過去的電話 + 現在的力量：Redmi 2 搭載 Kernel 6.8 和 Debian 13

紅米 2#

一台 2015 年初發布的手機，售價 699 元，2024 年居然還沒有被遺忘？

紅米 2 外觀

硬實力上，紅米 2 在當時就不突出。它是聞泰科技 ODM 的產品，從設計到製造都由聞泰完成，配備高通驍龍 410 SoC (MSM8916)，1GB 運行內存，8GB 存儲，4.7 寸 720P 屏幕 (312 ppi)。MSM8916 採用 28 nm 工藝，CPU 為 4 核 1.2 GHz ARM Cortex-A53，上市之初定位便是中低端，與 2023 年的驍龍旗艦相比性能就只有可憐的 1/10 不到了。作為手機，紅米 2 在 2024 年早已沒有實用價值，大量紅米 2 在閒魚上的售價僅在 50-100 元之間。

驍龍 410 (msm8916)

軟實力它卻很強。紅米 2 有非常豐富的第三方 Android 刷機包，出廠搭載 Android 4.4 的它能刷到 Android 10 的 Lineage OS 17.1 (Kernel Version 3.10)。當它的性能已經不足以支撐在 Android 中多做什麼時，它還可以運行接近最新主線的 Linux Kernel 和 Debian, Ubuntu 等正兒八經的 Linux 發行版。可能是得益於高通官方基於 MSM8916 推出了支持 Ubuntu Linux 的 DragonBoard 410c 開發板，也得益於後續開源社區和組織的努力，MSM8916 的主線內核功能已經比較完善，UART、USB、Storage (eMMC/SD card)、WiFi/Bluetooth、GPU、Display (需要 panel 驅動)、Audio、Buttons、Vibration、Modem (SMS, voice calls with audio, mobile data) 等都得到了支持。

DragonBoard 410c

有了完善的 Linux 支持之後，紅米 2 作為一個嵌入式 Linux 開發平台瞬間煥發新生。如果應用於只需要極少的 IO，不需要豐富的總線接口，需要利用 USB、無線通信，甚至還恰好比較需要屏幕交互的場景，相比購買樹莓派、香橙派等 Linux 開發板，手機運行 Linux 方案變得性價比極高。因此可以看到紅米 2 仍具有很強的生命力，B 站上拿紅米 2 做 Klipper 3D 打印上位機的案例非常豐富。同為 MSM8916 SoC 的一些低價隨身 WiFi 也紛紛被裝上 Linux 做小伺服器。

製作過程#

調試#

沒有 console log 將是調試的噩夢，能通過串口看 bootloader 和 kernel 的輸出非常要緊，否則在屏幕沒有成功點亮前就成了黑箱，沒有排查空間。而紅米 2 有完整的點位圖和原理圖可看，甚至預留了串口 TP，調試便完全不成問題了。

原理圖中的串口 TP

點位圖中的串口 TP

實物上的 TP

lk2nd#

lk2nd 是為高通 SoC 開發的基於 Little Kernel 的二級引導程序，可以方便地引導 Linux 啟動。而它本身偽裝成了 Android 的 boot.img 文件，使得不必改動設備原本 bootloader 就能啟動。lk2nd 提供了 fastboot 兼容，可以在電腦用 fastboot 命令實現方便的分區燒寫。並且和 u-boot 類似，起到 “兜底” 的作用，不用擔心燒進壞的鏡像就徹底變磚。

項目地址：msm8916-mainline/lk2nd: Custom bootloader for Qualcomm MSM8916/MSM8226/MSM8974/... devices (github.com)

我們直接利用 Release 的 0.15.0 版本 lk2nd-msm8916.img 在原廠 fastboot 中通過以下命令刷入 lk2nd，開機時亮屏後按音量下鍵可以進入 lk2nd 的 fastboot。

fastboot flash:raw boot lk2nd-msm8916.img

開發者將 lk2nd 運行在各種設備上

運行 lk2nd 後，燒寫便可以使用下面的命令：

fastboot flash boot boot.img
fastboot flash userdata rootfs.img

內核#

從 msm8916-mainline/linux 獲取內核，直接編譯即可

export CROSS_COMPILE=aarch64-linux-gnu-
export ARCH=arm64
make msm8916_defconfig
make menuconfig
make -j8
make deb-pkg

