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嵌入式linux根文件系统ubifs,制作嵌入式Linux根文件系统

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1. 根文件系统布局

嵌入式 Linux 根文件系统布局,建议还是按照FHS标准来安排,事实上大多数嵌入式Linux都是这样做的。但是,嵌入式系统可能并不需要桌面/服务器那样庞大系统的全部目录,可以酌情对系统进行精简,以简化Linux的使用。如嵌入式Linux文件系统中通常不会放置内核源码,因而存的 常不会放置内核源码,因而存的 常不会放置内核源码,因而存放源码的 /usr/src目录是不必要的, 甚至连头文件也不需要,即/usr/include目录也不必要;但是 /bin、/dev 、/etc、/lib 、/proc 、/sbin、/usr几个目录是不可或缺的。

所以,允许嵌入式 Linux 对系统目录结构进行精简,以适应具体用场合的需求,一个典型的嵌入式Linux根文件系统目录如下所示:

典型嵌入式Linux根文件系统目录

目录

内容

bin

系统命令和工具

dev

系统设备文件

etc

系统初始化脚本和配置文件

lib

系统运行库文件

proc

proc文件系统

sbin

系统管理员命令和工具

sys

sysfs文件系统

tmp

临时文件

usr

用户命令和工具,下分usr/bin和usr/sbin目录

var

系统运行产生的可变数据

要构建一个可用的Linux根文件系统,需要的二进制和库都不少,完全从零开始也是不现实的,推荐参考其它现有可用的文件系统,在原基础上按需修改;或者使用文件系统制作工具如 BusyBox 来实现文件系统的生成。

2. 使用BusyBox生成二进制工具

2-1. 获取BusyBox源码

Busybox的官方源码下载路径为:https://busybox.net/downloads/。

目前最新版本为busybox-1.29.3.tar.bz2。

2-2. 配置BusyBox

解压源码,进入根目录

$ tar jxvf busybox-1.29.3.tar.bz2

$ cd busybox-1.29.3/

首先,执行

$ make menuconfig

进入图形化配置界面

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2-2-1. 选择编译静态库

进入

Settings --->

使用空格键选择编译静态库

--- Build Options

[*] Build static binary (no shared libs)

如图:

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2-2-2. 选择交叉编译工具链

Settings --->

设置项下,填写交叉编译工具链前缀

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2-2-3. 选择安装目录

Settings --->

设置项下,找到

--- Installation Options ("make install" behavior)

What kind of applet links to install (as soft-links) --->

(./_install) Destination path for 'make install' (NEW)

默认为当前目录下目录,这里我使用默认_install目录

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2-2-4. 编译安装

退出保存后,执行编译

$ make

大概几分钟后编译完成,执行

$ make install

很快就会安装完成

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进入_install目录,查看生成的文件

嵌入式linux根文件系统ubifs,制作嵌入式Linux根文件系统

新建一个目录用来存放制作的根文件系统,可以命名为rootfs。将利用BusyBox生成的二进制文件及目录,即_install目录下的所有文件及目录复制到rootfs目录下。

3. 构建根文件系统

使用BusyBox编译后,仅有 bin、sbin、usr这 3个目录和软链接linuxrc,目录里都是二进制命令工具,这还不足以构成 一个可用的根文件系统,必须进行其它完善工作,才能构建一个可用的根文件系统。

3-1. 完善目录结构

根据典型嵌入式Linux根文件系统目录,在rootfs目录中创建其他目录

$ mkdir dev etc lib proc sys tmp var

3-2. 添加C运行库文件

库文件可直接从交叉工具链获取,一般在工具链的libc/lib/目录下。我这里是在ubuntu下安装的Linaro的交叉工具链

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库文件是在/usr/arm-linux-gnueabihf/lib/目录下,拷贝动态链接库文件到新制作的根文件系统根目录下/lib目录里

