📚 课程目录第2章嵌入式Linux开发环境搭建

2. 嵌入式Linux开发环境搭建：Ubuntu虚拟机、交叉编译链、TFTP/NFS与串口终端

说实话，做BSP开发，环境搭不好，后面全是坑。我见过太多新手，代码写得挺溜，结果卡在环境配置上好几天。这一章，咱们就把这些基础工作一次性搞定。

你想想看，咱们要在PC上开发，代码最终要跑到ARM架构的TI Jacinto芯片上。这中间需要一套完整的工具链和通信链路。我习惯把整个环境拆成四个部分：宿主系统（Ubuntu虚拟机）、编译工具（交叉编译器）、文件传输（TFTP/NFS）、调试终端（串口）。

核心逻辑： 在x86的Ubuntu上，用交叉编译器生成ARM可执行文件，通过TFTP/NFS把文件送到开发板，再用串口观察运行结果。缺一环，调试就卡壳。

2.1 Ubuntu虚拟机安装：别小看这一步

我个人习惯用 Ubuntu 22.04 LTS。为什么？因为TI官方的SDK和Processor SDK Linux在这个版本上验证得最充分。你用20.04也行，但有些新工具链的依赖包需要手动补，麻烦。

虚拟机软件我推荐 VMware Workstation Pro 或者 VirtualBox。如果你问我，我会选VMware，它的USB设备穿透和网络配置更稳定。我在项目中遇到过VirtualBox在挂载NFS时偶尔丢包的情况，排查了半天，最后换VMware就没事了。

配置要点：

内存： 至少8GB，建议16GB。编译内核时，4GB内存会直接卡死。
CPU： 分配4核以上。交叉编译是并行任务，核越多越快。
磁盘： 至少80GB。一个完整的内核源码树加上编译产物，轻松吃掉30-40GB。
网络： 选择桥接模式。这样开发板和虚拟机在同一个网段，TFTP/NFS才能正常工作。

注意： 不要用NAT模式！NAT模式下，开发板无法直接访问虚拟机，TFTP和NFS都会失败。我曾经有个学员折腾了两天，最后发现是网络模式选错了。

2.2 交叉编译工具链配置：GCC Linaro

交叉编译，说白了就是在x86电脑上编译出ARM芯片能跑的程序。你直接在Ubuntu里gcc编译出来的东西，开发板是跑不了的——指令集都不一样。

TI Jacinto平台用的是 ARM Cortex-A72/A53 核心，所以我们需要 aarch64-linux-gnu 的交叉编译器。我推荐用 Linaro GCC，它是ARM官方推荐的优化版本。

安装步骤：

下载Linaro GCC 7.5或更高版本（建议用 gcc-arm-9.2-2019.12-x86_64-aarch64-linux-gnu）。
解压到 /opt/toolchains/ 目录。
配置环境变量，把工具链的bin目录加入PATH。

具体命令：

# 解压
sudo mkdir -p /opt/toolchains
sudo tar xvf gcc-arm-9.2-2019.12-x86_64-aarch64-linux-gnu.tar.xz -C /opt/toolchains/

# 配置环境变量（写入 ~/.bashrc）
export PATH=/opt/toolchains/gcc-arm-9.2-2019.12-x86_64-aarch64-linux-gnu/bin:$PATH
export ARCH=arm64
export CROSS_COMPILE=aarch64-linux-gnu-

# 使生效
source ~/.bashrc

# 验证
aarch64-linux-gnu-gcc --version

验证成功的话，你会看到类似这样的输出：

aarch64-linux-gnu-gcc (GCC) 9.2.1 20191025
Copyright (C) 2019 Free Software Foundation, Inc.

