嵌入式Linux根文件系統(tǒng)構(gòu)建指南

1. 根文件系統(tǒng)布局

嵌入式 Linux 根文件系統(tǒng)布局，建議還是按照FHS標(biāo)準(zhǔn)來(lái)安排，事實(shí)上大多數(shù)嵌入式Linux都是這樣做的。但是，嵌入式系統(tǒng)可能并不需要桌面/服務(wù)器那樣龐大系統(tǒng)的全部目錄，可以酌情對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行精簡(jiǎn)，以簡(jiǎn)化Linux的使用。如嵌入式Linux文件系統(tǒng)中通常不會(huì)放置內(nèi)核源碼，因而存的 常不會(huì)放置內(nèi)核源碼，因而存的 常不會(huì)放置內(nèi)核源碼，因而存放源碼的/usr/src目錄是不必要的， 甚至連頭文件也不需要，即/usr/include目錄也不必要；但是/bin、/dev 、/etc、/lib 、/proc 、/sbin、/usr幾個(gè)目錄是不可或缺的。

所以，允許嵌入式 Linux 對(duì)系統(tǒng)目錄結(jié)構(gòu)進(jìn)行精簡(jiǎn)，以適應(yīng)具體用場(chǎng)合的需求，一個(gè)典型的嵌入式Linux根文件系統(tǒng)目錄如下所示：

要構(gòu)建一個(gè)可用的Linux根文件系統(tǒng)，需要的二進(jìn)制和庫(kù)都不少，完全從零開(kāi)始也是不現(xiàn)實(shí)的，推薦參考其它現(xiàn)有可用的文件系統(tǒng)，在原基礎(chǔ)上按需修改；或者使用文件系統(tǒng)制作工具如 BusyBox 來(lái)實(shí)現(xiàn)文件系統(tǒng)的生成。

2. 使用BusyBox生成二進(jìn)制工具

2.1. 獲取BusyBox源碼

Busybox的官方源碼下載路徑為：https://busybox.net/downloads/。這里以下載busybox-1.29.3.tar.bz2為例。

2.2. 配置BusyBox

解壓源碼，進(jìn)入根目錄

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$?tar?jxvf?busybox-1.29.3.tar.bz2
$?cd?busybox-1.29.3/

?

首先，執(zhí)行:

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$?make?menuconfig

?

進(jìn)入圖形化配置界面:

2.2.1.選擇編譯靜態(tài)庫(kù)

進(jìn)入Settings --->使用空格鍵選擇編譯靜態(tài)庫(kù)

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---?Build?Options?????????????????????????????????????????????
[*]?Build?static?binary?(no?shared?libs)??

?

如圖：

2.2.2.選擇交叉編譯工具鏈

在Settings ---> 設(shè)置項(xiàng)下，填寫(xiě)交叉編譯工具鏈前綴

2-2-3. 選擇安裝目錄

在Settings --->設(shè)置項(xiàng)下，找到

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---?Installation?Options?("make?install"?behavior)?
????What?kind?of?applet?links?to?install?(as?soft-links)??--->??
(./_install)?Destination?path?for?'make?install'?(NEW)??

?

默認(rèn)為當(dāng)前目錄下目錄，這里我使用默認(rèn)_install目錄：

2-2-4. 編譯安裝

退出保存后，執(zhí)行編譯make，大概幾分鐘后編譯完成，執(zhí)行make install，很快就會(huì)安裝完成：

入_install目錄，查看生成的文件

新建一個(gè)目錄用來(lái)存放制作的根文件系統(tǒng)，可以命名為rootfs。將利用BusyBox生成的二進(jìn)制文件及目錄，即_install目錄下的所有文件及目錄復(fù)制到rootfs目錄下。

3. 構(gòu)建根文件系統(tǒng)

使用BusyBox編譯后，僅有 bin、sbin、usr這 3個(gè)目錄和軟鏈接linuxrc，目錄里都是二進(jìn)制命令工具，這還不足以構(gòu)成 一個(gè)可用的根文件系統(tǒng)，必須進(jìn)行其它完善工作，才能構(gòu)建一個(gè)可用的根文件系統(tǒng)。

3-1. 完善目錄結(jié)構(gòu)

根據(jù)典型嵌入式Linux根文件系統(tǒng)目錄，在rootfs目錄中創(chuàng)建其他目錄

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$?mkdir?dev?etc?lib?proc?sys?tmp?var

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3-2. 添加C運(yùn)行庫(kù)文件

庫(kù)文件可直接從交叉工具鏈獲取，一般在工具鏈的libc/lib/目錄下。我這里是在ubuntu下安裝的Linaro的交叉工具鏈：

庫(kù)文件是在/usr/arm-linux-gnueabihf/lib/目錄下，拷貝動(dòng)態(tài)鏈接庫(kù)文件(.so文件)到新制作的根文件系統(tǒng)根目錄下/lib目錄里：

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$?cp?-a??/usr/arm-linux-gnueabihf/lib/*so*?./lib/

?

