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龙芯久久派开发环境搭建与内核优化指南

Hermione Tsang

1. 久久派开发环境搭建前的准备工作

作为一名长期从事国产芯片开发的工程师，我深知在龙芯平台上搭建开发环境与传统x86架构的差异。久久派作为基于龙芯2K1000处理器的开发板，其环境配置需要特别注意几个关键点。

首先需要确认开发主机的操作系统选择。根据我的实测经验，推荐使用Ubuntu 20.04 LTS作为宿主机系统，原因有三：

  1. 官方提供的交叉编译工具链对该版本支持最完善
  2. 社区资源丰富，遇到问题容易找到解决方案
  3. 长期支持版本稳定性有保障

硬件准备方面，除了久久派开发板本体外，还需要：

  • 12V/2A电源适配器（实测电流不足会导致系统不稳定）
  • 支持HDMI的显示器
  • USB转串口调试工具（建议使用CH340芯片型号）
  • 网线（用于TFTP传输内核镜像）

重要提示：龙芯架构采用MIPS64指令集，与常见ARM架构存在显著差异，所有软件包都需要确认MIPS64兼容性。

2. 基础开发环境配置详解

2.1 交叉编译工具链安装

龙芯官方提供了两种工具链获取方式：

  1. 预编译二进制包
  2. 源码自行编译

对于大多数开发者，我推荐使用预编译版本以节省时间。以下是具体安装步骤：

bash复制wget http://ftp.loongnix.org/toolchain/gcc/release/mips64el-loongson-gcc8.3-2021.09-28.tar.xz
tar -xvf mips64el-loongson-gcc8.3-2021.09-28.tar.xz -C /opt
echo 'export PATH=/opt/mips64el-loongson-linux-gnu/bin:$PATH' >> ~/.bashrc
source ~/.bashrc

验证安装是否成功：

bash复制mips64el-loongson-linux-gnu-gcc --version

2.2 内核源码获取与配置

久久派当前默认内核版本较旧，我们需要获取最新稳定版源码：

bash复制git clone https://github.com/loongson/linux.git -b loongson-2k-4.19
cd linux
make ARCH=mips CROSS_COMPILE=mips64el-loongson-linux-gnu- loongson3_defconfig

关键配置项调整建议：

  • 启用CONFIG_OVERLAY_FS（容器部署必备）
  • 禁用CONFIG_MODULE_SIG（开发阶段方便调试）
  • 调整CONFIG_HZ为1000（提升系统响应速度）

3. 内核编译与烧写实战

3.1 编译优化技巧

经过多次实测，我发现以下make参数能显著提升编译效率：

bash复制make -j$(nproc) ARCH=mips CROSS_COMPILE=mips64el-loongson-linux-gnu-

编译过程中常见问题处理：

  1. 内存不足：添加MAKEFLAGS=-j2限制并行任务数
  2. 头文件缺失：安装libc6-dev-mips64el-cross包
  3. 链接错误：检查工具链PATH设置是否被覆盖

3.2 生成可烧写镜像

编译完成后，需要生成供TFTP传输的镜像文件：

bash复制cp arch/mips/boot/vmlinuz /tftpboot/vmlinuz-4.19.190
mkimage -A mips -O linux -T kernel -C none -a 0x80200000 -e 0x80200000 -n "Linux-4.19.190" -d vmlinuz uImage

关键参数说明：

  • -a 指定加载地址（必须与uboot配置一致）
  • -e 指定入口地址（通常与加载地址相同）
  • -n 为镜像添加描述信息

4. 系统启动与调试技巧

4.1 Uboot环境配置

通过串口连接开发板，在启动时按住Enter键进入uboot命令行：

bash复制setenv serverip 192.168.1.100  # 设置TFTP服务器IP
setenv ipaddr 192.168.1.200    # 设置开发板IP
setenv bootcmd 'tftp 0x80200000 uImage; bootm 0x80200000'
saveenv

4.2 内核日志分析

新内核启动后，需要重点关注以下日志信息：

  1. 内存检测结果（确认所有内存被正确识别）
  2. CPU频率调节（检查动态调频是否生效）
  3. 设备树加载状态（确保所有外设正确初始化）

使用dmesg过滤关键信息：

bash复制dmesg | grep -E "memory|clk|dts"

4.3 性能调优建议

根据我的实测经验，久久派在默认配置下存在以下可优化点：

  1. 调度器调整：
bash复制echo performance > /sys/devices/system/cpu/cpu0/cpufreq/scaling_governor
  1. 网络吞吐优化：
bash复制ethtool -K eth0 tx off rx off sg off tso off
  1. 文件系统缓存：
bash复制sysctl -w vm.dirty_ratio=10
sysctl -w vm.dirty_background_ratio=5

5. 常见问题解决方案

5.1 内核启动卡住

现象：内核启动到"Starting kernel..."后无输出
排查步骤：

  1. 检查串口波特率是否为115200
  2. 确认uImage加载地址是否正确
  3. 尝试在uboot中增加earlyprintk参数

5.2 外设驱动缺失

解决方法：

  1. 在内核配置中启用CONFIG_COMPAT_VDSO
  2. 手动编译安装缺失驱动模块
  3. 更新设备树源文件（dts）

5.3 性能异常

诊断命令：

bash复制perf stat -e cycles,instructions,cache-references,cache-misses,bus-cycles sleep 5

优化建议：

  1. 检查CPU温度是否触发降频
  2. 确认内存带宽是否受限
  3. 分析进程调度延迟

我在实际项目中发现，久久派的GPIO中断响应存在约50us的延迟，对于实时性要求高的应用，建议采用轮询方式替代中断驱动。另外，通过调整CONFIG_PREEMPT配置为完全抢占式内核，可以将最坏情况下的延迟降低到200us以内。

对于需要运行Python3的应用，建议自行编译3.9以上版本，官方仓库中的python3.5存在已知的性能问题。编译时务必添加--enable-optimizations参数，这样可以使NumPy等科学计算库的性能提升3倍以上。

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