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安装RTAI5.2 基于Ubuntu18.04和4.14.111 内核

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本文记录在我笔记本上安装最新版本RTAI（5.2）的过程和中间遇到的问题及解决方法，虽然不能覆盖所有问题，但希望能给后来者一些帮助。

安装的主要步骤：

1、安装操作系统和工具；

2、给内核打补丁并配置；

3、安装打补丁的内核与RTAI。

步骤一：安装操作系统和工具

1.1 安装操作系统

我选择的是Ubuntu18.04，因为这是带Linux 4.**.***内核的最新Ubuntu 版本（Ubuntu19.04 是以Linux5.**内核开始了）。而RTAI5.2 支持的最新内核版本即为4.14.111；

1.2 安装工具

这些工具是内核编译时需要的，下面命令可以保存为脚本执行

sudo apt install libncurses5-dev

sudo apt install libssl-dev

sudo apt install bison

sudo apt install flex

sudo apt install libssl-dev

sudo apt install libelf-dev

sudo apt install make gcc

sudo apt install patch

sudo apt install unzip

sudo apt install autoconf

注意：如果你使用的是不同的Linux 发布版（Redhat或openSUSE），有些包的名称是不同的，比如对于Redhat，libssl的安装包是libssl-devel。

注意：如果你采用的是Ubuntu16.04，那么可能因为包依赖的原因，你无法用apt install 命令安装libssl1.1，而这个包是在编译4.14.111 内核时必须的，所以建议你要么换更高版本OS，要么在Ubuntu 网站（ https://packages.debian.org/stretch/amd64/libssl1.1/download ）手动安装该包（sudo dpkg -i libssl1.1_1.1.0k-1~deb9u1_amd64.deb）。

1.3 安装已编译的Linux 内核4.14.111 （可选的）

该步骤是可选的，它会给系统安装上Linux4.14.111 的内核，从而获得一个默认的内核配置文件供后面使用，如果你是第一次安装RTAI，建议你执行该步骤。

在内核网站 https://kernel.ubuntu.com/~kernel-ppa/mainline/v4.14.111/ 下载内核安装包：

cd ~/Downloads/

wget https://kernel.ubuntu.com/~kernel-ppa/mainline/v4.14.111/linux-headers-4.14.111-0414111_4.14.111-0414111.201904052241_all.deb

wget https://kernel.ubuntu.com/~kernel-ppa/mainline/v4.14.111/linux-headers-4.14.111-0414111-lowlatency_4.14.111-0414111.201904052241_amd64.deb

wget https://kernel.ubuntu.com/~kernel-ppa/mainline/v4.14.111/linux-image-unsigned-4.14.111-0414111-lowlatency_4.14.111-0414111.201904052241_amd64.deb`

wget https://kernel.ubuntu.com/~kernel-ppa/mainline/v4.14.111/linux-modules-4.14.111-0414111-lowlatency_4.14.111-0414111.201904052241_amd64.deb

然后使用dpkg -i 命令安装

sudo dpkg -i *.deb   #执行该命令是可能会遇到错，再重新执行该命令可以解决；

sudo update-grub

sudo reboot

重启后可以在Grub （长按shift进入Grub）中看到安装后的内核有“Generic” 和“lowlatency” 两种。如果进入Grub 有困难，在Grub 配置文件（/etc/default/grub）中修改配置`GRUB_TIMEOUT_STYLE=hidden` 为`GRUB_TIMEOUT_STYLE=false`并更新Grub 菜单`sudo update-grub`。

步骤二：内核打补丁和编译

2.1 下载内核 （https://cdn.kernel.org/pub/linux/kernel/v4.x/）

内核的名称为 linux-4.1.111.tar.gz，为之后编译和安装方便，将源码解压到`/usr/src` 中，并创建一个软链接到该源码目录。

cd /usr/src

sudo tar xvf linux-4.1.111.tar.gz

sudo ln -sf linux-4.1.111 linux

然后，从`/boot` 中拷贝配置文件：

cd /usr/src/linux

sudo cp /boot/config-4.14.111-0414111-lowlatency .config

如果你已经有了一个配置文件（比如你安装过老版本RTAI，在其Linux 内核中拷贝其配置文件即可）uIf you already have a configuration file (e.g. in your old RTAI patched Linux system), just copy it to the source path(`/usr/src/linux`).

