[IMX][UBoot] 17.Linux 根文件系统

目录

1.BusyBox 简介

2.修改 Makefile

3.添加中文支持

4.配置 BusyBox

5.编译 BusyBox

6.添加库文件

6.1.向 /lib 目录添加库文件

6.2.向 /usr/lib 目录添加库文件

7.创建其他目录

8.根文件系统测试

9.添加启动脚本

10.添加文件系统脚本

11.添加配置脚本

12.库文件测试

13.开机自启动测试

14.添加域名解析配置

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Linux 中所有目录、文件、驱动等均被组织成一个树状结构，根文件系统 rootfs 就是该文件树的根节点

根文件系统包含了操作系统运行所需的基本组件和数据 (包含驱动、库文件等)，位于 Linux 的根目录 / 下

根文件系统是内核启动时挂载的第一个文件系统，系统引导程序会在根文件系统挂载后，将其中的基础服务、脚本等加载至内存中运行，根文件系统一般包含以下部分：

• 核心组件：构建根文件系统所需的软件包、系统库、编译器、Shell 等，提供基本的系统功能，如文件管理、网络访问、进程管理、设备管理等；

• 标准目录结构：符合 Linux 标准文件系统层次结构规范的目录结构，包括 /bin、/sbin、/usr、/etc、/proc 等目录，用于存放系统关键部件的信息、配置、库和命令；

• 设备驱动：各种硬件的驱动程序和内核模块，如串口驱动、网卡驱动等，使 Linux 能够正确地访问硬件设备；

• 网络工具和协议：如 SSH、FTP、HTTP、DHCP 等，提供连接其他网络设备、数据交换和网络管理的能力；

• 调试工具：如 gdb、strace、top 等，帮助定位和解决系统中的各种问题和异常；

根目录 / 中包含以下子目录：

其中常用目录的含义如下：

• /bin：可执行文件，如 ls 、cd 等命令，所有用户均可使用；

• /dev：设备文件，如 /dev/ttymxc0 表示串口 0，通过串口 0 收发数据就是读写文件 /dev/ttymxc0；

• /etc：配置文件，如 SSH 的配置文件 init.d、MySQL 的配置文件 my.cnf 等；

• /lib：共享库文件，一些命令和用户编写的程序会使用这些库；

• /mnt：临时挂载目录，可创建空的子目录，如 /mnt/sd、/mnt/usb 等，用于管理挂载的 SD卡、U 盘等设备；

• /proc：系统启动后将该目录作为 proc 文件系统 (虚拟文件系统) 的挂载点，无实际存储，一般保存系统运行信息相关的临时文件；

• /usr：软件资源，存放软件；

• /var：存放一些可改变的数据；

• /sbin：可执行文件，该目录下的文件或命令只有管理员能使用，主要用于系统管理；

• /sys：系统启动后作为 sysfs 文件系统的挂载点，sysfs 是一个类似 proc 文件系统的特殊文件系统，sysfs 是基于 ram 的文件系统，没有实际的存储设备，该目录是系统设备管理的重要目录，其通过一定的组织结构向用户提供详细的内核数据结构信息；

• /opt：可选的文件、软件存放区，由用户选择将哪些文件或软件放到该目录中；

1.BusyBox 简介

BusyBox 是一个集成了大量 Linux 命令和工具的软件，使用该软件可以制作基础的根文件系统

BusyBox 的官网为：BusyBox

点击 Download Source 进入下载页面，在该页面中点击所需的版本开始下载：

Linux 驱动开发一般通过 NFS 挂载文件系统，在虚拟机的 NFS 服务器目录中新建 /rootfs 目录：

2.修改 Makefile

修改 BusyBox 的 Makefile，设置目标架构 ARCH 和交叉编译器 CROSS_COMPILE：

// busybox-1.29.0/Makefile
CROSS_COMPILE ?= arm-linux-gnueabihf-
ARCH ?= arm

3.添加中文支持

BusyBox 默认不支持中文，因此会导致串口中文字符输出为 ?，修改源码取消中文限制：

// busybox-1.29.0/libbb/printable_string.c
const char* FAST_FUNC printable_string(uni_stat_t *stats, const char *str)
{...while (1) {...// 注释下面两行，避免字符编码大于 0x7F 时跳出// if (c >= 0x7f)//     break;...}...#else{...while (1) {...// 修改判断条件，避免字符编码大于 0x7F 时跳出// if (c < ' ' || c >= 0x7f)if( c < ' ')
----------------------------------------------------------------------------------// /home/alientek/mx/busybox-1.29.0/libbb/unicode.c
static char* FAST_FUNC unicode_conv_to_printable2(uni_stat_t *stats, const char *src, unsigned width, int flags)
{...if (unicode_status != UNICODE_ON) {...if (flags & UNI_FLAG_PAD) {...while ((int)--width >= 0) {...// 修改判断条件，避免字符编码大于 0x7F 时将字符设置为 ?// *d++ = (c >= ' ' && c < 0x7f) ? c : '?';*d++ = (c >= ' ') ? c : '?';...} else {...while (*d) {...// 修改判断条件，避免字符编码大于 0x7F 时将字符设置为 ?// if (c < ' ' || c >= 0x7f)if (c < ' ')

以上修改的主要目的是，防止字符编码大于 0x7F 时将字符设置为 ?

