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ARM（Colibri imx6） Linux 启动与优化详解

热度：66   发布时间：2024-03-09 07:04:12.0

Linux 启动与优化

  • Uboot 优化
  • Kernel 优化
  • User space 优化
  • 开机启动应用程序

摘要：

  • 以下优化过程使用到的工具和参考资料下载

Uboot 优化

1. 显示整个系统的运行时间：

sudo grabserial -d /dev/ttyUSB0 -t

2. 通过在Uboot命令行中：

setenv bootdelay 0
saveenv

3. 注释掉 include/configs/colibri_imx6.h 部分功能：

移除一些功能有助于减少分配时间和初始化这些功能的时间。例如移除USB Client和DFU功能 uboot size 从 364k => 348k ， 启动时间缩短

4. 减少串口的数据输出

5. 配置和编译uboot：

make colibri_imx6_defconfig 
make

Kernel 优化

1. 显示内核启动的运行时间：

sudo grabserial -d /dev/ttyUSB0 -t -m "^Starting kernel*" -q "^\[ *[]0-9.]* Freeing unused kernel memory.*"

2. 指定日志的级别 printk（），减少信息的输出等待时间（内核参数 quiet（静默模式））：

setenv defargs 'enable_wait_mode=off galcore.contiguousSize=50331648 initcall_debug printk.time=1 quiet'   
saveenv

然而，这也将屏蔽我们测试启动时间的字符信息（“Freeing unused kernel memory”）。最简单的方法输出这些信息是利用日志级别输出特定的信息。在’mm/page_alloc.c’中搜索“Freeing %s memory”。我将使用‘pr_info => pr_alert’（ 将系统的级别 6 变成级别 1 ，控制台只输出比系统级别小的数 ）（ 为printk定义的宏，打印日志等级，没有指定的日志级别默认为 4 ）输出信息 。

3. make menuconfig 移除功能，减小内核尺寸：
裁剪前：
在这里插入图片描述裁剪后：
在这里插入图片描述

'dmesg’命令设备故障的诊断非常重要。 在‘dmesg’命令的帮助下进行硬件的连接或断开连接操作时，我们可以看到硬件的检测或者断开连接的信息。'dmesg’常常配合管道符 | 使用。 如： dmesg | more 、dmesg | less 、 dmesg | grep sda 、 dmesg | grep -i usb dmesg | grep -i dma ……


内核启动时各个功能所消耗的时间，可通过Linux源码中 scripts/bootgraph.pl脚本，将启动日志进行图形化分析。 
dmesg > boot.log											# 在开发板的Linux中
scp boot.log	zhousijie@192.168.2.1:/home/zhousijie		# 拷贝到上位机cat boot.log | perl  scripts/bootgraph.pl  >  kernel.svg	#上位机中
firefox/google-chrome  kernel.svg 							#显示图形化的启动时间占比

在这里插入图片描述
4. 配置和编译kernel：

make  colibri_imx6_defconfig 
make  -j3 zImage LOADADDR=10008000

User space 优化

># 屏蔽掉所有的内核printk打印，那么我只需要把第一个数值调到最小值1或者0。
echo 1	4	1	7 > /proc/sys/kernel/printk
echo 0  4	0	7 > /proc/sys/kernel/printk

systemd 和 system V 的主要区别:

  • systemd :在多核系统中，并行启动，但依赖关系复杂，优化困难
  • system v：串行启动，按顺序启动，便于优化。

??根据实际应用，一个嵌入式系统可能是相对静态的,因此，并不需要Systemd的动态功能。此外，Systemd并不是一个很模块化的系统，各个模块之间由相互依赖关系，这使得精简Systemd变得困难。
=> 嵌入式系统用system v优化。 （判断初始化系统 ： stat /proc/1/exe）


1. 使用Systemd（主流）系统初始化 init ：

systemd 的最大特点有两个： （systemctl命令格式）

  • 令人惊奇的激进的并发启动能力，极大地提高了系统启动速度；
  • 用 CGroup 统计跟踪子进程，干净可靠。
1. 我们使用“Freeing unused kernel memory”作为测量基准时间，测量第一个 init 进程到用户登录所用的时间sudo grabserial -d /dev/ttyUSB0 -t -m "^\[ *[]0-9.]* Freeing unused kernel memory.*"init总是Linux的1号进程，是一切进程的父进程。除了系统初始化，init还负责重启、关机、单用户恢复模式。inittab把条目分到不同运行级别。2. systemctl工具可以查看所有的启动项目systemctl statusSystemd提供了systemd-analyze工具，当使用“blame”时，能够打印出各个服务以及其启动的时间。这个可以发现最消耗启动时间的服务。但是，其中的值可能具有迷惑性，因为测量的时间是实际流逝的时间。服务有可能处于睡眠状态，这时的CPU其实在处理其他任务。所以在列表顶部的服务不一定是最耗时的，特别是在单核系统上。默认的BSP中并没有包含 systemd-analyze，可以通过下面的命令，在线安装。opkg updateopkg install systemd-analyze3. systemd-analyze plot也可以用图形的形式输出启动项的情况systemd-analyze plot > systemd.svgfirefox systemd.svg