編譯完成後會生成 3 部分的文件：

arch/arm64/boot/Image.gz 壓縮後的內核映像
arch/arm64/boot/dts/qcom/msm8916-wingtech-wt88047.dtb 設備樹 dtb，後續需要附在內核映像後
../linux-headers-6.7.4-msm8916-dirty_6.7.4-6_arm64.deb 和 ../linux-image-6.7.4-msm8916-dirty_6.7.4-6_arm64.deb 內核頭文件和內核的 deb 包，後續需要在根文件系統中安裝

將設備樹 dtb，附在內核映像後

cat Image.gz msm8916-wingtech-wt88047.dtb > kernel-dtb

Debian rootfs#

首先嘗試利用 debootstrap 創建一個 debian 的根文件系統。由於製作所用主機為 amd64 架構，而目標設備為 arm64 架構，需要利用 debootstrap 的 —foreign 選項，並準備 qemu-aarch64-static 用於模擬 arm64 指令集。

apt-get install debootstrap qemu-user-static binfmt-support
debootstrap --arch arm64 --foreign bookworm rootfs http://mirrors.tuna.tsinghua.edu.cn/debian
cp -a /usr/bin/qemu-aarch64-static rootfs/usr/bin/qemu-aarch64-static

然後 chroot 進入剛剛製作的根文件系統，完成 debootstrap 的第二階段、安裝 kernel-image 和 kernel-header，並自由定制自己的根文件系統

mount --bind /dev rootfs/dev
mount --bind /dev/pts rootfs/dev/pts
mount --bind /proc rootfs/proc
chroot rootfs bash

/debootstrap/debootstrap --second-stage
dpkg-reconfigure locales
dpkg -i *.deb #事先拷進來的linux-headers和linux-image
apt update
apt install usbutils network-manager sudo fdisk vim nano openssh-server iputils-ping wget curl iproute2 dialog locales kmod zip unzip u-boot-tools initramfs-tools net-tools htop screenfetch phosh
adduser debian
exit

在安裝新 Linux 內核包時，包管理器會調用 update-initramfs 來生成與新內核匹配的 initrd.img 文件，initrd 包含一個臨時的根文件系統，運行在內存中負責初始化系統並切換到最終的根文件系統。我們需要拷貝位於 /boot 目錄下的 initrd.img-xxx 文件製作進 boot.img 中。

打包 rootfs.img

umount rootfs/dev/pts
umount rootfs/dev 
umount rootfs/proc
dd if=/dev/zero of=rootfs.ext4 bs=1M count=4096
mkfs.ext4 rootfs.ext4
mkdir /mnt/rootfs_dd
mount rootfs.ext4 /mnt/rootfs_dd
cp -a rootfs/. /mnt/rootfs_dd/
sync
umount /mnt/rootfs_dd/
img2simg rootfs.ext4 rootfs.img # convert to sparse image

打包 boot.img。在 kernel cmdline 中，通過 UUID 指定 rootfs 分區較為保險，UUID 可以通過file mkfs.ext4命令查看

mkbootimg --base 0x80000000 \
        --kernel_offset 0x00080000 \
        --ramdisk_offset 0x02000000 \
        --tags_offset 0x01e00000 \
        --pagesize 2048 \
        --second_offset 0x00f00000 \
        --ramdisk initrd.img \
        --cmdline "earlycon console=tty0 console=ttyMSM0,115200 root=UUID=b0167571-46ab-432c-9923-46772affcb75 rw loglevel=7"\
        --kernel kernel-dtb -o boot.img

運行 debian

Mobian rootfs#

自製的 debian rootfs 可以啟動，但圖形界面中缺少的東西實在太多，因此轉向修改其他機型的 mobian rootfs。mobian 官網下載目前前最新的鏡像，得到 mobian-qcom-phosh-20240211.rootfs.img，主要安裝上 linux-headers 和 linux-image 即可。

simg2img mobian-qcom-phosh-20240211.rootfs.img  mobian-rootfs.img
mount mobian-rootfs.img /mnt/rootfs_dd/
sudo mount --bind /proc /mnt/rootfs_dd/proc
sudo mount --bind /dev /mnt/rootfs_dd/dev
sudo mount --bind /dev/pts /mnt/rootfs_dd/dev/pts
sudo mount --bind /sys /mnt/rootfs_dd/sys
cp linux-headers-6.7.4-msm8916-dirty_6.7.4-6_arm64.deb /mnt/rootfs_dd/tmp/
cp linux-image-6.7.4-msm8916-dirty_6.7.4-6_arm64.deb /mnt/rootfs_dd/tmp/
sudo chroot /mnt/rootfs_dd/
dpkg-reconfigure locales
apt remove qcom-support
dpkg -l | grep -E "linux-headers|linux-image" |awk '{print $2}'|xargs dpkg -P
cd /tmp
dpkg -i *.deb
exit