4.配置 BusyBox

BusyBox 可以使用以下三种配置：

• defconfig：默认配置；

• allyesconfig：全选配置，编译全部功能；

• allnoconfig：最小配置，仅编译必备的功能模块；

一般使用默认配置，使用以下命令编译配置文件：

make defconfig

BusyBox 支持图形化配置，使用以下命令打开图形化配置界面：

make menuconfig

通过图形化配置使能动态编译，配置路径如下：

Settings--> Build static binary (no shared libs)

该选项控制静态编译还是动态编译，静态编译不需要库文件，但是生成的文件较大，动态编译需要库文件支持，但是编译出来的文件较小，这里禁用静态编译 (会导致 DNS 出问题)：

选择 VI 风格的编辑命令，配置路径如下：

Settings--> vi-style line editing commands

不使用简化的模块，配置路径如下：

Linux Module Utilities--> Simplified modutils

支持模块化编译 (选中所有支持选项)，配置路径如下：

Linux System Utilities--> mdev (16 kb)

使能 unicode 编码以支持中文，配置路径如下：

Settings--> Support Unicode--> Check $LC_ALL, $LC_CTYPE and $LANG environment variables

5.编译 BusyBox

配置完成后编译 BusyBox，指定编译结果存放的目录为之前新建的 /rootfs 目录，编译命令如下：

makemake install CONFIG_PREFIX=/home/alientek/linux/nfs/rootfs

编译完成后会在该目录中生成 /bin、/sbin、/usr 三个目录以及 linuxrc 文件：

Linux 的 init 进程会查找用户空间的 init 程序，通过运行该程序切换至用户态，bootargs 可以将 linuxrc 作为用户空间的 init 程序，因此，用户空间的 init 程序实际上由 BusyBox 生成

6.添加库文件

Linux 中的应用程序可以使用静态库或动态库，静态库会直接链接至应用程序中，因此生成的程序体积较大，而依赖动态库的程序占用空间较小，但是无法独立运行，Linux 中的大部分系统程序或工具均依赖于动态库，因此在制作完根文件系统后，需要在指定目录中添加动态库文件

6.1.向 /lib 目录添加库文件

在 /rootfs 中创建 /lib 目录：

mkdir lib

库文件从交叉编译器中获取，进入交叉编译器所在的目录：

cd /usr/local/arm/gcc-linaro-4.9.4-2017.01-x86_64_arm-linux-gnueabihf/arm-linux-gnueabihf/libc/lib

该目录存放动态库文件和静态库文件：

使用以下命令将这些库文件拷贝至 /rootfs 的 /lib 目录中：

cp *so* *.a /home/alientek/linux/nfs/rootfs//lib/ -d

其中 -d 选项表示需要拷贝符号链接，/lib 目录中的 ld-linux-armhf.so.3 为软链接，链接至 ld-2.19-2014.08-1-git.so，因此，ld-linux-armhf.so.3 为符号链接，而非实际的文件

ld-linux-armhf.so.3 不能作为符号链接存在，而是需要实际文件，因此，先删除 /rootfs/lib 中的 ld-linux-armhf.so.3：

rm ld-linux-armhf.so.3

然后进入 /usr/local/arm/gcc-linaro-4.9.4-2017.01-x86_64_arm-linux-gnueabihf/arm-linux-gnueabihf/libc/lib 目录中，重新拷贝 ld-linux-armhf.so.3：

cp ld-linux-armhf.so.3 /home/alientek/linux/nfs/rootfs/lib/

可以看到，拷贝完成后的 ld-linux-armhf.so.3 不再是一个软链接，而是一个实际的文件：

进入以下目录：

cd /usr/local/arm/gcc-linaro-4.9.4-2017.01-x86_64_arm-linux-gnueabihf/arm-linux-gnueabihf/lib

将该目录中的库文件拷贝至 /rootfs/lib 中：

cp *so* *.a /home/alientek/linux/nfs/rootfs/lib/ -d

6.2.向 /usr/lib 目录添加库文件

在 /rootfs/usr 中新建 /lib 目录，然后进入以下目录：

cd /usr/local/arm/gcc-linaro-4.9.4-2017.01-x86_64_arm-linux-gnueabihf/arm-linux-gnueabihf/libc/usr/lib

