CN118245073A - 一种面向多RISC-V平台的统一Linux操作系统镜像设计方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明提出一种面向多RISC‑V平台的统一Linux操作系统镜像设计方法及装置，制作镜像时，将不同RISC‑V平台的bootloader文件和Linux内核文件分别设置在对应路径下；将与各个RISC‑V平台硬件无关文件集合的最大交集，打包生成硬件无关镜像文件；交集之外文件以及与硬件平台紧耦合的软件包和配置文件打包生成相应的硬件相关deb安装包；然后统一打包生成面向多RISC‑V平台的统一Linux操作系统镜像文件；各RISC‑V平台进行系统安装时下载镜像文件并进行自适应烧录安装。本发明实现一个操作系统镜像可以自适应安装到多个不同的RISC‑V硬件平台之上，从而形成统一的RISC‑V操作系统镜像版本，降低操作系统管理和维护的成本。

Description

一种面向多RISC-V平台的统一Linux操作系统镜像设计方法 及装置

技术领域

本发明属于信息技术领域，特别是涉及到一种面向多RISC-V平台的统一Linux操作系统镜像设计方法及装置。

背景技术

RISC-V是一种开源、开放且免费的指令集架构，相较于X86、ARM等指令集，RISC-V更具灵活、可定制和易实现等特性，十余年间受到全球范围内的广泛关注。当前，国内的玄铁、中国科学院计算所和赛昉等众多企业机构，相继发布了RISC-V架构的处理器核和开发板，并积极开展后续的研发工作。

随着RISC-V硬件平台的快速发展，面向RISC-V的操作系统研发需求也愈发迫切。近几年，国内外各大开源操作系统社区相继发布了RISC-V操作系统版本，如Debian、Ubuntu和openKylin等，从而支持越来越丰富的RISC-V软件生态。然而，构建RISC-V操作系统是一项复杂的系统工程，尤其是由于目前RISC-V硬件平台标准不统一，导致了每一个硬件平台都需要单独制作一个操作系统镜像版本，无法实现一个镜像版本安装到不同的RISC-V硬件平台之上。这种碎片化问题不仅增加了操作系统版本的维护成本，同时也不利于RISC-V软件生态的发展。

一般情况下，RISC-V镜像中主要包含了opensbi、uboot、Linux内核和文件系统四个部分。其中，前三部分与硬件平台具有很强的相关性，一般由硬件厂商直接提供或发布开源代码；同时，文件系统中也同样包含了一些与硬件平台相关的基础库和配置文件，如mesa库和硬件配置等。由于各硬件厂商的硬件标准不统一，操作系统厂商或社区需要针对每一款硬件平台进行操作系统镜像定制，并发布与硬件平台相对应的镜像版本。这导致了当前RISC-V操作系统的碎片化问题，即同一个操作系统厂商或社区，需要针对每一款RISC-V硬件平台发布定制化的镜像版本，从而大大增加了操作系统版本管理和维护的难度。

发明内容

本发明提出一种面向多RISC-V平台的统一Linux操作系统镜像设计方法及装置，实现一个操作系统镜像可以自适应安装到多个不同的RISC-V硬件平台之上，从而形成统一的RISC-V操作系统镜像版本，降低操作系统管理和维护的成本。

为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：

一种面向多RISC-V平台的统一Linux操作系统镜像设计方法，包括：

S1、制作镜像时，将不同RISC-V平台的bootloader文件和Linux内核文件分别放置在镜像文件系统中各平台所对应的路径目录下；

S2、根据全量镜像文件的软件包列表，将各平台与RISC-V硬件无关的软件包集合的最大交集，打包生成硬件无关镜像文件；

将每个RISC-V平台的与平台紧耦合的软件包和配置文件，以及最大交集以外的无关软件包打包生成相应的硬件相关deb安装包，并放置于与RISC-V平台相对应的路径目录下；

