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龙芯小试 —— 龙芯3A3000主机简单配置与Debian系统安装

前几天在咸鱼上买到了一块龙芯的电脑主板，CPU型号是龙芯(Loongson) 3A3000，芯片组似乎是780E。回来装系统的时候遇到了不少麻烦，这里记录一下，如果能帮到后来者，那自然是最好不过。

前言

前几天在咸鱼上买到了一块龙芯的电脑主板，CPU型号是龙芯(Loongson) 3A3000，芯片组似乎是780E。回来装系统的时候遇到了不少麻烦，这里记录一下，如果能帮到后来者，那自然是最好不过。

系统选择

实际上，我仍然推荐有条件的用户，使用龙芯官方适配的操作系统Loongnix，因为这是龙芯优化过的系统。

只不过，因为mips64el架构上的Loongnix是基于Fedora发行版的，且版本古老。我个人习惯的环境是Debian，只有LoongArch上的Loongnix才是基于Debian制作的。况且，Loongnix默认带一个GUI，连服务器版都带，我不是很喜欢先装后卸，因此我还是希望安装一个相对干净的Debian系统上去。

龙芯3A3000基于mips架构，具体到Debian上，属于mips64el架构（MIPS 64-bit little-endian mode, MIPS 64位 小端序），请记住这个代号，因为我们后面会反复用到。

关于Debian的系统代号选择，在本文编写时，最新的Debain系统是Debian 11 Bullseye，使用的系统内核是Linux 5.10. 但我们目前会使用上一个版本，也就是Debain 10 Buster，具体原因下面会说明。

下面我们讨论的方法，基于狗剩百科:Debian 系发行版安装指南，并做一些自己经验的额外补充。

条件限制和实现方式

安装方式的选择

在平时x86计算机上，安装Debian的方法，首选当然是直接从Debian CD源中下载安装镜像，将镜像刻录到U盘上，引导镜像中的安装程序完成安装。这样当然是最简单的。

然而，根据我的简单测试，似乎Debian CD源中的ISO镜像，并不能顺利地在我手头上这块主板中引导。

📝 失败的Debian安装程序引导测试

这一段是我尝试在龙芯上引导Debian安装镜像时的失败操作，或许是该镜像不具备在龙芯电脑上引导的能力，也有可能是我本身操作方法不正确。因此我将这一过程记录在此，如有谬误，还请批评指正。如果您希望参考本文进行Debian系统的安装，请略过这一段。

  1. 下载Debian CD中的安装镜像debian-11.2.0-mips64el-netinst.iso
  2. 使用dd命令，将其刻录到U盘上: dd if=debian-11.2.0-mips64el-netinst.iso of=/dev/sdb bs=8M，（其中/dev/sdb是我的U盘设备）
  3. 将U盘插入龙芯电脑，启动，提示找不到LiveCD中的一个文件。

根据上述表现，个人猜测电脑已经成功读取并加载了U盘上的引导程序，但不知为何无法加载U盘上的后续文件，无法进入安装程序。

此外，目前我个人还暂时无法确定这块龙芯主板究竟是BIOS/CSM引导模式还是EFI引导模式。BIOS设定中无对应选项可调整。

在龙芯提供的Loongnix镜像中，存在一个EFI文件夹，且引导该Loongnix镜像时，在GRUB Shell中执行echo $grub_platform，回显结果为efi。且在Loongnix LiveCD系统中，grub-install命令提示安装的平台为MIPS下的EFI平台。

但进入该LiveCD系统后，使用Loongnix的安装程序尝试安装系统时，如果磁盘为GPT分区表，会提示当前计算机运行在BIOS/CSM模式下，需要创建额外分区才能继续安装。采用MS-DOS分区表则无此问题，安装时不需要创建ESP分区也可完成安装并正常引导本地磁盘系统。这也是我电脑目前的状态。

因此，我已经无法区分这台龙芯电脑运行在何种模式下，需要进一步考察。如果您有什么看法或观点，欢迎通过邮件同我交流，我的电子邮件地址在站内可找到。

有些难办的是，mips64el的Debian源，没有GRUB2软件包提供！ 这就意味着，我们需要借助其他方法，安装GRUB引导器 —— 如果没有GRUB引导器，我们是无法引导我们的系统的！

