QT环境的界面开发。另外NXP开源资料丰富，适合去系统的学习嵌入式Linux系统，不过因为性能限制，主要做基于C/C++的数据处理类以及局域网内少量访问的嵌入式应用，对于跑图形化系统，以及音视频处理性能不足。
• 瑞芯微RK3568, Cortex-A55，64位4核处理器，带GPU和NPU，中高端SOC，适合运行debian或Android11等图形化系统，在平台上可以适配Python，Java(JNI)开发，性能满足大部分音视频和图像处理应用。不过国内芯片的资料和系统都开源不足，不利于去细致学习嵌入式Linux。

上述两个平台可以说是典型的支持嵌入式Linux的芯片，基本可以满足大部分的嵌入式应用功能需求。考虑两款产品的构建环境，本系列将以Ubuntu 22.04 LTS作为开发环境，其它系统版本理论也可以，不过每个版本遇到的问题可能不一致，就需要遇到时自己去分析解决(这个也是嵌入式学习的难点，每个人遇到的问题都不一样，需要积累经验去总结解决)。

在嵌入式系统学习的过程中，开发环境构建是有门槛的，不建议入门过程中在开发环境构建花费大量时间，以我的经历来说，能够熟练构建一套快速开发环境(编译工具的移植，库的交叉编译，脚本构建)，在整个嵌入式Linux系统学习中是比较困难的部分；很多方案商和各类开发板厂商，其最核心业务就是在芯片厂商的方案基础上，基于自己设计的硬件平台实现一套开发环境和启动方案，提供技术资料和技术支持服务；这里面很多技术都需要前置知识点，不建议在入门时就扎入这个深坑。

开发环境的构建，以我的经历来说是感受不到趣味性的；我是参考网上分享的教程和官方的SDK结构摸索着进行学习的，最初只知道跟着敲命令，如果和教程表现一致还好，可当你使用相同版本的系统，却因为缺少某个库文件或权限问题而执行失败后，在不理解背后原理的情况下，只能在网络上搜索相似的问题，看有没有解决办法（现在则求助AI），往往发生构建错误浪费1-2个小时仍然没有解决。特别是交叉编译时，按照教程却卡在某一步，经常枯坐一晚上不停重试，挫败感明显。从我的学习经历看了，这似乎是必须经历的过程，不过我还是希望这份经验总结下来，既是对自己过去的总结，也是希望对后来者有所帮助。这里说明下构建Linux平台时主要遇到的问题。

1. 访问权限问题，很多人可能直接使用root权限规避这个问题；不过root权限一些指令容易损坏系统文件，误删除或修改关键文件都会导致系统损坏；另外部分厂商的SDK会对root下运行进行限制，则根本无法使用root进行编译。而使用一般用户，则很容易面临权限不足问题，这基本是很难避免的。如mkdir，vim，touch，install等命令创建的文件或目录时，都默认设置为当前用户管理。而如果是在root权限下创建，普通用户可能就不会有修改权限；另外文件从windows迁移到Linux很可能丢失权限，这个时候就需要善于使用chmod(修改文件的读写权限)、chown(更改文件的所属用户)命令，而不要想着就在root下处理，可能对后续带来很多麻烦。
2. 缺少某类运行支持库，表现为编译时缺少某个头文件([file].h不存在)或者链接中-l[file], 运行时缺少lib[file].so。这时分两种情况，一种是编译本系统运行的文件或工具(运行在桌面端)，这时候通过apt –names-only search [file]从安装源中查找，在通过apt-get install安装接口即可；还有一类是交叉编译时缺少某个类库，这时候就比较麻烦，需要去找到相应的类库源码，编译安装的特定目录，在编译时引入此目录，或者使用debian，ubuntu之类的嵌入式系统，在chroot或者应用环境下使用apt软件安装。
3. 版本中某类库或者软件版本和应用不匹配，这种问题可以分两类处理。

• 编译使用软件版本新版本，搭配较老的系统(如Ubuntu16)。使用编译或者deb安装最新的包可能会遇到(apt中会适配当前版本，不会遇到此情况)，这类情况最优建议是使用更新的Ubuntu系统或者去找老版本的软件，不建议直接去更新系统的库(特别是/lib和/usr/lib下的库文件)。我曾经尝试去同步升级相关的系统库，结果因为某些软件和更新的系统库不兼容，导致系统只能重装.
• 软件已经放弃更新，但系统使用新版本，这种有能力的话可以去更改软件适配新版本库，否则的话建议去寻找替代的产品，不建议因为某款软件去回退系统版本。

