移植Linux：如何制作rootfs？詳細教程

一、分析

1. 文件系統(tǒng)簡介

理論上說一個嵌入式設備如果內(nèi)核能夠運行起來，且不需要運行用戶進程的話，是不需要文件系統(tǒng)的，文件系統(tǒng)簡單的說就是一種目錄結(jié)構(gòu)，由于 linux操作系統(tǒng)的設備在系統(tǒng)中是以文件的形式存在，將這些文件進行分類管理以及提供和內(nèi)核交互的接口，就形成一定的目錄結(jié)構(gòu)也就是文件系統(tǒng)，文件系統(tǒng)是為用戶反映系統(tǒng)的一種形式，為用戶提供一個檢測控制系統(tǒng)的接口。

根文件系統(tǒng)，我認為根文件系統(tǒng)就是一種特殊的文件系統(tǒng),那么根文件系統(tǒng)和普通的文件系統(tǒng)有什么區(qū)別呢？

由于根文件系統(tǒng)是內(nèi)核啟動時掛在的第一個文件系統(tǒng)，那么根文件系統(tǒng)就要包括Linux啟動時所必須的目錄和關鍵性的文件；

例如Linux啟動時都需要有init目錄下的相關文件，在 Linux掛載分區(qū)時Linux一定會找/etc/fstab這個掛載文件等，根文件系統(tǒng)中還包括了許多的應用程序bin目錄等，任何包括這些Linux 系統(tǒng)啟動所必須的文件都可以成為根文件系統(tǒng)。

Linux支持多種文件系統(tǒng)，包括ext2、ext3、vfat、ntfs、iso9660、jffs、yaffs、romfs和nfs等，為了對各類文件系統(tǒng)進行統(tǒng)一管理，Linux引入了虛擬文件系統(tǒng)VFS(Virtual File System)，為各類文件系統(tǒng)提供一個統(tǒng)一的操作界面和應用編程接口。

Linux啟動時，第一個必須掛載的是根文件系統(tǒng)；若系統(tǒng)不能從指定設備上掛載根文件系統(tǒng)，則系統(tǒng)會出錯而退出啟動。之后可以自動或手動掛載其他的文件系統(tǒng)。因此，一個系統(tǒng)中可以同時存在不同的文件系統(tǒng)。

不同的文件系統(tǒng)類型有不同的特點，因而根據(jù)存儲設備的硬件特性、系統(tǒng)需求等有不同的應用場合。在嵌入式Linux應用中，主要的存儲設備為 RAM(DRAM, SDRAM)和ROM(常采用FLASH存儲器)，常用的基于存儲設備的文件系統(tǒng)類型包括：jffs2, yaffs, cramfs, romfs,ramdisk, ramfs/tmpfs等。

2. ? ?基于FLASH的文件系統(tǒng)

2.1 Cramfs：Compressed ROM File System

?它的速度快，效率高，其只讀的特點有利于保護文件系統(tǒng)免受破壞，提高了系統(tǒng)的可靠性。由于以上特性，Cramfs在嵌入式系統(tǒng)中應用廣泛。

但是它的只讀屬性同時又是它的一大缺陷，使得用戶無法對其內(nèi)容對進行擴充。Cramfs映像通常是放在Flash中。

2.2 jffs2

?Jffs2: 日志閃存文件系統(tǒng)版本2 (Journalling Flash FileSystem v2)

?主要用于NOR型閃存，基于MTD驅(qū)動層，特點是：可讀寫的、支持數(shù)據(jù)壓縮的、基于哈希表的日志型文件系統(tǒng)，并提供了崩潰/掉電安全保護，提供“寫平衡”支持等。

?缺點主要是當文件系統(tǒng)已滿或接近滿時，因為垃圾收集的關系而使jffs2的運行速度大大放慢。jffs不適合用于NAND閃存主要是因為NAND閃存的容量一般較大，這樣導致jffs為維護日志節(jié)點所占用的內(nèi)存空間迅速增大，另外，jffs 文件系統(tǒng)在掛載時需要掃描整個FLASH的內(nèi)容，以找出所有的日志節(jié)點，建立文件結(jié)構(gòu)，對于大容量的NAND閃存會耗費大量時間。