S3、将所述bootloader文件、Linux内核文件、硬件无关镜像文件、硬件相关deb安装包，统一打包生成面向多RISC-V平台的统一Linux操作系统镜像文件；

S4、各RISC-V平台进行系统安装时下载所述面向多RISC-V平台的统一Linux操作系统镜像文件，并进行自适应烧录安装。

进一步的，步骤S1中，不同RISC-V平台的Linux内核文件放置在各自bootloader文件调用的各RISC-V平台对应的引导路径目录下。

进一步的，步骤S2的硬件无关镜像文件生成的具体过程包括：

S201、根据全量镜像的文件列表进行遍历，去除与RISC-V平台硬件相关的文件名称，得到RISC-V平台硬件无关的镜像软件包集合；

S202、对比所有RISC-V平台的硬件无关的镜像软件包集合，选择出其中的最大交集，生成最大交集镜像软件包文件列表；

S203、根据最大交集镜像软件包文件列表，从软件包仓库中拉取所有列表中的软件包，打包为一个img镜像文件，作为所述硬件无关镜像文件。

更进一步的，步骤S2的硬件无关镜像文件生成的具体过程还包括：当有新RISC-V平台出现后，根据新RISC-V平台的硬件无关的镜像软件包集合，与当前的最大交集镜像软件包文件列表进行对比，重新生成新的最大交集镜像软件包文件列表。

进一步的，步骤S4所述自适应烧录安装包括：

S401、选择当前RISC-V平台，提取当前RISC-V平台所需要的bootloader和Linux内核文件，按照平台默认分区要求，烧录到系统的安装介质中；

S402、使用所述硬件无关镜像文件进行操作系统安装，并将当前RISC-V平台的硬件相关deb安装包拷贝至相应位置；

S403、操作系统安装完成并第一次启动时，将当前RISC-V平台的硬件相关deb安装包进行安装。

本发明另一方面还提出了一种面向多RISC-V平台的统一Linux操作系统镜像设计装置，包括：

启动及内核文件设置模块：制作镜像时，将不同RISC-V平台的bootloader文件和Linux内核文件分别放置在镜像文件系统中各平台所对应的路径目录下；

文件系统设置模块：根据不同RISC-V平台的文件系统中与RISC-V平台硬件无关的文件集合的最大交集，打包生成硬件无关镜像文件；

将每个RISC-V平台的与平台紧耦合的软件包和配置文件，以及最大交集以外的无关软件包打包生成相应的硬件相关deb安装包，并放置于与RISC-V平台相对应的路径目录下；

打包模块：将所述bootloader文件、Linux内核文件、硬件无关镜像文件、硬件相关deb安装包，统一打包生成面向多RISC-V平台的统一Linux操作系统镜像文件；

自适应安装模块：各RISC-V平台进行系统安装时下载所述面向多RISC-V平台的统一Linux操作系统镜像文件，并进行自适应烧录安装。

进一步的，启动及内核文件设置模块中，不同RISC-V平台的Linux内核文件放置在各自bootloader文件调用的各RISC-V平台对应的引导路径目录下。

进一步的，文件系统设置模块包括硬件无关镜像文件生成子模块，硬件无关镜像文件生成子模块包括：

遍历单元：根据全量镜像的文件列表进行遍历，去除与RISC-V平台硬件相关的文件名称，得到RISC-V平台硬件无关的镜像软件包集合；

交集单元：对比所有RISC-V平台的硬件无关的镜像软件包集合，选择出其中的最大交集，生成最大交集镜像软件包文件列表；

打包单元：根据最大交集镜像软件包文件列表，从软件包仓库中拉取所有列表中的软件包，打包为一个img镜像文件，作为所述硬件无关镜像文件。

更进一步的，硬件无关镜像文件生成子模块还包括：

新平台单元：当有新RISC-V平台出现后，根据新RISC-V平台的硬件无关的镜像软件包集合，与当前的最大交集镜像软件包文件列表进行对比，重新生成新的最大交集镜像软件包文件列表。