上面说明嵌入式Linux开发环境构建的背景和软件安装的方法，这当然需要一定的基础，包含不限于如下所示。

• 掌握shell命令和语法
• 系统，软件配置文件的更新规则
• 编译器，库和软件安装方法

对于构建Linux系统平台，没有一定的基础去修改是比较困难，如果错误的使用root权限去修改系统配置，是有几率导致系统功能失效，严重的会崩溃无法启动，最终不得不重装系统。这部分技术十分杂乱，没有任何教程能覆盖到所有的内容。不提Linux本身的命令，对于用户添加的应用如net-tools，ssh，opencv，python，node，sqlite，tftp，每个软件都有一套命令机制和配置管理方法，只是单纯去学习意义不大。而且如果更换了系统版本，对于同一个软件也可能遇到不同的问题。这部分不适合专门去学习，而应该使用中遇到问题，刨根问底去分析解决，从而积累处理经验。

对于初步接触嵌入式Linux平台开发的使用者，建议还是使用开发板或者芯片厂商提供的SDK环境包。如果进一步深入，希望了解这个环境是如何构建的，这系列文章会从安装Ubuntu开始，讲解如何构建编译系统，编译嵌入式执行平台，交叉编译支持程序和库，以及安装软件包的全过程，当然也包含这中间遇到的问题和解决办法。不过每个系统版本遇到的问题都可能不一样，如果遇到问题解决不了的，可以去浏览器搜索查找有没有人遇到类似问题。实在解决不了使用已经构建好的平台也没什么问题，不要过于纠结。兴趣才是第一老师，而通过成功才能加强兴趣，一定要避免过多的挫败感打击学习的积极性。

注意: 类似chatgpt，deepseek，doubao等语言类AI工具的发展，十分方便检索问题和解决办法，在学习中一定要善于使用，事倍功半。我个人使用的是vscode中基于doubao-1.5-pro模型的”MARSCODE AI”插件，体验很不错，在学习和理解本系列文章时可以配合使用。

linux_system_install

virtual_tool_version

安装环境可以选择虚拟机模式和直接系统安装，不过因为我习惯windows下开发，且芯片厂商的一些下载调试工具只支持windows下使用，最终选择window和虚拟机操作Linux的方式进行管理，直接系统安装可用UltraISO制作系统盘安装。这里平台选择如下.

• VMvare 15.5.7/WSL2
• Ubuntu 24.04 LTS
  • 下载地址:https://mirrors.tuna.tsinghua.edu.cn/ubuntu-releases/24.04/

Ubuntu 24.04 LTS可以通过VMvare中的Share目录方法，实现本地文件和数据与windows的共享；当然使用vsftp、ssh、samba等工具也可以实现文件和数据交互，后续软件使用方法中有相应说明；当然也可以安装open-vm-tools，实现windows和Linux的文件和数据交互；具体命令如下。

# 安装open-vm-tools
sudo apt-get install open-vm-tools open-vm-tools-desktop nfs-common -y

安装方法: 选择>新建虚拟机>典型, 选择安装文件*.iso，按照流程下一步安装即可；注意其中要输入账号和密码，这个在后期登录和切换用户十分重要。如果虚拟机系统内资料并不是太需要保护，那么为了后期命令的方便，可以使用短密码(确保PC不会被他人随意访问，且内部没有重要信息)，否则还是建议使用长密码。另外如果硬盘空间足够，建议虚拟机的空间分配至少50G以上，并且越大越好；虽然后续通过VMware的扩展功能可以增加硬盘空间，不过没有原始的全范围空间使用方便。

dns_mirrors

如果安装完成的ubuntu无法访问网络环境，通过修改支持国内的dns服务器.

sudo vi /etc/resolv.conf

# 添加DNS服务器
nameserver 223.5.5.5
nameserver 8.8.8.8
nameserver 8.8.4.4

Ubuntu默认使用的镜像源在国外，直接下载访问比较慢，大部分都会直接失败，所以我一般会更新使用国内源，我目前使用的是国内清华镜像源。

• https://mirrors.tuna.tsinghua.edu.cn/help/ubuntu/

对于arm/arm64平台，使用镜像地址为：

• https://mirrors.tuna.tsinghua.edu.cn/help/ubuntu-ports/

另外，对于https://cdn.kernel.org/也支持国内源。

• https://mirrors.kernel.org/pub/linux/utils/util-linux/

按照网页说明选择对应版本，替换/etc/apt/sources.list下文件，然后执行如下命令即可.