2.3.yaffs：Yet Another Flash File System

?yaffs/yaffs2是專為嵌入式系統(tǒng)使用NAND型閃存而設計的一種日志型文件系統(tǒng)。與jffs2相比，它減少了一些功能(例如不支持數(shù)據(jù)壓縮)，所以速度更快，掛載時間很短，對內(nèi)存的占用較小。另外，它還是跨平臺的文件系統(tǒng)，除了Linux和eCos，還支持WinCE, pSOS和ThreadX等。yaffs/yaffs2自帶NAND芯片的驅(qū)動，并且為嵌入式系統(tǒng)提供了直接訪問文件系統(tǒng)的API，用戶可以不使用Linux中的MTD與 VFS，直接對文件系統(tǒng)操作。當然，yaffs也可與MTD驅(qū)動程序配合使用。

?yaffs與yaffs2的主要區(qū)別在于，前者僅支持小頁(512 Bytes) NAND閃存，后者則可支持大頁(2KB) NAND閃存。同時，yaffs2在內(nèi)存空間占用、垃圾回收速度、讀/寫速度等方面均有大幅提升。

2.4. 網(wǎng)絡文件系統(tǒng)NFS (Network File System)

NFS是由Sun開發(fā)并發(fā)展起來的一項在不同機器、不同操作系統(tǒng)之間通過網(wǎng)絡共享文件的技術。

在嵌入式Linux系統(tǒng)的開發(fā)調(diào)試階段，可以利用該技術在主機上建立基于NFS的根文件系統(tǒng)，掛載到嵌入式設備，可以很方便地修改根文件系統(tǒng)的內(nèi)容。

所采用的工具：mkfs.cramfs,mkfs.jffs2,mkfs.yaffs

http://sourceforge.net/projects/cramfs/
http://sourceforge.net/projects/jffs2os/
http://sourceforge.net/projects/yaffs/

二、根文件系統(tǒng)的組成

1. 根文件系統(tǒng)目錄內(nèi)容簡介

bin ?:基本的可執(zhí)行文件opt ?:添加的軟件包boot :啟動時需要的一些文件proc :內(nèi)核及進程信息的虛擬文件系統(tǒng)dev : 設備文件root:root用戶目錄etc: 系統(tǒng)配置文件sbin:系統(tǒng)管理的程序home : 用戶目錄tmp : 臨時文件lib : 庫文件usr : 應用程序mnt : 掛載文件系統(tǒng)的掛載點var : 存放系統(tǒng)日志或一些服務程序的臨時文件

2. 嵌入式環(huán)境需要移植的目錄

根文件系統(tǒng)中的每一個頂級目錄都有特定的用途和目的 ,但并不是所有的目錄在嵌入式環(huán)境下都需要，我們只創(chuàng)建需要的一些目錄:

?/bin?/sbin??/etc?/proc??/tmp??/var?/dev??/mnt

Linux根文件系統(tǒng)至少應包括以下幾項內(nèi)容。

基本的文件系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，包含一些必需的目錄比如：/dev，/proc，/bin，/etc，/lib，/usr，/tmp等?；境绦蜻\行所需的庫函數(shù)，如glibc?；镜南到y(tǒng)配置文件，比如rc.sysinit，inittab等腳本文件。必要的設備文件支持：/dev/hd*，/dev/tty*，/dev/fd0?；镜膽贸绦?，如sh，ls，cp，mv等。

3. 移植需要做的工作

把全局配置文件放入/etc目錄下。將設備文件信息放入/dev目錄下，設備名可以作為符號鏈接定位在/dev中或/dev子目錄中的其他設備存在。操作系統(tǒng)核心定位在/或/boot，若操作系統(tǒng)核心不是作為文件系統(tǒng)的一個文件存在，不應用它。庫存放的目錄是/lib。存放系統(tǒng)編譯后的可執(zhí)行文件、命令的目錄是/bin，/sbin，/usr。

三、 默認預置條件

1） 交叉編譯工具

需要預先安裝好交叉編譯器 ，一口君安裝版本是：arm-none-linux-gnueabi-gcc 默認在ubuntu中安裝目錄是：

/home/peng/toolchain/gcc-4.6.4/

2） tftp服務器

開發(fā)板下載內(nèi)核鏡像和設備樹需要借助tftp服務器，配置信息如下：

peng@ubuntu:~$?cat?/etc/default/tftpd-hpa?
#?/etc/default/tftpd-hpa

TFTP_USERNAME="tftp"
TFTP_DIRECTORY="/tftpboot"
TFTP_ADDRESS="0.0.0.0:69"
TFTP_OPTIONS="--secure"