這里只是拷貝動(dòng)態(tài)鏈接庫(kù)。一般開(kāi)發(fā)程序使用動(dòng)態(tài)編譯需要板子上動(dòng)態(tài)庫(kù)的支持才能運(yùn)行，所以拷貝動(dòng)態(tài)庫(kù)。而靜態(tài)庫(kù)一般在靜態(tài)編譯的時(shí)候用到，由于交叉編譯的工作放在了PC上所以板子上不需要靜態(tài)庫(kù)，所以沒(méi)有必要拷貝，這樣還可以減小根文件系統(tǒng)的體積。

一般使用gcc編譯后的可執(zhí)行文件、目標(biāo)文件和動(dòng)態(tài)庫(kù)都帶有調(diào)試信息和符號(hào)信息，這些在調(diào)試的時(shí)候用到，但是卻增大了文件的大小。通常在PC上調(diào)試，或者調(diào)試時(shí)使用這些帶有調(diào)試信息和符號(hào)信息的庫(kù)文件，程序發(fā)布后使用去掉這些信息的庫(kù)文件，可以大大縮小根文件系統(tǒng)的體積。這里我們?nèi)サ暨@些信息，方法是使用strip工具：

?

$?arm-linux-gnueabihf-strip?./*

?

3-3. 添加初始化配置腳本

初始化配置腳本放在在/etc目錄下，用于系統(tǒng)啟動(dòng)所需的初始化配置腳本。BusyBox提供了一些初始化范例腳本，在examples/bootfloppy/etc/目錄下。將這些配置文件復(fù)制到 ”目錄下。將這些配置文件復(fù)制到 ”目錄下。將這些配置文件復(fù)制到新制作的根文件系統(tǒng)etc目錄下

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cp?-a?../busybox/busybox-1.29.3/examples/bootfloppy/etc/*?etc/

?

添加后如圖所示：

3-3-1. 修改/etc/inittab文件

/etc/inittab文件是init進(jìn)程解析的配置文件，通過(guò)這個(gè)配置文件決定執(zhí)行哪個(gè)進(jìn)程，何時(shí)執(zhí)行。將文件修改為:

?

#?系統(tǒng)啟動(dòng)時(shí)
:/etc/init.d/rcS

#?系統(tǒng)啟動(dòng)按下Enter鍵時(shí)
:-/bin/sh

#?按下Ctrl+Alt+Del鍵時(shí)
:/sbin/reboot

#?系統(tǒng)關(guān)機(jī)時(shí)
:/sbin/swapoff?-a
:/bin/umount?-a?-r

#?系統(tǒng)重啟時(shí)
:/sbin/init

?

以上內(nèi)容定義了系統(tǒng)啟動(dòng)時(shí)，關(guān)機(jī)時(shí)，重啟時(shí)，按下Ctrl+Alt+Del鍵時(shí)執(zhí)行的進(jìn)程。

3-3-2. 修改/etc/init.d/rcS文件

?

#!?/bin/sh

#?掛載?/etc/fstab?中定義的所有文件系統(tǒng)
/bin/mount?-a

#?掛載虛擬的devpts文件系統(tǒng)用于用于偽終端設(shè)備
/bin/mkdir?-p?/dev/pts
/bin/mount?-t?devpts?devpts?/dev/pts

#?使用mdev動(dòng)態(tài)管理u盤和鼠標(biāo)等熱插拔設(shè)備
/bin/echo?/sbin/mdev?>?/proc/sys/kernel/hotplug

#?掃描并創(chuàng)建節(jié)點(diǎn)
/sbin/mdev?-s

?

3-3-3. 修改/etc/fstab文件

/etc/fstab文件存放的是文件系統(tǒng)信息。在系統(tǒng)啟動(dòng)后執(zhí)行/etc/init.d/rcS文件里/bin/mount -a命令時(shí)，自動(dòng)掛載這些文件系統(tǒng)。內(nèi)容如下:

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#??????????????????????????
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：這里我們掛載的文件系統(tǒng)有三個(gè)proc、sysfs和tmpfs，在內(nèi)核中proc和sysfs默認(rèn)都支持，而tmpfs是沒(méi)有支持的，我們需要添加tmpfs的支持。

3-3-4. 修改/etc/profile文件

/etc/profile文件作用是設(shè)置環(huán)境變量，每個(gè)用戶登錄時(shí)都會(huì)運(yùn)行它。將文件內(nèi)容修改為：

?

#?主機(jī)名
export?HOSTNAME=zyz

#?用戶名
export?USER=root

#?用戶目錄
export?HOME=/root

#?終端默認(rèn)提示符
export?PS1="[$USER@$HOSTNAME:$PWD]#?"????

#?環(huán)境變量
export?PATH=/bin:/sbin:/usr/bin:/usr/sbin

#?動(dòng)態(tài)庫(kù)路徑
export?LD_LIBRARY_PATH=/lib:/usr/lib:$LD_LIBRARY_PATH

?