# 更新软件包列表
sudo apt-get update

# 更新软件包
sudo apt-get upgrade

如果出现Ign0:xxxxxxx的访问错误，这是表示访问失败，可以选择http版本。

support_common_library

构建完成后，需要安装编译支持的脚本或者库。下面提供了一些在编译驱动，内核还有一些第三方库或软件时需要增加和更新的库和程序。这些库和程序是在各类编译中整理的，可以直接执行指令进行安装，能够解决大部分编译或者交叉编译时遇到的问题。

sudo apt-get install vim lib32z1 cmake pip3 ninja-build librust-glib-sys-dev -y
sudo apt-get install lz4 bc lzop libffi-dev libssl-dev git libdbus-1-dev -y
sudo apt-get install libncurses5-dev u-boot-tools openssh-server device-tree-compiler -y 
sudo apt-get install dos2unix gzip libtool flex libpulse-dev libnl-3-dev -y
sudo apt-get install build-essential manpages-dev make bison util-linux-extra -y
sudo apt-get install software-properties-common binutils gcc-multilib -y 
sudo apt-get install libc6-dev-i386 net-tools libsdl2-dev qemu-user-static -y
sudo apt-get install lsb-core lib32stdc++6 libncursesw5-dev lib32ncurses-dev -y
sudo apt-get install open-vm-tools open-vm-tools-desktop nfs-common -y
sudo apt-get install libgl1-mesa-dev texinfo lmbench libgdk-pixbuf2.0-dev -y
sudo apt-get install subversion zlib1g-dev gawk gettext libelf-dev ecj fastjar -y
sudo apt-get install expect expect-dev bzip2 libgmp-dev libmpc-dev texinfo-y

如此，基本完成了linux平台基础环境的构建.

linux_env_struct

对于Linux平台环境的构建，包含熟悉Linux平台命令和文件知识，安装方便使用和开发的工具，能够自己编译或交叉编译些库和程序，这部分工作并不困难，却十分复杂，不同系统(centos，ubuntu)，相同系统的不同版本(16.04，22.04)，甚至相同版本系统下不同的库支持情况，都会面临不同的问题。这部分不建议机械的学习，而是有概念后，在使用Linux的过程中，积累深入总结，当你能够整理出自己的笔记或者能实现自己的一键构建工具后，也就自然学会掌握了。

cross_compiler_tools

对于嵌入式linux，第一步就是下载交叉编译工具，例如我使用的i.MX6Ull芯片，可以访问如下网站获取编译工具。

• https://releases.linaro.org/components/toolchain/binaries/7.5-2019.12/arm-linux-gnueabihf/

下载最新的编译工具，如我使用的是gcc-linaro-7.5.0-2019.12-i686_arm-linux-gnueabihf.tar.xz.

• 对于普通用户，可通过在/etc/profile中添加export PATH=”$PATH:[diectory]”在全局环境添加.
• 对于root用户，可直接修改/etc/environment，添加到里面指定的PATH路径即可(不建议使用root权限进行编程，如果受限，使用chmod和chown解决).

不过这个版本最高支持到7.5.0版本，后面就没有更新，如果使用更高版本的编译工具，需要去arm官网下载，不过速度比较慢，这里推荐去清华源镜像去下载。

• https://mirrors.tuna.tsinghua.edu.cn/armbian-releases/_toolchain/

这里也说下arm编译工具命名的规则，便于选择用于编译的工具, 这里列出几个不同类型的arm编译工具。

'gcc-linaro-7.5.0-2019.12-i686_arm-linux-gnueabihf.tar.xz'
'gcc-arm-11.2-2022.02-x86_64-aarch64-none-linux-gnu.tar.xz'
'gcc-arm-11.2-2022.02-x86_64-arm-none-linux-gnueabihf.tar.xz'
'gcc-arm-11.2-2022.02-x86_64-arm-none-eabi.tar.xz'

其格式如下:

• [gcc]-[提供编译工具的组织]-[gcc版本]-[生成时间]-[编译器运行平台(i686/x86_64)]-[编译目的平台(arm/aarch64)]-[none，厂商信息]-[linux，编译结果执行环境]-[abi接口和浮点支持]

这里详细解释每个编译选项:

• gcc: 编译工具的名称，这里表示为gcc
• 提供编译工具的组织: gcc是开源项目，这里是编译源码，提供编译工具的组织
• gcc版本: gcc编译的版本
• 生成时间: 编译源码，生成gcc工具的时间
• 编译器运行平台：i686为32位x86运行环境，x86_64则为64位x86运行环境.
• 编译目的平台：arm位32位arm，aarch64为64位arm，aarch64一般只有更高端的arm平台才支持如Cortex-A53等.
• 厂商信息：可选，可省略，arm提供的一般为none.
• 编译结果执行环境：linux则表示为linux环境，不存在则表示用于裸机程序.
• abi接口和浮点支持：abi接口表示支持应用开发的兼容的二进制接口，嵌入式ABI。嵌入式应用二进制接口指定了文件格式、数据类型、寄存器使用、堆积组织优化和在一个嵌入式软件中的参数的标准约定。浮点支持则分别表示armel和armhf两个不同的架构，gcc的选项-mfloat-abi有三种值soft、softfp、hard，其中不带hf的支持soft和softfp, 带hf的则支持soft和hard，其中softfp和hard都需要芯片支持fpu。
  • soft：不用fpu进行浮点计算，即使有fpu浮点运算单元也不用，而是使用软件模式。
  • softfp：armel架构（对应的编译器为 arm-linux-gnueabi-gcc）采用的默认值，用fpu计算，但是传参数用普通寄存器传，这样中断的时候，只需要保存普通寄存器，中断负荷小，但是参数需要转换成浮点的再计算。
  • hard：armhf架构（对应的编译器 arm-linux-gnueabihf-gcc ）采用的默认值，用fpu计算，传参数也用fpu中的浮点寄存器传，省去了转换，性能最好，但是中断负荷高

对于上面列出的平台和对应得编译工具可通过如下命令下载。

# i.MX6Ull Cortex-A7 arm32
wget https://mirrors.tuna.tsinghua.edu.cn/armbian-releases/_toolchain/gcc-arm-11.2-2022.02-x86_64-arm-none-linux-gnueabihf.tar.xz

# h618 cortex-a53 arm64
wget https://mirrors.tuna.tsinghua.edu.cn/armbian-releases/_toolchain/gcc-arm-11.2-2022.02-x86_64-aarch64-none-linux-gnu.tar.xz

# stm32 cortex-m3/m4 arm32
wget https://mirrors.tuna.tsinghua.edu.cn/armbian-releases/_toolchain/gcc-arm-11.2-2022.02-x86_64-arm-none-eabi.tar.xz

use_wsl2_linux

wsl_install

对于嵌入式Linux开发，在Windows下有更方便的开发方法，那就是使用WSL2开发。 这里不推荐使用WSL1，WSL1使用在Windows下模拟Linux的API，目前微软基本放弃更新，且有接口和应用的缺失，如系统不支持消息队列，不支持systemd，编译内核时缺少某些头文件和库，特别是交叉编译时会遇到各种莫名其妙的问题，而且很难找到原因。对于WSL2则完全采用Hyper-V虚拟机方式，目前除网络和USB支持有问题外，和VMVare使用基本一致，另外WSL2和老版本的VMVare对于虚拟网络有兼容性问题，会导致VMVare无法启动系统，需要将VMVare升级到15.5.7版本或者更高版本。

具体流程参考这篇文章:https://www.bilibili.com/read/cv16178040/

WSL2的开启和使用可参考地址:https://learn.microsoft.com/zh-cn/windows/wsl/install。

1. 首先在UEFI(BIOS)中启动虚拟化，这个可能根据所用产品平台有关，可参考地址:https://support.microsoft.com/en-us/windows/enable-virtualization-on-windows-11-pcs-c5578302-6e43-4b4b-a449-8ced115f58e1
2. 在控制面板>程序>启用或关闭Windows功能>适用于Linux的windows子系统，选中并重启，此时PowerShell中可以使用WSL命令。
3. 以管理员身份启动PowerShell，执行如下命令wsl –update，等待wsl升级完成。
4. 安装ubuntu系统，这里可以使用MicroSoft Store中的系统安装，版本为Ubuntu 22.04 LTS，MicroSoft Store>Ubuntu>Ubuntu 22.04.3 LTS，点击下载>完成后，点击安装，等待完成后重启即可。
5. 在Windows平台即可在命令行使用wsl或者直接左下角搜索Ubuntu打开Linux系统，并可以通过wsl –set-version Ubuntu-22.04 2来设置在wsl2运行系统，之后可以按照正常Ubuntu虚拟机进行环境构建和开发。目前可通过如下命令查看是否安装成功。

#查看Linux内核命令
uanme -a

#目前wsl2的内核为5.xx.xxx, wsl1的内核为4.xx.xxx, 且wsl1内核后续应该不会升级，通过这个方式可以简单判断使用的版本
Linux DESKTOP-SO7SONV 5.15.133.1-microsoft-standard-WSL2 #1 SMP Thu Oct 5 21:02:42 UTC 2023 x86_64 x86_64 x86_64 GNU/Linux