服務器根目錄是**/tftpboot**

3） nfs服務器

內(nèi)核啟動后掛載文件系統(tǒng)需要通過nfs服務器，nfs服務器設置如下：

peng@ubuntu:~$?cat?/etc/exports?
#?/etc/exports:?the?access?control?list?for?filesystems?which?may?be?exported
#??to?NFS?clients.??See?exports(5).
#
#?Example?for?NFSv2?and?NFSv3:
#?/srv/homes???????hostname1(rw,sync,no_subtree_check)?hostname2(ro,sync,no_subtree_check)
#
#?Example?for?NFSv4:
#?/srv/nfs4????????gss/krb5i(rw,sync,fsid=0,crossmnt,no_subtree_check)
#?/srv/nfs4/homes??gss/krb5i(rw,sync,no_subtree_check)
#
/source/rootfs?*(rw,sync,no_subtree_check)

四、文件系統(tǒng)制作步驟

1、 源碼下載

我們選擇的版本是busybox-1.22.1.tar.bz2下載路徑為：

http://busybox.net/downloads/

2、 解壓源碼

$?tar??xvf??busybox-1.22.1.tar.bz2

3、 進入源碼目錄

$?cd??busybox-1.22.1

4、 配置源碼

選擇制作靜態(tài)庫，并設置交互編譯工具鏈的前綴arm-none-linux-gnueabi-如果是其他工具鏈，按照例子填寫即可。

$?make?menuconfig
Busybox?Settings?--->?
??Build?Options?--->
???[*]?Build?BusyBox?as?a?static?binary?(no?shared?libs)
???[?]?Force?NOMMU?build
???[?]?Build?with?Large?File?Support?(for?accessing?files?>?2?GB)
???(arm-none-linux-gnueabi-)?Cross?Compiler?prefix
???()?Additional?CFLAGS

5、 編譯

$?make

6、 安裝

busybox默認安裝路徑為源碼目錄下的_install

$?make??install?

7、 進入安裝目錄下

默認創(chuàng)建以下4個文件或者文件夾

$?cd??_install
$?ls
bin??linuxrc??sbin??usr

8、 創(chuàng)建其他需要的目錄

$?mkdir??dev??etc??mnt??proc??var??tmp??sys??root?

9、 添加庫

我們安裝的交叉工具鏈中有我們所需要的可以在開發(fā)板上使用的庫， 將其拷貝到_install目錄下即可：

$?cp??/home/linux/toolchain/gcc-4.6.4/arm-arm1176jzfssf-linux-gnueabi/lib/??.??-a

修改文件權限并刪除靜態(tài)庫和共享庫文件中的符號表

$chmod??+w??lib
$chmod??+w??lib/*
$?rm??lib/*.a
$?arm-none-linux-gnueabi-strip??lib/*

刪除不需要的庫，確保所有庫大小不超過8M

$?du??-mh???lib/

10、 添加系統(tǒng)啟動文件

在etc下添加文件inittab，文件內(nèi)容如下：

#this?is?run?first?except?when?booting?in?single-user?mode.
::sysinit:/etc/init.d/rcS
#?/bin/sh?invocations?on?selected?ttys
#?start?an?"askfirst"?shell?on?the?console?(whatever?that?may?be)
::askfirst:-/bin/sh
#?stuff?to?do?when?restarting?the?init?process
::restart:/sbin/init
#?stuff?to?do?before?rebooting
::ctrlaltdel:/sbin/reboot

在etc下添加文件fstab，文件內(nèi)容如下：

#device?????mount-point???type??????options?????????dump?????fsck?order
proc?????? /proc?????????proc??????defaults???????0???????0
tmpfs??    /tmp?????????tmpfs?????defaults??????????0???????????0
sysfs??????/sys??????????sysfs?????defaults?????????0???????????0
tmpfs??   ?/dev?????????tmpfs?????defaults??????????0???????????0

【注意】這里我們掛載的文件系統(tǒng)有三個proc、sysfs和tmpfs。在內(nèi)核中proc和sysfs默認都支持，而tmpfs是沒有支持的，我們需要確保內(nèi)核有tmpfs的支持。

修改內(nèi)核配置：

$?make?menuconfig
File?systems?--->
??Pseudo?filesystems?--->?
???[*]?Virtual?memory?file?system?support?(former?shm?fs)
???[*]?Tmpfs?POSIX?Access?Control?Lists

重新編譯內(nèi)核

在etc下創(chuàng)建init.d目錄，并在init.d下創(chuàng)建rcS文件，rcS文件內(nèi)容為：

#!/bin/sh
#?This?is?the?first?script?called?by?init?process
/bin/mount??-a??掛載fstab制定的所有文件系統(tǒng)
echo??/sbin/mdev??>??/proc/sys/kernel/hotplug
/sbin/mdev??-s