2.2 给内核打补丁（Ubuntu 的补丁和RTAI 的补丁）

Ubuntu 是Linux 的一个发行版本，并对Linux 内核代码做了少量修改，所以在编译内核前应该打上Ubuntu 的补丁（https://kernel.ubuntu.com/~kernel-ppa/mainline/v4.14.111/）。

cd ~/Downloads/

wget https://kernel.ubuntu.com/~kernel-ppa/mainline/v4.14.111/0001-base-packaging.patch

wget https://kernel.ubuntu.com/~kernel-ppa/mainline/v4.14.111/0002-UBUNTU-SAUCE-add-vmlinux.strip-to-BOOT_TARGETS1-on-p.patch

wget https://kernel.ubuntu.com/~kernel-ppa/mainline/v4.14.111/0003-UBUNTU-SAUCE-tools-hv-lsvmbus-add-manual-page.patch

wget https://kernel.ubuntu.com/~kernel-ppa/mainline/v4.14.111/0004-adhoc-from-__future__-import-syncconfig.patch

wget https://kernel.ubuntu.com/~kernel-ppa/mainline/v4.14.111/0005-UBUNTU-SAUCE-no-up-disable-pie-when-gcc-has-it-enabl.patch

wget https://kernel.ubuntu.com/~kernel-ppa/mainline/v4.14.111/0006-debian-changelog.patch

wget https://kernel.ubuntu.com/~kernel-ppa/mainline/v4.14.111/0007-configs-based-on-Ubuntu-4.14.0-11.13.patch

cd /usr/src/linux

sudo patch -p1 < ~/Downloads/0001-base-packaging.patch

sudo patch -p1 < ~/Downloads/0002-UBUNTU-SAUCE-add-vmlinux.strip-to-BOOT_TARGETS1-on-p.patch

sudo patch -p1 < ~/Downloads/0003-UBUNTU-SAUCE-tools-hv-lsvmbus-add-manual-page.patch

sudo patch -p1 < ~/Downloads/0004-adhoc-from-__future__-import-syncconfig.patch

sudo patch -p1 < ~/Downloads/0005-UBUNTU-SAUCE-no-up-disable-pie-when-gcc-has-it-enabl.patch

sudo patch -p1 < ~/Downloads/0006-debian-changelog.patch

sudo patch -p1 < ~/Downloads/0007-configs-based-on-Ubuntu-4.14.0-11.13.patch

下载RTAI5.2 并给内核打上相应的补丁 ：

wget https://www.rtai.org/userfiles/downloads/RTAI/rtai-5.2.tar.bz2

sudo cp rtai-5.2.tar.bz2 /usr/src/

sudo tar xvf rtai-5.2.tar.bz2

sudo ln -sf rtai-5.2 rtai

cd /usr/src/linux

sudo patch -p1 < /usr/src/rtai/base/arch/x86/patches/hal-linux-4.14.111-x86-3.patch

同样方便起见，我们也为rtai 的源码创建了一个软链接。

注意：安装RTAI补丁和PREEMPT-RT补丁的过程是类似的，如果你想安装PREEMPT-RT补丁，它的地址在这里。下载xz或gz格式后的补丁，可以用xz工具解压发现，是一个个编了序号的补丁，通过下面命令逐个应用补丁

patch -p1 -i /path/to/004-patch.x.y.z

也可以通过下面命令应用所有补丁

xzcat /path/to/patch.xz | patch -p1

bzcat /path/to/patch.xz | patch -p1

2.3 配置内核

配置内核主要参考下面的资料：

如果你的配置文件是从其他老的内核里拷贝过来的，首先应执行：

cd /usr/src/linux

sudo make oldconfig

否则直接执行：

sudo make menuconfig

下面是配置项中应修改的部分：

[改为 -rtai] General setup -> Local Version

[改为 None] General setup -> Stack Protector buffer overflow detection

[Enable] Processor type and features -> Interrupt pipeline

[Disable] Power management and ACPI options -> CPU Frequency Scaling

[Disable] Power management and ACPI options -> ACPI Support -> Processor

[Disable] Power management and ACPI options -> CPU Idle -> CPU idle PM support

[Disable] Kernel hacking -> Compile-time checks and compiler options -> Compile the kernel with debug info

[Disable] Kernel hacking -> Tracers

[Disable] Device Drivers -> Microsoft Hyper-V guest support

[Disable] Device Drivers -> Staging drivers -> Data acquisition support (comedi)

在 README.CONF_RMRKS 文件中要求disable `AUDITSYSCALL`，但是我们在选项中没有找到这一项。一个可替代的方法是编辑 `/usr/src/linux/init/Kconfig`文件，找到`AUDITSYSCALL` 如下部分：

config AUDITSYSCALL

    def_bool y

    depends on AUDIT && HAVE_ARCH_AUDITSYSCALL

替换为：

config AUDITSYSCALL

    bool “Enable system-call auditing support”

    depends on AUDIT && HAVE_ARCH_AUDITSYSCALL

    default y if SECURITY_SELINUX

    help

      Enable low-overhead system-call auditing infrastructure that

      can be used independently or with another kernel subsystem,

      such as SELinux.

