自己動手編譯 Raspberry Pi 的 Kernel

Raspberry Pi 除了是個很方便的小玩具之外，同時也非常適合用他來學習和 Linux 以及 Linux Kernel 的相關知識，本篇將講解如何自己編譯最新的 Linux Kernel 給你的 Raspberry Pi 使用。

取得編譯用的 toolchain 與工具

若要進行跨平台編譯，相對應的 toolchain 是必要的，讓我們來說說如何取得 toolchain。

若你是 Gentoo Linux 的使用者，你可以透過 crossdev 建立專用的 toolchain，更完整的資訊，請參考 Raspberry Pi - Gentoo Wiki 。

Rosia rpi # crossdev -S -v -t armv6j-hardfloat-linux-gnueabi

除此之外，在 GitHub 也有開發 Raspberry Pi 所需要的工具，裡面也包含了預先編譯好的 arm-bcm2708hardfp-linux-gnueabi 這個 toolchain，因此我們也把他下載到我們的電腦裡。

git clone git://github.com/raspberrypi/tools.git

下載 Linux Kernel

Raspberry Pi 使用的 kernel 可以在 GitHub 上面獲得，或是你也可以下載 mainline kernel 來進行編譯。

git clone https://github.com/raspberrypi/linux

注意到在 GitHub 上面的 kernel 有許多不同的 branch，請選擇你想要使用的 branch 來使用。

coldnew@Rosia ~/rpi/linux $ git branch -a
* rpi-3.10.y
  remotes/origin/HEAD -> origin/rpi-3.10.y
  remotes/origin/master
  remotes/origin/rpi-3.10.y
  remotes/origin/rpi-3.11.y
  remotes/origin/rpi-3.12.y
  remotes/origin/rpi-3.2.27
  remotes/origin/rpi-3.6.y
  remotes/origin/rpi-3.8.y
  remotes/origin/rpi-3.9.y
  remotes/origin/rpi-patches

編譯 Raspberry Pi 的 Linux Kernel

修改當前 shell 的環境變數

因為我們是進行跨平台編譯，因此編譯的時候要加入 ARCH 以及 CROSS_COMPILE 的參數，這邊採用偷懶的做法，直接將資訊覆蓋到目前的 shell 上，這樣在目前的 shell 就是用於編譯 arm 平台的開發環境了。

註：若是在 Raspberry Pi 上進行編譯，此步驟可以省略。
```
export ARCH=arm
export CROSS_COMPILE=armv6j-hardfloat-linux-gnueabi-
```
若你是使用預先編譯好的 toolchain，請將 armv6j-hardfloat-linux-gnueabi- 更改成你的 toolchain 的資訊。
取得 Raspberry Pi 的 kernel config

如果你手邊有 Raspberry Pi，可以登入他並使用以下方式取得目前 Raspberry Pi 的 Kernel Config。
```
pi@raspberrypi:/home/pi$ zcat /proc/config.gz > rpi-config
```
Rapsberry Pi 的 Linux Kernel config 可以在 arch/arm/configs/ 下面找到，共有以下幾個
```
coldnew@Rosia ~/rpi/linux $ (cd arch/arm/configs/ && ls bcmrpi*)
bcmrpi_cutdown_defconfig bcmrpi_emergency_defconfig bcmrpi_defconfig bcmrpi_quick_defconfig
```
選擇你想要用的 kernel config，在這邊我選擇 bcmrpi_defconfig
```
coldnew@Rosia ~/rpi/linux $ make bcmrpi_defconfig
```
設定自己想要的 kernel config

選擇好預設的 config 後，接著就可以進行設定並加上自己需要的 kernel 功能。
```
coldnew@Rosia ~/rpi/linux $ make menuconfig
```
編譯 kernel

由於我們在前面已經修改了 ARCH 和 CROSS_COMPILE 這兩個環境變數，因此編譯 Kernel 只需要用 make 就夠囉~
```
coldnew@Rosia ~/rpi/linux $ make
```
編譯完成後，會產生 arch/arm/boot/Image 檔案，你可以使用 imagetool-uncompressed.py 將他產生成 kernel.img，若你沒有這個程式，請到 GitHub 下載。
```
coldnew@Rosia ~/rpi/tools/mkimage $ ./imagetool-uncompressed.py ../../linux/arch/arm/boot/Image
```
完成後可以在當前目錄下看到 kernel.img 這個檔案
```
coldnew@Rosia ~/rpi/tools/mkimage $ ls
args-uncompressed.txt  boot-uncompressed.txt  first32k.bin  imagetool-uncompressed.py  kernel.img
```
安裝 kernel module 到臨時目錄

為了方便將 kernel modules 放置到 SD 卡裡面，這邊我們將 kernel modules 安裝到 ../modules_build 去。
```
coldnew@Rosia ~/rpi/linux $ INSTALL_MOD_PATH="../modules_build" make modules_install
```
完成後，在 ../modules_build 資料夾裡面可以看到如下的目錄結構
```
coldnew@Rosia ~/rpi/modules_build $ tree -L 2
.
└── lib
    ├── firmware
    └── modules

3 directories, 0 files
```
後面會提到如何將這裡面的 firmware 和 modules 資料夾安裝到你的 SD 卡裡面。

取得最新的 firmware

Raspberry Pi 開機時，會預先讀取 SD 卡上面的 firmware，很可惜的是，這些 firmware 並未公開原始碼，所以若你有更新你的 kernel，建議是取得最新的 firmware binaries。

git clone https://github.com/raspberrypi/firmware.git

更換 SD 卡上的 Kernel 以及 Kernel Module

更換 firmware

要更換 SD 卡上面的遇編譯好的 firmware，要進行以下兩個步驟
- 將 firmware/boot 資料夾內的以下幾個檔案複製到你的 SD 卡 (boot 資料夾或是第一個分割區)
  - bootcode.bin
  - fixup.dat
  - start.elf
- 將 firmware/hardfp/opt 複製到 SD 卡上面的 /opt
更換 kernel

更換 kernel 只需要將你剛剛產生的 kernel.img 蓋掉 SD 卡上面的 kernel.img 即可。
更換 kernel modules

將前面你使用 make modules_install 安裝到 modules_build 裡面的 firmware 以及 modules 複製到你的 Raspberry Pi SD 卡的根目錄下面的 /lib 資料夾下，替換原本的 /lib/firmware 以及 /lib/modules 這兩個資料夾。

參考連結

[1] RPi Kernel Compilation - eLinux.org

[2] BrokenDragon's Notes: Raspberry Pi Kernel Compilation

[3] Raspberry Pi - Gentoo Wiki