将该目录中的库文件拷贝至新建的 /rootfs/usr/lib 目录中：

cp *so* *.a /home/alientek/linux/nfs/rootfs/usr/lib/ -d

至此所有的库文件添加完成

7.创建其他目录

在 /rootfs 中创建其他目录，如 /dev、/proc、/mnt、/sys、/tmp、/root 等，创建完成后 /rootfs 包含以下目录：

8.根文件系统测试

通过 NFS 挂载制作好的根文件系统，测试能否正常运行

uboot 中的 bootargs 环境变量会设置参数 root 的值，因此需要将参数 root 的值改为 NFS 挂载，格式如下：

root=/dev/nfs nfsroot=[<server-ip>:]<root-dir>[,<nfs-options>] ip=<client-ip>:<server-ip>:<gw-ip>:<netmask>:<hostname>:<device>:<autoconf>:<dns0-ip>:<dns1-ip>

• server-ip：服务器 IP 地址，存放 rootfs 主机的 IP 地址，虚拟机的 IP 地址为 172.17.40.88；

• root-dir：存放根文件系统的路径，虚拟机中 rootfs 的存放路径为 /home/alientek/linux/nfs/rootfs；

• nfs-options：其他 NFS 选项，一般不设置；

• client-ip：客户端的 IP 地址，即开发板的 IP 地址，开发板上的 Linux 系统启动后使用该 IP 地址，需要保证和 PC 位于同一网段内，开发板的 IP 地址设置为 172.17.40.10；

• gw-ip：客户端的网关地址，开发板的网关地址设置为 172.17.40.1；

• netmask：客户端的子网掩码，开发板的子网掩码设置为 255.255.255.0；

• hostname：主机名称，一般不设置；

• device：网卡名称，一般为 eth0、eth1 等，正点原子的开发板使用 ENET2 网卡，名称为 eth0；

• autoconf：自动配置，一般不使用 (将值设置为 off)；

• dns0-ip：DNS0 服务器的 IP 地址，不使用；

• dns1-ip：DNS1 服务器的 IP 地址，不使用；

根据以上配置，将环境变量 bootargs 中参数 root 的值设置为：

root=/dev/nfs nfsroot=172.17.40.88:/home/alientek/linux/nfs/rootfs,proto=tcp rw ip=172.17.40.10:172.17.40.88:172.17.40.1:255.255.255.0::eth0:off

• proto=tcp 表示使用 TCP 协议；

• rw 表示 NFS 挂载的根文件系统可读可写；

重启开发板后进入 uboot 命令行模式，设置环境变量 bootargs 的值：

setenv bootargs 'console=ttymxc0,115200 root=/dev/nfs nfsroot=172.17.40.88:/home/alientek/linux/nfs/rootfs,proto=tcp rw ip=172.17.40.10:172.17.40.88:172.17.40.1:255.255.255.0::eth0:off::'saveenv

设置完成后，使用 boot 命令启动 Linux 内核，检查根文件系统是否成功挂载：

从图中可以看出，根文件系统已成功挂载，提示缺少 /etc/init.d/rcS 启动脚本

9.添加启动脚本

rcS 是一个 Bash Shell 脚本，系统启动时调用该脚本设置环境变量、挂载文件系统、启动基本服务等

在 /rootfs 中新建 /etc/init.d/rcS，启动脚本的内容如下：

#!/bin/shPATH=/sbin:/bin:/usr/sbin:/usr/bin:$PATH
LD_LIBRARY_PATH=$LD_LIBRARY_PATH:/lib:/usr/lib
export PATH LD_LIBRARY_PATHmount -a
mkdir /dev/pts
mount -t devpts devpts /dev/ptsecho /sbin/mdev > /proc/sys/kernel/hotplug 
mdev -s