在这里插入图片描述
启动服务可以使用disable命令来关闭。有些服务（特别是Systemd自身提供的）可能需要掩码才能关闭它们。另外有一些可能是系统运行所需的。因此，在关闭服务时需要特别小心，而且一次只能处理一个。

Toradex的BSP中，采用ConnMan作为网络管理工具，可以很灵活的管理无线网络连接。 但ConnMan的启动会消耗较多的时间。
对于不使用网络或仅用有线网络的情况，/etc/systemd/network/wired.network配置可以有效降低启动时间。
systemctl disable connman.service/etc/systemd/network/wired.network  
--------------------------------------
[Match]
Name=eth0[Network]
DHCP=ipv4
--------------------------------------在不需要记录系统日志的应用中，将日志存储功能禁用后，也可以在一定程度上缩减启动时间。
/etc/systemd/journald.conf
--------------------------------------
[Journal]
Storage=none
#Compress=yes
--------------------------------------内核参数中的quiet，同样也适用于Systemd。这个有助于Systemd的启动时间。

2. system V 系统初始化 init ,利用搭建好的 Openembedded 架构：

在很长一段时间内，Linux 也使用 SysV 作为标准的 init 系统。由于基于脚本的系统，这是模块化的，并且可以相对容易地精简系统。
特别是对相对静态的系统，并不需要 Systemd 的设备激活和 socket 激活。此时，SysV可以是很好的选择。
Toradex 的 Linux BSP 基于 OpenEmbedded 框架发布，用户可以很方便的配置  SysV。重新编译使用 SysV 的镜像
--------------------------------------
toradex@tdx-lab-linux:~/Toradex/oe-core/v2.5/oe-core/build$ bitbake  console-trdx-image
--------------------------------------在使用上面的镜像更新目标板后，在 Linux 执行
--------------------------------------
root@colibri-imx6:~# /usr/sbin/resize.sh
--------------------------------------如果使用的是 Colibri I.MX6D 512MB , 在 U-boot 中执行
--------------------------------------
Colibri iMX6 #  patch_ddr_size
--------------------------------------在使用  SysV 的系统上，同样也可以将一些不需要的启动项删除。
--------------------------------------
root@colibri-imx6:~#update-rc.d -f bootlogd remove
root@colibri-imx6:~#update-rc.d -f mountall.sh remove
root@colibri-imx6:~#update-rc.d -f networking remove
--------------------------------------按照上述的优化，User space 启动到Login 的时间为 ～1.1 秒。
--------------------------------------
[1.594064 0.371247] [    0.661430] Freeing unused kernel memory: 280K (805f6000 - 8063c000)
[0.057864 0.057864] INIT: version 2.88 booting
……[1.098062 0.000060] colibri-imx6 login:
--------------------------------------在 /etc/init.d 建立启动脚本加载应用
--------------------------------------
root@colibri-imx6:vi /etc/init.d/drawing.sh
### BEGIN INIT INFO
# Provides:       toradex
# Default-Start:  3 5
# Default-Stop:   0 1 2 6
# Description:    draw rectangles on fb0
### END INIT INFO
/home/root/rectangles &
root@colibri-imx6:chmod a+x drawing.sh
root@colibri-imx6:update-rc.d drawing.sh defaults
--------------------------------------到此，使用上述方法，应用程序能在 2.55 秒时间内启动。
--------------------------------------
ban@LinuxDev:~/software/grabserial-1.8.1$ sudo ./grabserial -d /dev/ttyUSB0 -t
[0.000002 0.000002]
[0.162820 0.162818]
[0.162917 0.000097] U-Boot 2015.04 (Apr 14 2016 - 10:09:25)
……
[0.690563 0.001000] Starting kernel ...
……
[2.633291 0.000076] colibri-imx6 login:

开机启动应用程序

  1. 通过systemd启动

  2. 更快显示图形界面步骤：

a.将serialtcp放入/sbin目录下

b. uboot中输入：setenv defargs $defargs init=/sbin/serialtcp
????????saveenv
[进入内核后，尽管很快显示图形界面，但部分接口没完成初始化，导致上述应用可能加载失败，而该方案对环境变量的设置非常有用]

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