同樣的流程打包 rootfs.img 和 boot.img，燒錄即可。

啟動後會發現無線不工作，還有屏幕不顯示 GUI 但有終端顯示的問題。究其原因是缺少了私有的 firmware，這個部分也容易解決，從其他同機型 rootfs 鏡像中直接拷貝即可。GPU Firmware 文件為 a300_pm4.fw 和 a300_pfp.fw，無線部分有一系列 .mbn 文件和 .bxx 文件。啟動後，網絡和 GUI 也得以工作。

運行 mobian

真正的主線#

msm8916-mainline/linux 這份內核雖然很接近主線，卻還不是真正的主線內核 torvalds/linux，有很多沒有合併到主線的修改，版本也略有落後。那么 torvalds/linux 能否跑起來呢，有問題的話能否自行解決修復呢。

通過 git 鏡像獲取，並安裝一些必要的包

git clone https://mirrors.tuna.tsinghua.edu.cn/git/linux-stable.git
git checkout v6.8.0
apt update
apt install -y gcc make gcc-aarch64-linux-gnu binutils-aarch64-linux-gnu libncurses5-dev build-essential pkg-config libc6-dev bison flex libelf-dev  lz4 qemu-user-static bc libssl-dev debhelper

主線的內核有 wt88047 的設備樹，首先嘗試根據msm8916-mainline/linux項目的 msm8916_defconfig 配置內核，編譯出一份內核，嘗試啟動，發現串口能夠進入終端，但是屏幕沒有正常顯示。通過對比 msm8916-mainline/linux 與同版本的 torvalds/linux 之間差距，除了大量的設備樹 dts 文件添加與修改，還主要包含了：

顯示面板驅動 drm/panel 添加與修改
drm 和 dsi 部分關於啟用禁用邏輯的調整
touchscreen, pmic 等周邊設備的驅動添加
高通 SoC 外設驅動和配置調整，包括 qdsp6, memshare, cpuidle 等

著重添加好面板驅動和顯示部分的邏輯，編譯內核，用此內核啟動後便可以正常看到 phosh 界面了。

6.8.0-rc6 內核运行

總結#

在前人的努力下，在紅米 2 上跑起一個比較新的 Linux 系統變得異常輕鬆，離主線非常近，一切驅動、設備樹、config 都已經就緒，只要編譯就行，甚至連報錯都不帶報的。

手機 SoC 的快速迭代實在讓人感嘆，手機芯片性能已經遠甩開嵌入式 Linux 開發中常用的芯片。一個 RK3399 就傳了多少年，才有了 RK3588，另外即使是最新的樹莓派性能也差強人意，對比一下飛速進步的手機芯片，仿佛不在一個世界。開源的力量也令人傾佩，手機廠商對於手機系統的更新精力有限，老機型沒有新機型更新積極幾乎必然。更別提支持周期結束之後，不負優化、計劃報廢就不錯了。這在商業上無可厚非。但這也使得手機即使性能硬實力沒有太落後，也很難不提早迎來生命的終結。而開源和社區的力量似乎提供了一條讓手機發揮更大價值的道路，就如紅米 2、一加 6T 等至今依然活躍的老機型，不僅作為手機的生命周期得到延長，甚至還開拓了更加廣闊的應用場景，這何嘗不是一種更高級的 “環保” 呢。好兆頭是，以往芯片公司們常常將資料藏著掖著，而似乎一些公司已在開源方面有了一些動作，驍龍 845、865 等處理器都有了較好的主線內核支持，FOSDEM 2024 中也提到 Linaro 對於高通新旗艦芯片主線支持得越來越快，開放的美好未來似乎就在眼前。