為rcS添加可執(zhí)行權限：

$?chmod???+x??init.d/rcS

在etc下添加profile文件，文件內(nèi)容為：

#!/bin/sh
export?HOSTNAME=farsight
export?USER=root
export?HOME=root
export?PS1="[$USER@$HOSTNAME?W]#?"
PATH=/bin:/sbin:/usr/bin:/usr/sbin
LD_LIBRARY_PATH=/lib:/usr/lib:$LD_LIBRARY_PATH
export?PATH??LD_LIBRARY_PATH
mknod?dev/console?c??5??1????該文件節(jié)點是必須的

重要：新制作的文件系統(tǒng)尺寸若超出8M，刪除不需要的庫文件，比如c++庫等。

11. 測試

制作完畢的根文件系統(tǒng)可以讓開發(fā)板啟動后通過nfs掛載到ubuntu中，

刪除原先的/source/rootfs

$?sudo??rm??-rf??/source/rootfs?

將我們新建的根文件系統(tǒng)拷貝到/source/rootfs目錄下

$sudo??mkdir??/source/rootfs
$?sudo??cp??_install/*???/source/rootfs???–a

設置uboot環(huán)境變量

#?setenv?serverip?192.168.9.120
#?setenv?ipaddr?192.168.9.233
#?setenv?bootcmd?tftp?41000000?uImage;tftp?42000000?exynos4412-fs4412.dtb;bootm?41000000??–??42000000
#setenv?bootargs?root=/dev/nfs?nfsroot=192.168.9.120:/source/rootfs?rw?console=ttySAC2,115200??init=/linuxrc??ip=192.168.9.233
#?saveenv

重新啟動開發(fā)板，查看是否能夠正常掛載，功能是否正常

五、制作ramdisk文件系統(tǒng)

通過NFS測試以后，就可以制作ramdisk文件系統(tǒng)了，具體如下：

1、制作一個大小為8M的鏡像文件

?$?cd??~
$?dd??if=/dev/zero??of=ramdisk??bs=1k??count=8192?（ramdsik為8M）
?If:?input?file
?Of:?output?file

2、格式化這個鏡像文件為ext2

$?mkfs.ext2??-F??ramdisk

3、在mount下面創(chuàng)建initrd目錄作為掛載點

$?sudo??mkdir??/mnt/initrd

4、將這個磁盤鏡像文件掛載到/mnt/initrd下

注意這里的ramdisk不能存放在rootfs目錄中

$?sudo??mount??-t??ext2???ramdisk??/mnt/initrd

5、將測試好的文件系統(tǒng)里的內(nèi)容全部拷貝到 /mnt/initrd目錄下面

$?sudo??cp??/source/rootfs/*???/mnt/initrd??–a

如果拷貝遇到錯誤，需要再次刪除不需要的庫，比如c++庫

6、卸載/mnt/initrd

$?sudo??umount??/mnt/initrd

7、壓縮ramdisk為ramdisk.gz

$?gzip??--best??-c??ramdisk??>??ramdisk.gz

8、格式化為uboot識別的格式并拷貝到/tftpboot下

$?mkimage?-n?"ramdisk"?-A?arm?-O?linux?-T?ramdisk?-C?gzip??-d?ramdisk.gz??ramdisk.img
$?cp??ramdisk.img??/tftpboot

9、配置內(nèi)核支持RAMDISK

制作完 initrd.img.gz后，需要配置內(nèi)核支持RAMDISK作為啟動文件系統(tǒng)

make?menuconfig
File?systems??--->
??<*>?Second?extended?fs?support
Device?Drivers
??SCSI?device?support??--->
???<*>?SCSI?disk?support
??Block?devices??--->
???<*>RAM??block??device??support???
???(16)Default?number?of?RAM?disks??
???(8192)?Default?RAM?disk?size?(kbytes)???(修改為8M)?
General?setup??--->
??[*]?Initial?RAM?filesystem?and?RAM?disk?(initramfs/initrd)?support

重新編譯內(nèi)核，復制到/tftpboot

10、在U-BOOT命令行重新設置啟動參數(shù)：

#?setenv?bootcmd?tftp?41000000?uImage;tftp?42000000?exynos4412-fs4412.dtb;tftp?43000000??ramdisk.img;bootm?41000000?43000000?42000000
#?saveenv

重新啟動開發(fā)板查看能否正常啟動

【注意】 因為各個開發(fā)板命令會有所差異，uboot命令的設置要廠家出廠的手冊操作