因此，我们需要另辟蹊径，分两步安装Debian系统：

  1. 安装龙芯的Loongnix系统到本地硬盘上。我选用的镜像是loongnix-20180930.iso。这一步骤主要目的是借助官方的安装程序，完成分区并将GRUB与Linux内核安装到本地硬盘。
  2. 重新进入LiveCD系统，删除本地硬盘中原有的根目录结构 （但需要保留/boot目录下的所有内容！因此建议在 第一步安装Loongnix系统时，将/boot作为一个独立的分区，空间大约1GB）
  3. 使用debootstrap工具，创建Debian根文件系统，并在此基础上，进行修改。更多相关的信息可以阅读通过 Unix/Linux 系统来安装 Debian GNU/Linux。

总体而言，我们相当于借用了Loongnix系统提供的内核引导Debian系统。大部分情况下，这种方法没有问题，但也有一些情况下，系统中的部分程序要求Linux内核版本号高于一个指定版本。此时需要自行斟酌是否升级，升级到何版本。本文后面会讨论这一问题。

Debian大版本号的选择

不同Debian大版本号下，对应的Linux内核版本号也不同。原则上讲，我们使用的内核版本号应该接近Debian官方指定的内核版本号。在Debian软件源中，龙芯3代CPU使用的内核包名为linux-image-loongson-3。

Debian版本号 Debian代号 软件源中使用的内核版本号
9 stretch 4.9
10 buster 4.19
11 bullseye 5.10

此外，北京龙芯也有提供一些预编译的Debian格式内核包：https://mirrors.tuna.tsinghua.edu.cn/bjlx/pool/main/l/，我目前使用的是其提供的linux-4.19.0-loongson-3下的包。暂时不清楚北京龙芯提供的内核包相对于Debian提供的包是否有特别的优化，或其他区别。

选用Linux 4.19内核的前提下，Debian 10就成为了适配的最佳选择。

过段时间我会尝试下是否能直接用Debian 11 + Linux 5.10，届时会更新后续。

📝 备注

后续1: 2022年4月11日下午

根据我的简单测试，Debian维护者打包的Linux 5.10内核，虽然可以正常工作，但似乎和我手上这块780E主板有点不相兼容。

具体表现为，开机后风扇非常嘈杂，怀疑是有一部分功能没能成功移交给操作系统。过段时间再试试看吧。

安装流程

准备

🚨 注意

备份文件警告！

请务必在执行后续操作前，备份目标计算机上的所有重要文件！本人不会对您任何操作/误操作造成的损失负责！

  1. 一个空白U盘，用于刻录LiveCD镜像
  2. Loongnix LiveCD镜像，我选用的版本为loongnix-20180930.iso（实际上这个版本有些不好用，因为其基于Fedora 21构建，软件包版本非常老，如果有新版本的Loongnix LiveCD在你的电脑上可用，完全可以替换）。
  3. 有效的网络连接（这要求第二步中的镜像可以正常驱动网卡）

同时，下面的操作几乎都是在root权限中完成的。

刻录LiveCD镜像并引导

我想这一步会是大伙比较熟悉的了。

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dd if=loongnix-20180930.iso of=/dev/sdX bs=8M

of=/dev/sdX部分，请替换成你的U盘实际设备块，如/dev/sdb。不清楚的可以使用fdisk -l查看。

写入完成后，将U盘插到龙芯电脑上，开机并从U盘引导。

安装debootstrap

进入LiveCD环境后，首先配置好网络。接着安装debootstrap。可以使用命令dnf install debootstrap从Fedora源中下载安装。如果源中的工具太老不方便，也可以直接从Debian软件源中下载debootstrap的.deb包，使用tar与ar将其解压即可使用该程序（在Loongnix/Fedora上也可以！）

挂载目标分区

接下来，随便在根目录下创建一个新路径，例如/deb，用于挂载我们的本地磁盘分区。

接着，将本地磁盘上，已经安装有Loongnix的根目录分区，挂载到挂载点上。但此时先不需要挂载/boot分区。如果真的需要挂载boot，请在删除时选择忽略/boot下的所有文件！

挂载之后，删除该分区下的所有文件

下面的例子，我们假设本地磁盘上，/dev/sda1是/boot分区，/dev/sda2是/分区，/dev/sda3是swap分区。

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mkdir /deb
mount /dev/sda2 /deb
rm -rf /deb/*

执行安装程序

接下来，我们要用debootstrap创建一个Debian根文件系统。

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debootstrap --arch mips64el buster \
     /deb http://ftp.cn.debian.org/debian