开启Hyper-v的windows bat脚本。

pushd "%~dp0"

dir /b %SystemRoot%\servicing\Packages\*Hyper-V*.mum >hv.txt

for /f %%i in ('findstr /i . hv.txt 2^>nul') do dism /online /norestart /add-package:"%SystemRoot%\servicing\Packages\%%i"

del hv.txt

Dism /online /enable-feature /featurename:Microsoft-Hyper-V -All /LimitAccess /ALL

Pause

注意：WSL2虽然默认支持通过/mnt/*方式访问windows平台的文件，不过这是通过文件系统转译的方式访问的，效率低，会大幅度增加编译时间。另外windows文件不区分大小写，即使通过Linux系统访问也会有这类不一致问题，导致处理出错，从而有可能误删除文件。在使用WSL2时，还是移动到WSL2的Linux目录下使用(非’/mnt/’访问得目录)，尽量避免直接使用windows系统下文件。

wsl_move

迁移wsl到其它目录的方法。

#下载编译脚本
wget https://codeload.github.com/pxlrbt/move-wsl/zip/refs/heads/master

#解压并在powershell环境下运行脚本
./move-wsl.ps1

#修改默认用户
Ubuntu2204 config --default-user freedom

wsl_gui

安装wsl支持远程桌面环境。

#安装xfce图形界面
sudo apt-get install xfce4 xfce4-goodies

#安装xrdp远程服务
sudo apt-get install xrdp

#修改xrdp配置
sudo vim /etc/xrdp/xrdp.ini

## /etc/xrdp/xrdp.ini
port=3390
max_bpp=128
xserverbpp=128
## end

#修改sesman配置文件
sudo vim /etc/xrdp/sesman.ini

## /etc/xrdp/sesman.ini
KillDisconnected=true
## end

#告知系统使用xfce4-session
sudo echo xfce4-session > ~/.xsession

#修改startwm.sh
sudo vim /etc/xrdp/startwm.sh

## /etc/xrdp/startwm.sh
#test -x /etc/X11/Xsession && exec /etc/X11/Xsession
#exec /bin/sh /etc/X11/Xsession
startxfce4
## end

#启动xrdp服务
sudo /etc/init.d/xrdp start

远程连接方式

#打开mstc，远程连接
localhost:3390

#登录
选择xorg，填写用户和密码(root登录，需要先设置密码)

wsl_qt

wsl支持qt环境。

#安装qtcreator
sudo apt-get install libts-dev qtcreator

#安装qt编译工具
sudo apt-get install qttools5-dev-tools

//导入系统环境变量
export QT_ROOT="/lib/qt-lib"
export QT_QPA_FONTDIR=/usr/share/fontsq
export QT_QPA_PLATFORM_PLUGIN_PATH=$QT_ROOT/plugins
#export QT_QPA_PLATFORM=linuxfb:tty=/dev/fb0
export QT_PLUGIN_PATH=$QT_ROOT/plugins
export LD_LIBRARY_PATH=$QT_ROOT/lib:$QT_ROOT/plugins/platforms
export QML2_IMPORT_PATH=$QT_ROOT/qmlv 

export XDG_RUNTIME_DIR="/tmp/runtime-root"

wsl_summarize

对于wsl2环境构建，包含I.MAX6ULL、RK3568、H618芯片的驱动，内核，支持库编译，wsl2图形环境xfce远程连接，qtcreator和qt compiler环境支持，以及驱动开发，验证下来wsl2可以满足开发的需求。不过wsl2还是有一些限制，不过可以通过其它方法绕开。

• wsl2不支持USB驱动，无法直接操作SD卡进行读取/写入/分区的操作
  • 主要影响, 无法使用wsl2完成SD卡嵌入式端固件烧录工作，也就很难直接固件更新
  • 解决方法: 参考imx6ull_platform.md中如何打包镜像的工作，将编译后的固件打包成镜像，直接通过balenaEtcher工具烧录到SD卡中
• wsl2网卡桥接模式，需要windows11才支持，windows10配置桥接会导致无法连接网络
  • 主要影响, 嵌入式端无法直接访问WSL2内容，不支持tftp，nfs等协议，也就无法实现网络加载(方便开发调试的功能)。
  • 解决办法: 对于tftp协议使用windows下的Tftp64服务器软件, 支持tftp协议，可以直接访问wsl的接口。对于nfs则使用”hanewin nfsd”支持nfs v2，v3的访问。

这是我使用wsl2遇到的主要问题，其它问题都能够解决。总之，wsl2我认为是比较完善的Linux环境，能够满足基本应用，以及驱动开发的需求，不过使用vscode+ssh远程访问vmvare的虚拟机也十分方便，这个在软件安装方法中有详细方法。

wsl修改默认登录用户:

#powershell环境
ubuntu2204.exe config --default-user root

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