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这里只是拷贝动态链接库。一般开发程序使用动态编译需要板子上动态库的支持才能运行,所以拷贝动态库。而静态库一般在静态编译的时候用到,由于交叉编译的工作放在了PC上所以板子上不需要静态库,所以没有必要拷贝,这样还可以减小根文件系统的体积。

一般使用gcc编译后的可执行文件、目标文件和动态库都带有调试信息和符号信息,这些在调试的时候用到,但是却增大了文件的大小。通常在PC上调试,或者调试时使用这些带有调试信息和符号信息的库文件,程序发布后使用去掉这些信息的库文件,可以大大缩小根文件系统的体积。这里我们去掉这些信息,方法是使用strip工具:

$ arm-linux-gnueabihf-strip ./*

3-3. 添加初始化配置脚本

初始化配置脚本放在在/etc目录下,用于系统启动所需的初始化配置脚本。BusyBox提供了一些初始化范例脚本,在examples/bootfloppy/etc/目录下。将这些配置文件复制到 ”目录下。将这些配置文件复制到 ”目录下。将这些配置文件复制到新制作的根文件系统etc目录下

cp -ra ../busybox/busybox-1.29.3/examples/bootfloppy/etc/* etc/

添加后如图所示:

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3-3-1. 修改/etc/inittab文件

/etc/inittab文件是init进程解析的配置文件,通过这个配置文件决定执行哪个进程,何时执行。

将文件修改为

# 系统启动时

::sysinit:/etc/init.d/rcS

# 系统启动按下Enter键时

::askfirst:-/bin/sh

# 按下Ctrl+Alt+Del键时

::ctrlaltdel:/sbin/reboot

# 系统关机时

::shutdown:/sbin/swapoff -a

::shutdown:/bin/umount -a -r

# 系统重启时

::restart:/sbin/init

以上内容定义了系统启动时,关机时,重启时,按下Ctrl+Alt+Del键时执行的进程。

3-3-2. 修改/etc/init.d/rcS文件

#! /bin/sh

# 挂载 /etc/fstab 中定义的所有文件系统

/bin/mount -a

# 挂载虚拟的devpts文件系统用于用于伪终端设备

/bin/mkdir -p /dev/pts

/bin/mount -t devpts devpts /dev/pts

# 使用mdev动态管理u盘和鼠标等热插拔设备

/bin/echo /sbin/mdev > /proc/sys/kernel/hotplug

# 扫描并创建节点

/sbin/mdev -s

3-3-3. 修改/etc/fstab文件

/etc/fstab文件存放的是文件系统信息。在系统启动后执行/etc/init.d/rcS文件里/bin/mount -a命令时,自动挂载这些文件系统。

内容如下

# proc /proc proc defaults 0 0

sysfs /sys sysfs defaults 0 0

tmpfs /tmp tmpfs defaults 0 0

tmpfs /dev tmpfs defaults 0 0

注:这里我们挂载的文件系统有三个proc、sysfs和tmpfs,在内核中proc和sysfs默认都支持,而tmpfs是没有支持的,我们需要添加tmpfs的支持。

3-3-4. 修改/etc/profile文件

/etc/profile文件作用是设置环境变量,每个用户登录时都会运行它。

将文件内容修改为

# 主机名

export HOSTNAME=zyz

# 用户名

export USER=root

# 用户目录

export HOME=/root

# 终端默认提示符

export PS1="[[email protected]$HOSTNAME:$PWD]# "

# 环境变量

export PATH=/bin:/sbin:/usr/bin:/usr/sbin

# 动态库路径

export LD_LIBRARY_PATH=/lib:/usr/lib:$LD_LIBRARY_PATH

因为指定了root用户的家目录为/root,所以需要创建该目录,否则执行cd ~时会失败

$ mkdir root

登录系统后效果为

...

Please press Enter to activate this console.