• 环境变量 PATH 保存可能存在可执行文件的目录；

• 环境变量 LD_LIBRARY_PATH 保存库文件所在目录；

• 通过 export 将环境变量 PATH 和 LD_LIBRARY_PATH 导出为全局变量；

• mount -a 挂载所有的系统文件，这些文件由 /etc/fstab 脚本指定；

• mkdir /dev/pts 创建 /dev/pts 目录；

• mount -t devpts devpts /dev/pts 将伪终端设备 devpts 挂载至 /dev/pts 目录；

• 最后两行命令设置使用 mdev 管理热插拔设备，Linux 会在 /dev 目录中自动创建设备节点；

以上为精简的启动脚本，复杂的启动脚本依靠 BuildRoot 制作

使用以下命令为启动脚本赋予可执行权限：

chmod +x rcS

10.添加文件系统脚本

/etc/fstab 脚本用于存放文件系统的相关信息，Linux 启动时通过该脚本获取需要自动挂载的分区，其格式如下：

<file system> <mount point> <type> <options> <dump> <pass>

• file system：要挂载的特殊设备，可以是块设备，如 /dev/sda 等；

• mount point：挂载点；

• type：文件系统类型，如 ext2、ext3、proc、romfs、tmpfs 等；

• options：挂载选项，一般使用默认选项 defaults (包含 rw、suid、 dev、 exec、 auto、 nouser、async)；

• dump：是否允许备份，一般设置为 0，表示不允许备份；

• pass：是否进行磁盘检查，一般不在 fstab 中挂载根目录，因此设置为 0；

按照以上配置，脚本 fstab 中的内容如下：

# <file system> <mount point> <type> <options> <dump> <pass>
proc  /proc proc  defaults 0 0
tmpfs /tmp  tmpfs defaults 0 0
sysfs /sys  sysfs defaults 0 0

11.添加配置脚本

/etc/inittab 脚本用于初始化系统设置，其中定义了系统启动时的运行级别、系统初始化过程、控制台进程及电源故障处理等，系统管理员可以控制系统启动流程、切换运行级别、自定义服务的启动和停止等，init 程序会读取该文件，并设置各个程序的运行级别或执行相应的操作，该文件内容的格式如下：

<id>:<runlevels>:<action>:<process>

• id：指令标识符，不能重复，BusyBox 根据 ID 指定启动进程的控制台，一般将串口或 LCD 设置为控制台 tty；

• runlevels：运行等级；

• action：指定 process 可能执行的操作，BusyBox 支持的操作如下：

• process：具体的操作，如运行程序、执行脚本等；

参考 BusyBox 的 /examples/inittab 文件，创建 /etc/inittab 脚本，其内容如下：

#etc/inittab
::sysinit:/etc/init.d/rcS
console::askfirst:-/bin/sh
::restart:/sbin/init
::ctrlaltdel:/sbin/reboot
::shutdown:/bin/umount -a -r
::shutdown:/sbin/swapoff -a

• ::sysinit:/etc/init.d/rcS 指定系统启动后运行 rcS 脚本；

• console::askfirst:-/bin/sh 将 console (ttymxc0) 作为终端控制台；

• ::restart:/sbin/init 指定重启时运行 /sbin/init；

• ::ctrlaltdel:/sbin/reboot 指定按下 ctrl+alt+del 组合键时运行 /sbin/reboot 重启系统；

• ::shutdown:/bin/umount -a -r 指定关机时运行 /bin/umount 卸载各个文件系统；

• ::shutdown:/sbin/swapoff -a 指定关机时运行 /sbin/swapoff 禁用交换分区 swap；

至此 Linux 系统必备的相关脚本准备完成，重启开发板检查是否可以正常运行

12.库文件测试

程序编译时一般使用动态库，在之前的操作中已经将相关库文件添加至 rootfs 中，使用以下程序测试库文件是否可以正常工作，在 rootfs 中创建 /drivers 目录并在其中新建 hello.c 文件，内容如下：

#include <stdio.h>int main(void)
{while(1) {printf("Hello World!\r\n");sleep(2);}return 0;
}

使用以下命令编译该程序：

arm-linux-gnueabihf-gcc hello.c -o hello

在开发板上执行该程序，输出结果如下图所示：

程序运行正常，表示添加的库文件没有问题，也可以使用以下命令让 hello 程序在后台运行：

./hello &

这样在 hello 程序运行时，终端仍然可以使用，关闭程序时需要使用 ps -a 查询对应的 PID，然后通过 kill -9 PID 终止程序的运行：

13.开机自启动测试

在 /etc/init.d/rcS 脚本的末尾添加命令，实现开机时自动运行 hello 程序：

#!/bin/shPATH=/sbin:/bin:/usr/sbin:/usr/bin:$PATH
LD_LIBRARY_PATH=$LD_LIBRARY_PATH:/lib:/usr/lib
export PATH LD_LIBRARY_PATHmount -a
mkdir /dev/pts
mount -t devpts devpts /dev/ptsecho /sbin/mdev > /proc/sys/kernel/hotplug 
mdev -scd /drivers
./hello &
cd /

14.添加域名解析配置

在 rootfs 中新建文件 /etc/resolv.conf，其中的内容设置为：

nameserver 114.114.114.114 
nameserver 172.17.40.1

nameserver 表示域名服务器，上面的代码设置了两个域名服务器

使用 udhcpc 命令自动获取域名服务器时，会自动修改 nameserver 的值