进一步的，自适应安装模块包括：

选择单元：选择当前RISC-V平台，提取当前RISC-V平台所需要的bootloader和Linux内核文件，按照平台默认分区要求，烧录到系统的安装介质中；

硬件无关文件安装单元：使用所述硬件无关镜像文件进行操作系统安装，并将当前RISC-V平台的硬件相关deb安装包拷贝至相应位置；

硬件相关文件安装单元：操作系统安装完成并第一次启动时，将当前RISC-V平台的硬件相关deb安装包进行安装。

与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：

1.本发明提出可配置bootloader启动方法，提供统一的bootloader管理机制和可配置内核路径启动项，从而支持不同RISC-V平台从加电阶段的启动。

2.本发明镜像中包含多个适用于不同RISC-V硬件平台的Linux内核，这些内核文件通过统一规则进行放置，并借助于可配置bootloader启动项，系统能够正确加载与硬件平台相对应的Linux内核。

3.本发明的镜像文件系统分为硬件无关文件和硬件相关文件。硬件无关文件可以被所有RISC-V硬件平台公用，硬件相关文件打包成deb安装包，并根据统一规则进行放置，降低了文件系统管理及维护成本。

4.本发明的自适应烧录安装，能够根据平台型号的不同，面向不同RISC-V平台实现统一镜像在安装介质上的烧录和安装，减少了RISC-V平台安装操作系统的管理及维护成本。

附图说明

附图1是本发明实施例的统一Linux操作系统镜像制作流程示意图；

附图2是本发明实施例的系统自适应烧录安装流程示意图。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

下面结合具体实施例以及附图对本发明做进一步说明。

本发明目的在于提供一种面向多RISC-V硬件平台的统一Linux操作系统镜像设计方案，主要的设计思想在于通过实现针对不同RISC-V平台的可配置bootloader启动方法、多平台Linux内核系统和模块化文件系统，从而实现统一的Linux操作系统镜像制作方法。目前，已产品化的RISC-V硬件平台数量众多，接近20余种，如visionfive、Lichee Pi、Sifive和SG2042等。为了叙述方便，本实施例采用简化的rv1、rv2和rv3分别表示三种不同的RISC-V硬件平台。需要说明的是，本发明的方案不限于实施例所列举的rv1、rv2和rv3三种平台，而是可以扩展和适用更多RISC-V平台Linux镜像制作。

一、本实施例中面向多RISC-V平台的统一Linux操作系统镜像文件的生成步骤如图1所示，具体包括：

1、可配置bootloader启动方法：

RISC-V操作系统镜像的bootloader主要包含opensbi和uboot两部分。其中，opensbi主要负责初始化处理器、内存和外设，然后将控制权转交给uboot；uboot主要负责启动系统、加载内核镜像和文件系统，并提供了引导选择、调试和配置系统的功能。虽然不同硬件平台启动流程细节有所区别，但启动部分主要依赖的就是这两个部分。特别是，由于opensbi和uboot的初始化过程与硬件具有强相关性，因此每个RISC-V平台的opensbi和uboot都不一样，这也给系统镜像的统一制作带来了挑战。

因此，本发明针对不同硬件平台设计了可配置bootloader启动方法。该方法的主要特征为：在制作镜像时，根据不同硬件平台的bootloader启动需求，将每个平台的启动文件和配置文件分别放置在镜像的相应位置上，在烧录镜像时再由烧录程序选择所使用的bootloader文件。以rv1、rv2和rv3为例，bootloader相关文件分别放在/bootloader/rv1/、/bootloader/rv2/和/bootloader/rv3/目录中，从而实现彼此之间的相互独立和隔离。

