编译一个 RISC-V 的 Android 内核

只看该作者 · 2022-2-28 16:15

今天尝试了一下将 Android 的内核交叉编译运行在 RISC-V 平台上，笔记小结如下，如果有什么补充欢迎留言。
Google 官方提供了编译内核的指导，参考

构建内核 | Android 开源项目 | Android Open Source Project
source.android.google.cn

但这个 build 过程是针对 Google 的官方编译，也就是说其操作使用的是 LLVM/Clang 编译器，而且只支持 ARM/X86/... 几个有限的平台。而我这里计划是要将其 port 到 RISC-V 上，所以直接使用是不行的。研究了一下打算按下面的步骤来做。

有关针对 RISC-V 的 GNU toolchain（注：这里暂不使用 LLVM/Clang，使用 LLVM/Clang 放到后续尝试），QEMU 和文件系统等的制作方法请参考过去我总结的**
汪辰：在 QEMU 上运行 RISC-V 64 位版本的 Linux
zhuanlan.zhihu.com

只看该作者 · 2022-2-28 16:16

本文要做的事情实际上就是把其中制作内核部分的操作换掉，因为这次我们要编译一个 Andorid 的 Linux 内核。

1. 下载 Android 内核源码
Andorid 的官方内核源码下载请访问
https://android.googlesource.com/kernel/common/android.googlesource.com

如果这个访问不了，可以访问 github
https://github.com/aosp-mirror/kernel_commongithub.com

或者尝试国内的一些 mirror，譬如
Tsinghua Open Source Mirror
mirrors.tuna.tsinghua.edu.cn

clone 下来后切换到 android-5.4-stable 分支（commit：bb168ca1805b33289aae802a940551dec93a24d3），这个分支也是目前 AOSP 官方维护的最新的 LTS 稳定分支，值得信赖。

总结命令如下：
$ git clone https://android.googlesource.com/kernel/common
$ cd common
$ git checkout android-5.4-stable

根据我在另一篇**
汪辰：AOSP 内核的版本管理
zhuanlan.zhihu.com

中的介绍，我们知道，android-mainline 是 Android 的主要开发分支，Google 在这个主分支上密切跟踪 upstream Linux 的 mainline。当 Linux 宣布某个 mainline 版本成为一个新的 LTS 版本时，Google 将相对应地以 android-mainline 分支为基础拉一个 AOSP common kernel 分支并积极维护这个分支，在这里就是 android-5.4-stable，这个分支基于最新的 LTS 5.4.x 并包含有所有特定于 Android 的补丁。查看内核源码根目录下的 Makefile 文件，我们可以知道这个分支目前基于的是 5.4.x LTS 的小版本 5.4.61，应该是比较新的了。

$ cat Makefile | head
# SPDX-License-Identi€€Fier: GPL-2.0
VERSION = 5
PATCHLEVEL = 4
SUBLEVEL = 61
EXTRAVERSION =
NAME = Kleptomaniac Octopus

# *DOCUMENTATION*
# To see a list of typical targets execute "make help"
# More info can be located in ./README

只看该作者 · 2022-2-28 16:16

2. 下载 Android 内核配置
但光是源码中含有 Android 的补丁还不够，Google 对 Android 的内核还有自己特定的配置，所以我们还需要把这些配置加上。

我们知道对于一款设备或者一个平台，内核中一般都提供了它的缺省配置，譬如我们在前面配置 RISC-V 的内核时就是使用了它的缺省配置，当时我们配置操作命令如下，参考：《QEMU 上运行 RISC-V 64 位版本的 Linux》。

$ make ARCH=riscv CROSS_COMPILE=riscv64-unknown-linux-gnu- defconfig

而这个 defconfig 就是对应着内核源码树下 arch/riscv/configs/ 目录下的 defconfig 文件
$ ls arch/riscv/configs/ -l
total 8
-rw-rw-r-- 1 u u 2144 9月 18 12:13 defconfig
-rw-rw-r-- 1 u u 2102 9月 18 12:13 rv32_defconfig

如果要支持特定的硬件或软件功能（譬如这里要专门针对 Android），则我们可以为 defconfig 文件打补丁，这些补丁文件我们术语上称之为配置 “片段（fragments）”。这些 fragments 文件的格式与 defconfig 相同，但通常要小得多，因为它们仅包含为支持特定的硬件或软件功能/行为所需的内核配置项。我们可以使用内核提供的合并脚本（即内核源码树中scripts/kconfig/merge_config.sh 将这些 fragments 文件与平台的 defconfig 文件进行合并。

Android 内核的 fragments 配置专门维护在一个独立的仓库中，官网地址是：
https://android.googlesource.com/kernel/configsandroid.googlesource.com
github 和国内 mirror 上似乎还没看到比较官方的 mirror，有知道的同学请留言，谢了先。

下载这个仓库：
$ git clone https://android.googlesource.com/kernel/configs
$ cd configs

可以仔细读一下仓库根目录下的 README.md 文件。

它告诉我们 android 内核的 fragments 配置分几类:

android-base.config: 这是 Android 的基本配置，必须要应用。
android-recommended.config: 这些配置属于对 Android 功能增强，推荐使用但不强制使用。
android-base-conditional.xml：在 Android P（包括 Android P）以下的版本中，特定于体系结构的内核配置要求包含在特定于体系结构的基本配置 fragments 中，例如 android-base-arm64.config。但在 Android P 之后的版本中，特定于体系结构的基本配置 fragments 被删除，一些可选的内核配置要求存储在 android-base-conditional.xml 文件中，注意这里变成了 xml 的格式，也就是说不能直接使用 merge 脚本和 defconfig 合并，不知道 Google 为何这么做，也许是为了强迫大家不要图省事，不得不从 xml 文件中手动挑选合适的配置项进行添加。
non_debuggable.config：其他用户自己的配置项。

