ARM Linux根文件系统（Root Filesystem）的制作
2008年01月06日 星期日 22:28
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关于根文件系统的制作，网络上有很多文章，大多数都只讲到建几个目录，然后用Busybox做个Shell，有很多关键的东西没有说。经过很长时间的摸爬滚打，我终于能够白手起家建立一个根文件系统了。其实我也不懂得原理，只是告诉大家我的作法，其中也不免有错误，欢迎大家指正。 首先介绍根文件系统的组成：目录、Shell、库、脚本，一个个来。
根文件系统要包含这些必须有的目录：/dev、/bin、/usr、/sbin、/lib、/etc、/proc、/sys
/dev是devfs（设备文件系统）或者udev的挂在点所在。在使用devfs的内核里如果没有/dev，根本见不到Shell启动的信息，因为内核找不到/dev/console；在使用udev的系统里，也事先需要在/dev下建立console和null这两个节点。关于devfs和udev的区别，网上很多文章说。当然如果你的内核已经不支持devfs了（2.6.12以后），可以使用纯纯的静态节点。也就是用mknod人工生成。
/bin、/usr/bin、/usr/sbin、/sbin是编译Busybox这个Shell时候就有的，用于存放二进制可执行文件，就不多解释了。
/lib用于存放动态链接库。网上很多文章都说静态编译Busybox，可以省去建库的麻烦过程。这样做只能让Busybox启动，我们自己写的，或者是编译的软件包还是需要动态库的。除非全部静态编译，你可以试试，一个Hello world就要几百k。关于库的内容后面仔细说。
/etc是用来存放初始化脚本和其他配置文件的。关于初始化脚本的内容后面仔细说。
/proc是用来挂载存放系统信息虚拟文件系统——“proc文件系统”，“proc文件系统”在内核里面可以选。如果没有“proc文件系统”，很多Shell自己的命令就没有办法运行，比如ifconfig。“proc文件系统”不像devfs可以自动挂载，它需要使用初始化脚本挂载。另外，udev也需要“proc文件系统”的支持。
/sys用于挂载“sysfs文件系统”，“sysfs文件系统”在内核里面可以选。目前我认为它就是给udev提供支持的，呵呵。“sysfs文件系统”也需要使用初始化脚本挂载。
另外还可以有/tmp、/mnt、/swp、/var这样的不是嵌入式系统必须的目录，在说完Shell的制作之后，我再谈建立目录的事情。
Shell很简单，就是Busybox，上网下载一个来：http://www.busybox.net/downloads/。说Busybox和arm-linux-gcc有兼容性问题，不过我觉得那是比较低版本的时代问题了，我用Busybox 1.8.2和arm-linux-gcc 3.4.1/3.3.2都可以。解压缩以后找到Makefile里面的ARCH和CROSS_COMPILE，改成：
ARCH ?= arm
CROSS_COMPILE ?= /usr/local/arm/3.4.1/bin/arm-linux-
当然CROSS_COMPILE由你自己的编译器位置决定，然后
# make menuconfig
# make
# make install
注意配置的时候把一些uCLinux Only的东西去掉，不然会错；配置的时候还可以修改安装位置，默认是在Busybox下的“_install”。
之后就可以在Busybox生成的Shell基础上建立根文件系统了，我就用命令来说吧，Busybox在/home/lxz/busybox，根文件系统在/home/lxz/rootfs
# mkdir /home/lxz/rootfs
# cd /home/lxz/busybox/_install
# cp -r ./ /home/lxz/rootfs
# cd /home/lxz/rootfs
# mkdir dev
# mkdir etc
# mkdir lib
# mkdir proc
# mkdir sys
# mkdir tmp
如果不用devfs，下面的命令是必须的。必须以root用户执行（用su命令可以切换为root，切换后用exit命令可以返回普通用户）：
# cd /home/lxz/rootfs/dev
# mknod -m 660 console c 5 1
# mknod -m 660 null c 1 3
如果不使用devfs没有这两个静态节点，console的提示根本就看不到，出现的现象可能是内核提示Free init memory: XXK之后，Warning: Unable to find a initial console之类的，具体的单词记得不是很准确。我没有试过使用udev的时候没有这两个静态节点的情况，反正放了也不影响把/dev挂载为tmpfs。
如果使用udev，还需要把udevd、udevstart、udevadmin这三个文件放到/sbin里面（我使用udev-117，网上介绍较多的udev-100有9个文件要放）。
库可是一件非常麻烦的事请。我建议初学者拷贝买的开发板里面带的文件系统的库，如果开发板的文件系统是映像，只需要把映像挂载在某个目录下就可以访问，假设映像叫做rootfs.cramfs，可以这样
# mkdir /home/lxz/evb_rootfs
（切换为root用户）
# mount -o loop rootfs.cramfs /home/lxz/evb_rootfs
（可以切换为普通用户）