[[email protected]:/]#

[[email protected]:/]# cd ~

[[email protected]:/root]#

[[email protected]:/root]# echo $PATH

/bin:/sbin:/usr/bin:/usr/sbin

至此,根文件系统就基本构建好了。

4. 制作根文件系统镜像

4-1. 根文件系统类型

如果文件系统已经布局完成, 则可以发到目标中了。通常会制作一个镜像然后通过某种方式固化到目标系统中,具体采用什么样的形发布需要根据资源状况、内核情况和系统需求等方面进行裁决:

硬件方面,至少需要考虑主存储介质的类型和大小如Flash是NOR Flash还是NAND Flash,RAM的大小等。

内核方面, 则需考虑所裁剪后的支持哪些文件系统采用种最合适, 能满足性、速度等要求。

系统需求方面,要考虑运行速度、是否可写压缩等因素。

常见的可用于根文件系统类型有ramdisk 、cramfs、jffs2 、yaffs/yaffs2和 ubifs等,各类型的特性如表所列。

类型

介质

是否压缩

是否可写

掉电保存

存在于RAM中

Ramdisk

cramfs

-

jffs2

NOR Flash

yaffs/yaffs2

NAND Flash

ubifs

NAND Flash

尽管文件系统固件以某一种文件系统的镜像发布,但是整个文件系统实际上还是并存多种逻辑文件系统的。例如,一个系统根文件系统以ubifs挂载,但是/dev目录却是以tmpfs挂载的、/sys目录挂载的是sysfs文件系统。

现在,似乎ubifs是一种趋势。

4-2. 制作UBIFS根文件系统镜像

Linux下制作UBIFS的命令有两个,mkfs.ubifs和ubinize。

mkfs.ubifs,将一个目录制作为UBIFS文件系统。使用范例

$ mkfs.ubifs -m 2048 -e 128KiB -c 4096 -r ./rootfs -o rootfs.ubifs

其中

-r, -d, --root=DIR build file system from directory DIR(目录)

-m, --min-io-size=SIZE minimum I/O unit size(最小输入输出单元大小)

-e, --leb-size=SIZE logical erase block size(逻辑擦除块大小)

-c, --max-leb-cnt=COUNT maximum logical erase block count(最大逻辑擦除块数目)

-o, --output=FILE output to FILE(输出文件)

所以制作ubifs镜像文件,需要知道3个关键参数,即最小输入输出单元大小,逻辑擦除块大小,最大逻辑擦除块数目,其中最大逻辑擦除块数目可由Flash分区大小和逻辑擦除块大小计算出来,这些信息可以通过u-boot命令查看

=> mtdparts default

=> ubi part rootfs

ubinize,将mkfs.ubifs制作的UBIFS文件系统制作成含有卷标的可以直接烧写在Flash上的镜像。使用范例

$ ubinize -m 2048 -p 128KiB ubinize.cfg -o rootfs_ubifs.img

其中

-o, --output=output file name(输出文件)

-p, --peb-size=size of the physical eraseblock of the flash(物理擦除块大小)

this UBI image is created for in bytes,

kilobytes (KiB), or megabytes (MiB)

(mandatory parameter)

-m, --min-io-size=minimum input/output unit size of the flash

in bytes

这里需要两个参数物理擦除块大小和最小输入输出单元大小。

ubinize.cfg是配置文件,内容如下

[ubifs]

mode=ubi

image=rootfs.ubifs

vol_id=0

vol_size=1024MiB

vol_type=dynamic

vol_name=rootfs

vol_flags=autoresize

说明

[ubifs]

mode=ubi

image=rootfs.ubifs # mkfs.ubi生成的源镜像

vol_id=0 # 卷号

vol_size=1024MiB # 卷大小,一般要设置的比分区大,防止有坏块

vol_type=dynamic # 卷类型,动态卷

vol_name=rootfs # 卷名,rootfs

vol_flags=autoresize # 自动大小

至此,根文件系统就制作好了,rootfs_ubifs.img可以烧写到flash使用。