2、多平台Linux内核系统：

Linux内核与硬件之间的关系非常紧密，它需要支持各种设备驱动程序，从而支持硬件架构和设备，以确保操作系统能够在各种硬件平台上正确和高效运行。由于RISC-V硬件平台接口和外设差异化较大，目前平台之间还无法使用同一个内核，也就是内核文件无法统一。因此，本发明根据Linux内核文件的存储和加载形式，将多个RISC-V平台的Linux内核文件进行整合并放置镜像文件中，针对每一款支持的硬件平台，将其内核文件放置其相应位置上。

内核的引导和启动由uboot完成，而uboot会调用内核所在路径，并启动内核程序。一般情况下，Linux内核存放在/boot/文件夹下。本发明为了统一管理内核文件，将不同平台的内核依照平台名称放到指定文件路径，即：/boot/[platform name]处。以rv1、rv2和rv3三个RISC-V平台为例，将他们的内核文件分别放置于/boot/rv1/、/boot/rv2/和/boot/rv3/处。在进行镜像安装时，烧录程序会自适应选择所需要的内核，并通过修改uboot配置，保证不同平台的uboot能够调用到平台所需的正确内核路径及文件。

3、模块化文件系统：

操作系统镜像的文件系统主要包括系统库文件、应用和桌面环境等，大部分是与硬件平台无关的。但是，仍然会有一些基础库和配置文件与硬件平台具有强相关性的。因此，本发明提出了模块化文件系统设计方法，以适用不同硬件平台对文件系统的需要。

3.1、制作一个硬件无关的最大文件系统集合，即该文件系统中的所有文件都与硬件平台无关，且同时是每个硬件平台所需要的文件集合的最大交集。该最大交集具体呈现为一个软件包的名称列表文件，该文件的生成方法如下：

（1）根据RISC-V平台全量镜像的文件列表进行遍历，去除与RISC-V平台硬件相关的文件名称，得到RISC-V平台硬件无关的镜像软件包集合；

例如与硬件平台相关的软件包有libqt5quick5、libqt5gui5、libqt5quick5-gles和libqt5gui5-gles等与GUP和NPU相关的库；去除之后得到各RISC-V平台的文件系统中与硬件无关的文件列表；

（2）对比所有RISC-V平台的硬件无关的镜像软件包集合，选择出其中的最大交集，生成最大交集镜像软件包文件列表；

一般情况下RISC-V平台去除硬件相关文件后剩下的与硬件无关文件是相同的，但也有不同的情况，所以要选择出最大交集文件列表。

最大交集文件列表是根据现有的RISC-V平台做出的，当有新RISC-V平台出现后，根据新RISC-V平台的硬件无关的镜像软件包集合，与当前的最大交集镜像软件包文件列表进行对比，重新生成新的最大交集镜像软件包文件列表。

3.2、根据最大交集文件列表从软件包仓库中拉取所有列表中的文件，打包为一个img镜像文件，作为硬件无关镜像文件：

打包过程为：

（1）构建空镜像文件，进行分区；

（2）debootstrap构建基础根文件系统，安装系统需要的apt等基础软件包；

（3）读取最大交集文件列表，从软件包仓库中拉取列表中的软件包；

（4）修改各硬件平台通用的用户、密码、语言等配置文件。

制作出硬件无关镜像文件后，将每个RISC-V平台剩余的文件，包括最大交集外的硬件无关镜像软件包、以及与硬件相关（紧耦合）的基础库和配置文件等内容，打包成该平台的一个或多个deb安装包，并拷贝至特定位置/etc/platformfs/[platform name]路径处。一般情况下，与硬件相关的软件包数量较少，包括系统配置文件、GPU和NPU的相关库、二进制等。因此，该打包过程是将这些文件放置同一目录下，编写deb安装脚本后，使用debuild命令将该目录下的所有文件生成硬件相关deb安装包。