最后的地址可以替换成你所在位置速度最快的Debian镜像地址。

如果debootstrap提示找不到一个名称中包含buster的配置文件，可能是当前使用的debootstrap工具版本太老（常见于使用Fedora源安装）。一种解决方法是下载新版的debootstrap工具，另一种是直接使用Debian的相对代号，如在本文编写时，Debian 10 Buster是上一个稳定版，则可以使用oldstable替代buster。同理，如果使用旧版的debootstrap安装Debian 11 Bullseye报错，也可以使用stable替代bullseye。

坐下来，等一等，喝杯咖啡，根文件系统就创建好了。

基础系统配置

为了让系统能跑起来，单有个根文件系统是完全不够的。

复制内核模块

虽然这么做不知道是否合适，可以考虑试试。

将Loongnix的内核模块，复制到目标Debian系统中。

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cp -r /lib/modules /deb/lib/

fstab文件

/etc/fstab文件指定了系统启动时挂载文件目录的规则，需要仔细配置。

编写该文件，可以自己亲历亲为，仔细编写即可。但懒人有懒人的方法，不喜欢自己写这种配置文件，怕出错的话，也完全可以用ArchLinux团队提供的genfstab脚本，自动生成配置文件。方法也非常简单，可以去人家Github主页GitHub - archlinux/arch-install-scripts: Useful scripts for installing Arch Linux 直接下载源码包，make一下就好。或者，现在包括Debian在内的发行版仓库也包含了这个脚本的可执行文件，下载解压运行一气呵成。

使用genfstab，需要在LiveCD操作系统中运行，且需要在运行前将/boot分区挂载到Debian系统的/boot上，物归原主。如果有swap分区的话，也需要确认已经启用。

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mount /dev/sda1 /deb/boot

确认无误后，就可以使用下面的命令生成fstab文件了。

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genfstab -U /deb > /deb/etc/fstab

-U参数是指定使用UUID作为分区识别的标准。/deb是Debian根文件系统的挂载点，最后的重定向是将输出写入到目标系统的/etc/fstab中。

建议生成后自行检查一下文件是否符合预期。

chroot环境

还需要chroot进入Debian系统，对其进行一些配置。

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LANG=C.UTF-8 chroot /deb /bin/bash
设置root口令 
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passwd root
安装常用软件包

或许下列软件包会提供一些提示，具体是否需要可以看您的需求。

  • locales: 使用英语以外的语言必须的软件包
  • vim/emacs/nano: 文本编辑器
  • openssh-server: SSH服务器，使用SSH登录系统的必须
  • build-essential: Debian下用于构建软件包的套件，包含了gcc/g++/make等工具
  • network-manager: Network Manager工具，可以自动配置网络

安装这些软件包只要用apt工具即可。如：

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apt install locales vim build-essential
网络配置

网络配置是一件烦人的事情，人生或许应该用在更有意义的事情上。因此我个人喜欢用Netowork Manager自动接管网络配置。

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apt install network-manager

还有什么比开机就能看到有线网络已连接，无线网络只需要一行命令就可连接，更令人开心的事情吗？

当然，如果你喜欢其他方法，如直接编辑/etc/network/interfaces，那也可以参考对应的教程。

此外，我们还需要配置hostname，也就是本机的主机名。

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echo myloong > /etc/hostname

完成

我想上述配置已经可以让Debain系统跑起来了。退出chroot环境，重启电脑，记得拔掉U盘，没有意外的话，就可以进入Debian系统了。

如果电脑引导卡在Loongnix字样的引导动画，不妨尝试按下 Ctrl + Alt + F2 （F2~F8都可以试试），看能否见到熟悉的登录界面。

更换内核

如果你阅读到这里，看起来你已经进入了Debian系统，那么先恭喜你，你的Debian系统已经可以使用了！

但问题随之而来，如果你使用的Loongnix镜像和我相同，那你一定会发现，Loongnix使用的内核版本较老，可能是3.10附近的版本。而即便使用Fedora 28，其内核版本号也约为4.4~4.9左右的版本，和Debian官方的内核版本号是不匹配的。对于强迫症来说，这样的情况不太爽， 我们得想想办法替换内核！

备份

然而，这样的操作注定是危险的，经常失败的，我想在进行下述操作前，需要先将系统备份一次。毕竟从debootstrap安装系统的流程终究繁琐，值得创建一个小小的备份帮助我们快速恢复。

具体备份的方法就不展开了。数据备份的责任在各位操作者本身！

安装新内核

安装新版本内核的方法有许多，Debian官方软件源中的会是一个选择。不过既然我没用过，那我也不具体展开介绍了。反正安装方法极为简单，apt install linux-image-loongson-3 linux-headers-loongson-3 linux-libc-dev就可以了。