# cd /home/lxz/evb_rootfs/lib
# cp -r ./ /home/lxz/rootfs/lib
一般开发板里都会带有很多库，但是总体积却比较大。可以删掉一些不用的库来减小体积，但是，呵呵，我也不知道那些库具体含有什么函数，什么情况删什么；也许以后我会把这部分补上。如果觉得库体积太大，也可以自己编译glibc或者uclibc，但是这是非常繁琐的事请——目前我认为库应该和编译器arm-linux-gcc一起制作。有个傻瓜式的方案是使用cross-tool，下载地址：http://www.kegel.com/crosstool/。虽然cross-tool是用来制作交叉编译器的，但是其过程中生成的glibc却可以作为副产品为我们所用。cross-tool的使用可以看我之前的这篇文章http://xianzilu.spaces.live.com/blog/cns!4201FDC93932DDAF!274.entry。在成功制作了交叉编译器之后，就可以从cross-tool的目录里把glibc取出来，假设cross-tool的路径是/home/lxz/cross-tool，编译出的编译器叫做arm-linux-gnu-gcc，gcc版本3.4.5，glibc版本2.3.6，想要把glibc库拷贝到/home/lxz/glibc，下面的操作还是用命令来说明。
# cd /home/lxz/cross-tool/build/arm-linux-gnu-gcc/gcc-3.4.5-glibc-2.3.6/build-glibc
# ../glibc-2.3.6/configure --prefix=/home/lxz/glibc
# make install
等候安装结束
# cd /home/lxz/glibc
# cp -r lib /home/lxz/rootfs
这样就把glibc的大部队拷贝好了，但是这样还缺两个库，我们继续
# cd /home/lxz/cross-tool/build/arm-linux-gnu-gcc/gcc-3.4.5-glibc-2.3.6/build-gcc/gcc
# cp libgcc_s.so* /home/lxz/rootfs/lib
还缺少一个libtermcap库，这个就稍微有些麻烦。libtermcap-2.0.8-35-armv4l源码包的下载地址是http://www.netwinder.org/mirror/pub/netwinder/SRPMS/nw/9/libtermcap-2.0.8-35.src.rpm，你也可以在这里http://www.netwinder.org/allsrpms.html找到其他版本的。假设libtermcap-2.0.8-35.src.rpm下载到了/home/lxz/libtermcap，下面继续用命令说明。
# cd /home/lxz/libtermcap
# rpm2cpio libtermcap-2.0.8-35.src.rpm | cpio -ivd
# tar xvjf termcap-2.0.8.tar.bz2
接下来要打13个补丁，很汗啊，请一定按照下面的顺序来打补丁
# patch -p0 -i termcap-2.0.8-shared.patch
# patch -p0 -i termcap-2.0.8-setuid.patch
# patch -p0 -i termcap-2.0.8-instnoroot.patch
# patch -p0 -i termcap-2.0.8-compat21.patch
# patch -p0 -i termcap-2.0.8-xref.patch
# patch -p0 -i termcap-2.0.8-fix-tc.patch
# patch -p0 -i termcap-2.0.8-ignore-p.patch
# patch -p0 -i termcap-buffer.patch
# patch -p0 -i termcap-2.0.8-bufsize.patch
# patch -p0 -i termcap-2.0.8-colon.patch
# patch -p0 -i libtermcap-aaargh.patch
# patch -p0 -i termcap-2.0.8-glibc22.patch
# patch -p0 -i libtermcap-2.0.8-ia64.patch
然后到/home/lxz/libtermcap/termcap-2.0.8里，找到Makefile，修改其中的CC和AR，
CC = /usr/local/arm/3.4.1/bin/arm-linux-gcc
AR = /usr/local/arm/3.4.1/bin/arm-linux-ar
当然，你的编译器在哪里就改成相应的内容。如果嫌麻烦，可以从本站资料页面下载我已经打好补丁，修改好Makefile的包，地址http://cosine.oicp.net/project/common/termcap-2.0.8.tar.bz2。需要注意的是，这个包里CC = arm-linux-gcc、AR = arm-linux-ar，请设置好缺省路径。然后就可以编译了：
# cd /home/lxz/libtermcap/termcap-2.0.8
# make
# ln -s libtermcap.so.2.0.8 libtermcap.so.2
# cp libtermcap.so* /home/lxz/rootfs/lib
这样，Shell启动所需要的基本库就都备齐了。但是，这些库里面还含有调试信息，体积稍大，可以把这些信息去掉（当然不去掉也没有什么影响）。