以rv1、rv2和rv3三个RISC-V平台为例，他们的硬件相关deb安装包分别放置/etc/platformfs/rv1/、/etc/platformfs/rv2/和/etc/platformfs/rv3/处。当操作系统安装完成并第一次启动时，系统自动将该平台相关的deb包进行安装，从而完成该平台相关文件系统的完整安装。

4、统一镜像打包：

最后，将以上所有的bootloader、Linux内核和文件系统（硬件无关镜像文件、硬件相关deb安装包）打包，生成面向多RISC-V平台的统一Linux操作系统镜像文件。

二、系统自适应烧录安装：

目前，RISC-V平台的系统安装主要采用烧录的方式，即将镜像下载到本地，然后再把镜像烧录到平台的系统存储介质中，如SD卡、移动硬盘或eMMC等。本实施例中，由于面向多RISC-V平台的统一Linux操作系统镜像文件中包含了冗余的（即多个RISC-V平台的）bootloader、Linux内核和镜像文件，在烧录安装时需要进行自适应安装。因此，本发明设计了系统自适应烧录安装技术，方便统一镜像的烧录和使用。

系统自适应烧录安装流程如图2所示，首先，将面向多RISC-V平台的统一Linux操作系统镜像文件下载到本地电脑磁盘，通过数据线将本地电脑与镜像烧录介质相连接；然后，启动系统自适应烧录安装，选择当前RISC-V平台名称和用户所使用的镜像烧录介质类型；第三，根据RISC-V平台名称和烧录介质，在镜像中提取当前平台所需要的bootloader和Linux内核文件，按照平台默认分区要求，烧录到系统的安装介质中；第四，使用所述硬件无关镜像文件将平台无关的文件系统安装到相应分区中，并将该RISC-V平台的硬件相关deb安装包拷贝至相应位置；最后完成安装，并在系统第一次启动时安装平台所需要的相关的基础库和配置文件。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种面向多RISC-V平台的统一Linux操作系统镜像设计方法，其特征在于，包括：

S1、制作镜像时，将不同RISC-V平台的bootloader文件和Linux内核文件分别放置在镜像文件系统中各平台所对应的路径目录下；

S2、根据全量镜像文件的软件包列表，将各平台与RISC-V硬件无关的软件包集合的最大交集，打包生成硬件无关镜像文件；

将每个RISC-V平台的与平台紧耦合的软件包和配置文件，以及最大交集以外的无关软件包打包生成相应的硬件相关deb安装包，并放置于与RISC-V平台相对应的路径目录下；

S3、将所述bootloader文件、Linux内核文件、硬件无关镜像文件、硬件相关deb安装包，统一打包生成面向多RISC-V平台的统一Linux操作系统镜像文件；

S4、各RISC-V平台进行系统安装时下载所述面向多RISC-V平台的统一Linux操作系统镜像文件，并进行自适应烧录安装。

2.根据权利要求1所述的面向多RISC-V平台的统一Linux操作系统镜像设计方法，其特征在于，步骤S1中，不同RISC-V平台的Linux内核文件放置在各自bootloader文件调用的各RISC-V平台对应的引导路径目录下。

3.根据权利要求1所述的面向多RISC-V平台的统一Linux操作系统镜像设计方法，其特征在于，步骤S2的硬件无关镜像文件生成的具体过程包括：

S201、根据全量镜像的文件列表进行遍历，去除与RISC-V平台硬件相关的文件名称，得到RISC-V平台硬件无关的镜像软件包集合；

S202、对比所有RISC-V平台的硬件无关的镜像软件包集合，选择出其中的最大交集，生成最大交集镜像软件包文件列表；

S203、根据最大交集镜像软件包文件列表，从软件包仓库中拉取所有列表中的软件包，打包为一个img镜像文件，作为所述硬件无关镜像文件。

4.根据权利要求3所述的面向多RISC-V平台的统一Linux操作系统镜像设计方法，其特征在于，步骤S2的硬件无关镜像文件生成的具体过程还包括：当有新RISC-V平台出现后，根据新RISC-V平台的硬件无关的镜像软件包集合，与当前的最大交集镜像软件包文件列表进行对比，重新生成新的最大交集镜像软件包文件列表。