然后，你就可以在‘General Setup’选项下看到`ADUITSYSCALL`，取消即可。

如果你的主机是多CPU 或多核的，那么 `Processor type and features` 下的SMP 选项要使能（enabled），并且最大CPU 个数（`Maximum numbers of CPUs`）不应小于物理核心个数（即不考虑Hyperthreading）。因此，建议你在BIOS 中取消Hyperthreading。

步骤三：编译安装内核和RTAI

3.1 编译和安装Linux 内核

cd /usr/src/linux

sudo touch REPORTING-BUGS

sudo make -j3

sudo make modules

sudo make modules_install

sudo make install

sudo update-initramfs –c -k 4.14.111-rtai [注意修改这里的版本名称]

sudo update-grub [注意修改/etc/default/grub 启动项为自己的内核]

sudo reboot

从Linux 内核网站下载的4.14.111 版本的源码目录下没有`REPORTING-BUGS`这个文件，可能会导致你在编译的时候遇到`recipe for target ‘kernel_headers’ failed` 的错误，所以我们首先创建了这个文件。

如果一切顺利的的话，你重启后将在Grub 上看到你自己编译的内核选项：ubuntu18.04_4.14.111-rtai 。

3.2 安装RTAI5.2

RTAI 需要autotools 生成链接编译工具：

cd /usr/src/rtai

sudo autoconf

sudo ./configure

接着配置RTAI ：

sudo cp ../linux/.config .rtai_config

sudo make menuconfig

将CPU 个数（`number of CPUs`）设置为实际的物理核心个数即可。

sudo make

sudo make install

如果在编译时遇到下面的错误：

make:execup: .//config.guess: Permission denied

make:execup: .//config.sub: Permission denied

手动修改权限后再编译：

chmod 764 ./config.guess

chmod 764 ./config.sub

RTAI 默认的安装路径是`/usr/realtime`，其中`modules`目录下是编译后的模块库， `testSuite` 目录下是RTAI 的测试程序，通过手动加载模块和运行测试程序可以验证RTAI是否安装成功。

cd /usr/realtime/modules

sudo insmod rtai_hal.ko

sudo insmod rtai_sched.ko

sudo insmod rtai_fifos.ko

sudo insmod rtai_sem.ko

sudo insmod rtai_shm.ko

sudo insmod rtai_rtdm.ko

一般来说，负责进程调度的 rtai_sched.ko 模块如果加载后无死机，则安装成功。

可能遇到的问题

最后罗列一些可能遇到的问题：

1 编译内核时， `implicit declaration of function ‘ipipe_root_**_syscalls’ did you mean ‘ipipe_handle_syscall’ ……` 错误

原因：在内核配置里，ipipeline 没有使能（Enable）;

2 加载`sudo insmod rtai_hal.ko` 和`sudo insmod rtai_` 后，系统冻死，键盘和鼠标均无响应

可能原因：General setup -> Stack Protector buffer overflow detection 选项默认是`Strong`，应设置为`None`或 `Regular`，更多配置项参考 README.CONF_RMRKS 。

3 不能进入编译Linux内核后的系统，提示`Gave up waiting for root file system device. Common problems:  …… ALERT! UUID=8e478c20-25e4-49c0-…… does not exist. Drop to the shell`.

可能原因：系统无法识别存储设备，注意配置内核时关于存储的驱动（SATA/PATA）要使能，因为我是在U盘中安装的系统，因此U盘相关的驱动也得使能。

4  当准备加载 rtai_hal.ko 模块时，提示`ERROR: Could not insert module rtai_hal.ko: Operation not permitted`错误，系统日志Syslog(`/var/log/syslog`) 提示`RTAI[hal] RTAI configured with less than num online CPUs`。

可能原因：RTAI 配置的CPU 个数比实际CPU 核心数要多，切记不要算上超线程（Hyperthreading）。

以上错误远不能包含所有你在安装RTAI 时遇到的问题，但你还可以借助下面的工具来帮助你的调试。

一些有用的命令和工具

  • Dmesg

dmesg

  • Syslog  

sudo cat /var/logsys

  • Systemctl

   Systemctl -failed   # 查看哪些内核没有被正常加载

  • RTAI 官网和邮件列表

www.rtai.org

  • Dpkg

dpkg –list | grep linux-image

  • mkinitramfs