小技巧： 我习惯把 ARCH 和 CROSS_COMPILE 也写进 ~/.bashrc。这样每次打开终端，编译内核或驱动时就不用再手动指定了。省事。

2.3 TFTP/NFS服务器搭建：文件传输的命脉

开发板启动后，怎么把编译好的内核、设备树、根文件系统传过去？两个办法：TFTP 和 NFS。

TFTP： 用于传输内核镜像（Image）和设备树（.dtb）。U-Boot启动时，通过TFTP从虚拟机拉取这些文件。
NFS： 用于挂载根文件系统。开发板通过网络，把虚拟机上共享的目录当作自己的硬盘来用。这样你修改了文件系统，开发板重启就能生效，不用反复烧写。

2.3.1 安装和配置TFTP服务器

# 安装
sudo apt update
sudo apt install tftpd-hpa

# 配置
sudo vim /etc/default/tftpd-hpa

配置文件内容：

TFTP_USERNAME="tftp"
TFTP_DIRECTORY="/srv/tftp"
TFTP_ADDRESS="0.0.0.0:69"
TFTP_OPTIONS="--secure --create"

然后创建目录并设置权限：

sudo mkdir -p /srv/tftp
sudo chmod 777 /srv/tftp
sudo systemctl restart tftpd-hpa
sudo systemctl enable tftpd-hpa

2.3.2 安装和配置NFS服务器

# 安装
sudo apt install nfs-kernel-server

# 创建共享目录（比如放根文件系统）
sudo mkdir -p /srv/nfs/rootfs

# 配置导出
sudo vim /etc/exports

在文件末尾添加：

/srv/nfs/rootfs *(rw,sync,no_subtree_check,no_root_squash)

然后重启服务：

sudo exportfs -a
sudo systemctl restart nfs-kernel-server

注意： no_root_squash 这个参数很重要。如果不加，开发板上的root用户会被映射成nobody，导致无法写入文件系统。我曾经因为这个，调试一个驱动时发现日志写不进去，查了半天才发现是NFS权限问题。

2.4 Minicom/串口终端配置：调试的窗口

开发板没有显示器，你怎么看它打印的信息？怎么输入命令？全靠串口。串口就是BSP工程师的“眼睛”和“手”。

我推荐用 Minicom，轻量、稳定。当然你也可以用 screen 或 putty，但Minicom的配置更直观。

安装和配置：

# 安装
sudo apt install minicom

# 配置（第一次运行）
sudo minicom -s

进入配置菜单后，选择 Serial port setup，设置以下参数：

参数	值	说明
Serial Device	`/dev/ttyUSB0`	根据实际设备节点调整，可能是ttyUSB1或ttyACM0
Bps/Par/Bits	`115200 8N1`	TI Jacinto默认的串口波特率
Hardware Flow Control	No	关闭硬件流控，否则可能无法输入
Software Flow Control	No	同上

配置完成后，选择 Save setup as dfl 保存为默认配置。以后直接运行 sudo minicom 就能连上开发板。

小技巧： 如果插上USB转串口线后，/dev/ttyUSB0 不存在，先检查驱动：lsmod | grep usb_serial。如果没有，安装 sudo apt install linux-image-extra-virtual。另外，记得把用户加入 dialout 组，这样就不用每次都sudo了：sudo usermod -aG dialout $USER。

2.5 环境验证：跑通第一个Hello World

环境搭好了，怎么知道对不对？写个简单的C程序，交叉编译，然后放到开发板上跑一下。

在虚拟机上：

# 编写测试程序
echo '#include <stdio.h>
int main() {
    printf("Hello from TI Jacinto!\n");
    return 0;
}' > hello.c

# 交叉编译
aarch64-linux-gnu-gcc -o hello hello.c

# 检查文件类型
file hello

输出应该是：

hello: ELF 64-bit LSB executable, ARM aarch64, version 1 (SYSV), dynamically linked, interpreter /lib/ld-linux-aarch64.so.1

看到 ARM aarch64 就对了。然后把 hello 文件复制到TFTP目录：

cp hello /srv/tftp/

在开发板的串口终端里，通过U-Boot加载并运行：

# 在U-Boot中
tftp 0x80000000 hello
go 0x80000000

如果串口打印出 Hello from TI Jacinto!，恭喜你，整个环境全部打通了。

总结一下： 虚拟机是工作台，交叉编译器是工具，TFTP/NFS是传送带，串口是观察窗。这四个东西配合好，后面的驱动开发才能顺畅。别嫌麻烦，这一步值得花时间彻底搞定。