# cd /home/lxz/rootfs/lib
# arm-linux-strip *.so*
至此，库就制作好了。
有了以上的东西，Shell还是不能正常工作。可能会是内核提示Free init memory: XXK之后就什么输出也没有了，这时候向终端敲入文字，可以显示；就是没有终端提示符，不理会输入的命令。这是因为初始化脚本没有启动Shell。下面介绍这些脚本。
首先是/etc/inittab。内核启动、根文件系统挂载之后所必须的一个文件，其中列举了Shell和整个系统初始化、关闭所需的命令。如果你想让Shell出现，那么只需要加入这么一行“::askfirst:/bin/ash”。当然如果在编译Busybox的时候选择的shell不是“ash”，而是hush、lash、msh之类，那就改成相应的东西。除了启动Shell，inittab还干了很多事情，我就用我的inittab来说明了。注意，在编译Busybox的时候要选上touch、syslogd、klogd等命令。
# Startup the system
null::sysinit:/bin/mount -o remount,rw /
null::sysinit:/bin/mount -t proc proc /proc
null::sysinit:/bin/mount -a
null::sysinit:/bin/hostname -F /etc/hostname
# Now run any rc scripts
::sysinit:/etc/init.d/rcS
# Now invoke shell
::askfirst:/bin/ash
# Logging junk
null::sysinit:/bin/touch /var/log/messages
null::respawn:/sbin/syslogd -n -m 0
null::respawn:/sbin/klogd -n
# Stuff to do for the 3-finger salute
::ctrlaltdel:/sbin/reboot
# Stuff to do before rebooting
null::shutdown:/usr/bin/killall klogd
null::shutdown:/usr/bin/killall syslogd
null::shutdown:/bin/umount -a -r
null::shutdown:/sbin/swapoff -a
好，把上面这些储存为inittab，启动系统。应该出现两个提示，没有/etc/fstab和/etc/init.d/rcS。目前我的理解/etc/fstab是用来执行mount -a命令的，里面是文件系统的挂载表。还是用我的fstab来说明。
# <file system> <mount pt> <type> <options> <dump> <pass>
/dev/root / ext2 rw,noauto 0 1
proc /proc proc defaults 0 0
devpts /dev/pts devpts defaults,gid=5,mode=620 0 0
tmpfs /tmp tmpfs defaults 0 0
sysfs /sys sysfs defaults 0 0
还有/etc/init.d/rcS，这在PC上是用来执行/etc/init.d下所有初始化脚本的一个脚本，呵呵，请原谅我不懂得怎么写这种脚本，对于嵌入式系统，根本不需要这么复杂，直接写在/etc/init.d/rcS里面了。还是用我的/etc/init.d/rcS来说明，其中启动udev的那些指令对于使用静态设备节点和devfs的系统不适用。
# Start udev
/bin/mount -t tmpfs tmpfs /dev
/sbin/udevd --daemon
/sbin/udevstart
# Configure net interface
/sbin/ifconfig lo 127.0.0.1 up
/sbin/route add -net 127.0.0.0 netmask 255.0.0.0 lo
/sbin/ifconfig eth0 192.168.2.25 netmask 255.255.255.0
/sbin/route add default gw 192.168.2.1
如果用的是udev，还必须有udev的配置脚本。这个写起来有些麻烦，我们可以直接用udev自己带的那些脚本，位置在udev目录下的etc/udev/udev.conf和etc/udev/rules.d里面的文件。把这些放到根文件系统中去，etc/udev/udev.conf变为根文件系统的/etc/udev/udev.conf，etc/udev/rules.d里面的文件变为/etc/udev/rules.d里面的文件。
至此，一个可用的最简单文件系统就完成了。之后，可以使用mkcramfs、mkyaffs之类的工具制作文件映像，这我就不多说了。需要注意的是，cramfs文件系统是只读的，就算用的是initrd加载的cramfs也一样是只读的，这对根文件系统的/var目录有一定的影响。除了本文中说的办法，还可以用buildroot这个工具来建，但是现在我还在尝试中，以后再说。如果你嫌上面的这一切都很麻烦，可以从本站资料站下载我给Linux 2.6.19内核做的最简文件系统（1.5M），地址是http://cosine.oicp.net/project/at91rm9200/root.img，cramfs格式映像。
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