因?yàn)橹付藃oot用戶的家目錄為/root，所以需要?jiǎng)?chuàng)建該目錄，否則執(zhí)行cd ~時(shí)會(huì)失敗

?

$?mkdir?root

?

登錄系統(tǒng)后效果為:

?

...
Please?press?Enter?to?activate?this?console.
[root@zyz:/]#
[root@zyz:/]#?cd?~
[root@zyz:/root]#
[root@zyz:/root]#?echo?$PATH
/bin:/sbin:/usr/bin:/usr/sbin

?

至此，根文件系統(tǒng)就基本構(gòu)建好了。

4. 制作根文件系統(tǒng)鏡像

4-1. 根文件系統(tǒng)類型

如果文件系統(tǒng)已經(jīng)布局完成， 則可以發(fā)到目標(biāo)中了。通常會(huì)制作一個(gè)鏡像然后通過(guò)某種方式固化到目標(biāo)系統(tǒng)中，具體采用什么樣的形發(fā)布需要根據(jù)資源狀況、內(nèi)核情況和系統(tǒng)需求等方面進(jìn)行裁決：

(1)硬件方面，至少需要考慮主存儲(chǔ)介質(zhì)的類型和大小如Flash是NOR Flash還是NAND Flash，RAM的大小等。

(2)內(nèi)核方面， 則需考慮所裁剪后的支持哪些文件系統(tǒng)采用中最合適， 能滿足性、速度等要求。

(3)系統(tǒng)需求方面，要考慮運(yùn)行速度、是否可寫(xiě)壓縮等因素。常見(jiàn)的可用于根文件系統(tǒng)類型有ramdisk 、cramfs、jffs2 、yaffs/yaffs2和ubifs等，各類型的特性如表所列。

盡管文件系統(tǒng)固件以某一種文件系統(tǒng)的鏡像發(fā)布，但是整個(gè)文件系統(tǒng)實(shí)際上還是并存多種邏輯文件系統(tǒng)的。例如，一個(gè)系統(tǒng)根文件系統(tǒng)以u(píng)bifs掛載，但是/dev目錄卻是以tmpfs掛載的、/sys目錄掛載的是sysfs文件系統(tǒng)?，F(xiàn)在，似乎ubifs是一種趨勢(shì)。

4-2. 制作UBIFS根文件系統(tǒng)鏡像

Linux下制作UBIFS的命令有兩個(gè)，mkfs.ubifs和ubinize。mkfs.ubifs，將一個(gè)目錄制作為UBIFS文件系統(tǒng)。使用范例：

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

?

其中:

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-r,?-d,?--root=DIR???????build?file?system?from?directory?DIR（目錄）
-m,?--min-io-size=SIZE???minimum?I/O?unit?size（最小輸入輸出單元大?。?-e,?--leb-size=SIZE??????logical?erase?block?size（邏輯擦除塊大?。?-c,?--max-leb-cnt=COUNT??maximum?logical?erase?block?count（最大邏輯擦除塊數(shù)目）
-o,?--output=FILE????????output?to?FILE（輸出文件）

?

所以制作ubifs鏡像文件，需要知道3個(gè)關(guān)鍵參數(shù)，即最小輸入輸出單元大小，邏輯擦除塊大小，最大邏輯擦除塊數(shù)目，其中最大邏輯擦除塊數(shù)目可由Flash分區(qū)大小和邏輯擦除塊大小計(jì)算出來(lái)，這些信息可以通過(guò)u-boot命令查看:

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=>?mtdparts?default
=>?ubi?part?rootfs

?

ubinize，將mkfs.ubifs制作的UBIFS文件系統(tǒng)制作成含有卷標(biāo)的可以直接燒寫(xiě)在Flash上的鏡像。使用范例：

?

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

?

其中:

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-o,?--output=?????output?file?name（輸出文件）
-p,?--peb-size=???????size?of?the?physical?eraseblock?of?the?flash（物理擦除塊大?。??????????????????????????????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

?

這里需要兩個(gè)參數(shù)物理擦除塊大小和最小輸入輸出單元大小。ubinize.cfg是配置文件，內(nèi)容如下:

?

[ubifs]
mode=ubi
image=rootfs.ubifs
vol_id=0
vol_size=1024MiB
vol_type=dynamic
vol_name=rootfs
vol_flags=autoresize

?

說(shuō)明：

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[ubifs]
mode=ubi
image=rootfs.ubifs???????#?mkfs.ubi生成的源鏡像?
vol_id=0?????????????????#?卷號(hào)
vol_size=1024MiB?????????#?卷大小，一般要設(shè)置的比分區(qū)大，防止有壞塊
vol_type=dynamic?????????#?卷類型，動(dòng)態(tài)卷
vol_name=rootfs??????????#?卷名，rootfs
vol_flags=autoresize?????#?自動(dòng)大小

?

　　審核編輯：湯梓紅