5.根据权利要求1所述的面向多RISC-V平台的统一Linux操作系统镜像设计方法，其特征在于，步骤S4所述自适应烧录安装包括：

S401、选择当前RISC-V平台，提取当前RISC-V平台所需要的bootloader和Linux内核文件，按照平台默认分区要求，烧录到系统的安装介质中；

S402、使用所述硬件无关镜像文件进行操作系统安装，并将当前RISC-V平台的硬件相关deb安装包拷贝至相应位置；

S403、操作系统安装完成并第一次启动时，将当前RISC-V平台的硬件相关deb安装包进行安装。

6.一种面向多RISC-V平台的统一Linux操作系统镜像设计装置，其特征在于，包括：

启动及内核文件设置模块：制作镜像时，将不同RISC-V平台的bootloader文件和Linux内核文件分别放置在镜像文件系统中各平台所对应的路径目录下；

文件系统设置模块：根据不同RISC-V平台的文件系统中与RISC-V平台硬件无关的文件集合的最大交集，打包生成硬件无关镜像文件；

将每个RISC-V平台的与平台紧耦合的软件包和配置文件，以及最大交集以外的无关软件包打包生成相应的硬件相关deb安装包，并放置于与RISC-V平台相对应的路径目录下；

打包模块：将所述bootloader文件、Linux内核文件、硬件无关镜像文件、硬件相关deb安装包，统一打包生成面向多RISC-V平台的统一Linux操作系统镜像文件；

自适应安装模块：各RISC-V平台进行系统安装时下载所述面向多RISC-V平台的统一Linux操作系统镜像文件，并进行自适应烧录安装。

7.根据权利要求6所述的面向多RISC-V平台的统一Linux操作系统镜像设计装置，其特征在于，启动及内核文件设置模块中，不同RISC-V平台的Linux内核文件放置在各自bootloader文件调用的各RISC-V平台对应的引导路径目录下。

8.根据权利要求6所述的面向多RISC-V平台的统一Linux操作系统镜像设计装置，其特征在于，文件系统设置模块包括硬件无关镜像文件生成子模块，硬件无关镜像文件生成子模块包括：

遍历单元：根据全量镜像的文件列表进行遍历，去除与RISC-V平台硬件相关的文件名称，得到RISC-V平台硬件无关的镜像软件包集合；

交集单元：对比所有RISC-V平台的硬件无关的镜像软件包集合，选择出其中的最大交集，生成最大交集镜像软件包文件列表；

打包单元：根据最大交集镜像软件包文件列表，从软件包仓库中拉取所有列表中的软件包，打包为一个img镜像文件，作为所述硬件无关镜像文件。

9.根据权利要求8所述的面向多RISC-V平台的统一Linux操作系统镜像设计装置，其特征在于，硬件无关镜像文件生成子模块还包括：

新平台单元：当有新RISC-V平台出现后，根据新RISC-V平台的硬件无关的镜像软件包集合，与当前的最大交集镜像软件包文件列表进行对比，重新生成新的最大交集镜像软件包文件列表。

10.根据权利要求6所述的面向多RISC-V平台的统一Linux操作系统镜像设计装置，其特征在于，自适应安装模块包括：

选择单元：选择当前RISC-V平台，提取当前RISC-V平台所需要的bootloader和Linux内核文件，按照平台默认分区要求，烧录到系统的安装介质中；

硬件无关文件安装单元：使用所述硬件无关镜像文件进行操作系统安装，并将当前RISC-V平台的硬件相关deb安装包拷贝至相应位置；

硬件相关文件安装单元：操作系统安装完成并第一次启动时，将当前RISC-V平台的硬件相关deb安装包进行安装。