文章目录
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
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:
2-2-2. 选择交叉编译工具链
在
Settings --->
设置项下,填写交叉编译工具链前缀
2-2-3. 选择安装目录
在
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
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
进入_install目录,查看生成的文件
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
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
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:
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
是
是
否
是
cramfs
是
否
-
否
jffs2
NOR Flash
是
是
是
否
yaffs/yaffs2
NAND Flash
否
是
是
否
ubifs
NAND Flash
否
是
是
否
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。