这个 configs 仓库也包含了很多个分支，针对一个正式的 Andorid 版本有对应的发布分支，譬如最新的 Android 11 其发布分支就是 android11-release（commit：2f1dcde47942beb27201574a0c09bbf4182b79e6）
$ git checkout android11-release
Switched to branch 'android11-release'
Your branch is up to date with 'origin/android11-release'.
$ ls -l
total 44
drwxrwxr-x 2 u u  4096 9月  18 10:45 build
drwxrwxr-x 5 u u  4096 9月  18 10:45 o
drwxrwxr-x 5 u u  4096 9月  18 10:45 o-mr1
-rw-rw-r-- 1 u u 112 9月  18 10:45 OWNERS
drwxrwxr-x 5 u u  4096 9月  18 10:45 p
drwxrwxr-x 5 u u  4096 9月  18 10:45 q
drwxrwxr-x 5 u u  4096 9月  18 10:45 r
-rw-rw-r-- 1 u u 10552 9月  18 10:45 README.md
drwxrwxr-x 2 u u  4096 9月  18 10:45 tools

只看该作者 · 2022-2-28 16:18

切换到这个分支后我们看到一些 o、p、q、r 这样的目录，这些就是对应着 Android platform version：8、9、10、11。进去看一下
$ cd p
$ ls -l
total 16
drwxrwxr-x 2 u u 4096 9月  18 10:45 android-4.14
drwxrwxr-x 2 u u 4096 9月  18 10:45 android-4.4
drwxrwxr-x 2 u u 4096 9月  18 10:45 android-4.9
-rw-rw-r-- 1 u u  218 9月  18 09:44 README.md
$ cd ../q
$ ls -l
total 12
drwxrwxr-x 2 u u 4096 9月  18 10:45 android-4.14
drwxrwxr-x 2 u u 4096 9月  18 10:45 android-4.19
drwxrwxr-x 2 u u 4096 9月  18 10:45 android-4.9
$ cd ../r
$ ls -l
total 12
drwxrwxr-x 2 u u 4096 9月  18 10:45 android-4.14
drwxrwxr-x 2 u u 4096 9月  18 10:45 android-4.19
drwxrwxr-x 2 u u 4096 9月  18 10:45 android-5.4

每个 platform 下对应三个内核版本，回忆一下《AOSP 内核的版本管理》中 2.2 章节 “Android Platform 的内核版本管理” 的介绍会进一步加深 Google 对 Android 内核版本的管理方式。

只看该作者 · 2022-2-28 16:18

configs 仓库的 master 分支上维护着下一个 AOSP 的 Platform 版本（这里是 12/S）会支持的内核版本。切换到 master 看一下：
$ git checkout master
$ ls -l
total 56
drwxrwxr-x 2 u u  4096 9月  24 16:02 android-4.14
drwxrwxr-x 2 u u  4096 9月  24 16:02 android-4.19
drwxrwxr-x 2 u u  4096 9月  24 16:02 android-5.4
......

看上去好像不对，但注意按照 google 的定义，4.14 肯定不会在 S 中被支持，而不确定的 5.x 要到 2020 年底才会揭晓，所以现在只是还未确定，这个不矛盾。

只看该作者 · 2022-2-28 16:19

3. 编译 Android 内核
理解了这些概念后我们可以开始干活了。关键是要把 Android 的配置 fragments 合并到缺省的针对 RISC-V 平台的配置下去。假设 common 仓库目录和 configs 仓库目录和 riscv64-linux 目录（有关 riscv64-linux 目录同样参考《QEMU 上运行 RISC-V 64 位版本的 Linux》一文）关系如下：
$ tree -L 2
.
├── aosp-kernel
│ ├── common
│ └── configs
└── riscv64-linux
├── busyboxsource
├── linux
├── qemu-5.1.0
├── riscv-gnu-toolchain
├── rootfs
└── rootfs.img

首先进入 configs 仓库，切换为 android11-release
$ cd configs
$ git checkout android11-release

然后进入 common 仓库，先清理一下，然后确保切换到 android-5.4-stable 分支再执行合并配置操作，完成后直接编译即可，注意运行 merge_config.sh 脚本文件后会自动在内核源码根目录下生成 .config 文件。注意我这里只合并了 base 配置。
$ cd common
$ make ARCH=riscv distclean
$ git checkout android-5.4-stable
$ ARCH=riscv scripts/kconfig/merge_config.sh arch/riscv/configs/defconfig ../configs/r/android-5.4/android-base.config
$ make ARCH=riscv CROSS_COMPILE=riscv64-unknown-linux-gnu- -j $(nproc)

QEMU 中启动后检查内核版本信息：
/ # uname -a
Linux (none) 5.4.61-00012-gbb168ca1805b #1 SMP PREEMPT Fri Sep 18 12:17:20 CST 2020 riscv64 GNU/Linux

可以看到内核已经变成 5.4.61，而且注意和 defconfig 编译出的内核的一个区别，就是上述信息中出现了一个 PREEMPT，这说明内核的内核态抢占被打开了，这体现了 Android 对内核的特殊要求，作为主要应用于移动通讯设备的 Linux 版本，为了保证一些实时应用，这个选项是必须的。具体也可以查看 Android 的 android-base.config 配置 fragment 文件，中间的确有一行：
......
CONFIG_PREEMPT=y
......

只看该作者 · 2022-3-1 10:08

好高级！！

只看该作者 · 2022-3-4 11:18

确实高级

编译一个 RISC-V 的 Android 内核

相关下载