我们接下来介绍怎么安装北京龙芯提供的4.19.0内核包。

下载地址位于https://mirrors.tuna.tsinghua.edu.cn/bjlx/pool/main/l/linux-4.19.0-loongson-3/，需要下载该地址下的三个文件：

可以考虑将三个文件下载到同一个文件夹中。随后进入该文件夹，执行

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dpkg -i *.deb

即可安装三个软件包。

更新initramfs

首先安装initramfs-tools软件包

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apt install initramfs-tools

执行下述命令，更新initramfs

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update-initramfs -k 4.19.0-loongson-3 -u -v

这会在/boot下生成一个initrd.img-4.19.0-loongson-3文件。我们接下来配置GRUB引导项会使用到这一文件。

修改GRUB配置文件

最后一步，修改GRUB配置文件。

📝 失败的GRUB配置生成

这一部分我也不确定最佳做法是什么，因此还请熟悉GRUB的同学批评指正！

众所周知，在x86平台下，每次更新内核后，只需要使用grub-mkconfig命令，即可自动生成正确的GRUB配置文件。

尽管Debian MIPS64EL软件源不提供GRUB2软件包，但提供了grub-common软件包，其包含了grub-mkconfig命令。因此我尝试使用该程序为新内核创建引导菜单。就生成的结果看，其生成确实正常。

但在重启引导时，GRUB提示insmod命令无法找到。

这是很奇怪的事情，因为无论是原Loongnix生成的grub.cfg还是Debian生成的grub.cfg，都使用了insmod命令。

目前我尚未弄清楚造成该问题的原因，正在比较两配置文件的差异，还请大家批评指正。

这里，我们使用的方法是，直接修改原有的/boot/grub.cfg文件，将原先引导的3.x内核文件，改为新安装的4.19内核文件。

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menuentry 'Loongnix GNU/Linux' --class loongnix --class gnu-linux --class gnu --class os --unrestricted $menuentry_id_option 'gnulinu$        set root='hd0,msdos1'
        if [ x$feature_platform_search_hint = xy ]; then
          search --no-floppy --fs-uuid --set=root --hint-ieee1275='ieee1275//disk@0,msdos1' --hint-bios=hd0,msdos1 --hint-efi=hd0,msd$
        else
          search --no-floppy --fs-uuid --set=root b6a3a91c-82b0-4ac6-ba62-19a9d4cf63c7
        fi
-        echo    'Loading Linux 3.10.84-20.fc21.loongson.3.mips64el ...'
-        linux   /vmlinuz-3.10.84-20.fc21.loongson.3.mips64el root=/dev/sda2 ro rhgb quiet loglevel=0 LANG=zh_CN.UTF-8
-        initrd /initramfs-3.10.84-20.fc21.loongson.3.mips64el.img
+        echo    'Loading Linux 4.19.0-loongson-3 ...'
+        linux   /vmlinuz-4.19.0-loongson-3 root=/dev/sda2 ro rhgb quiet loglevel=0 LANG=en_US.UTF-8
+        initrd /initrd.img-4.19.0-loongson-3
        boot
}

编辑后，保存该文件，重启，至少在我的电脑上，这种方法成功替换了系统内核。

目前我还没探索到更优雅地生成GRUB配置文件的方法，如果您有好的想法或见解，欢迎给我发邮件，敬请批评指正。

可能的改进方法

这部分主要是我暂时的改进想法，如果您是参考本文安装Debian系统，或许可以跳过这一段落了。

很明显，两种GRUB配置文件中，有部分insmod命令没有正常执行。

一种解决方法是，每次安装内核，都通过自己手动修改/boot/grub.cfg文件，达到引导新内核的目的，缺点是不优雅，容易出错。

另一种解决方法是，我们都知道，GRUB配置文件的生成是基于/etc/grub.d/下的模板文件的，那么可以考虑将Loongnix系统中的模板文件复制到Debian中，即可生成格式接近的配置文件，或许也可以解决问题。

但目前头疼的问题还有，Debian不提供MIPS64EL架构的GRUB2包，导致必须依赖Loongnix/Fedora安装GRUB主引导记录。我在尝试自行编译GRUB，具体测试情况可能得等下一篇博文更新了。

尾声

目前经过几天的使用， 龙芯3A3000整体还是超过了我的预期的。基本上，3A3000接近于英特尔J1900水准。据说使用LoongArch架构的3A5000性能上了几个台阶，或许今后有机会可以试试看。

我会更期待，我们有更多的实干家出现。