移植Linux：如何制作Rootfs？詳細教程
一、分析
1. 文件系統(tǒng)簡介
理論上說一個嵌入式設備如果內核能夠運行起來，且不需要運行用戶進程的話，是不需要文件系統(tǒng)的，文件系統(tǒng)簡單的說就是一種目錄結構，由于 linux操作系統(tǒng)的設備在系統(tǒng)中是以文件的形式存在，將這些文件進行分類管理以及提供和內核交互的接口，就形成一定的目錄結構也就是文件系統(tǒng)，文件系統(tǒng)是為用戶反映系統(tǒng)的一種形式，為用戶提供一個檢測控制系統(tǒng)的接口。
根文件系統(tǒng)，我認為根文件系統(tǒng)就是一種特殊的文件系統(tǒng),那么根文件系統(tǒng)和普通的文件系統(tǒng)有什么區(qū)別呢？
由于根文件系統(tǒng)是內核啟動時掛在的第一個文件系統(tǒng)，那么根文件系統(tǒng)就要包括Linux啟動時所必須的目錄和關鍵性的文件；
例如Linux啟動時都需要有init目錄下的相關文件，在 Linux掛載分區(qū)時Linux一定會找/etc/fstab這個掛載文件等，根文件系統(tǒng)中還包括了許多的應用程序bin目錄等，任何包括這些Linux 系統(tǒng)啟動所必須的文件都可以成為根文件系統(tǒng)。
Linux支持多種文件系統(tǒng)，包括ext2、ext3、vfat、ntfs、iso9660、jffs、yaffs、romfs和nfs等，為了對各類文件系統(tǒng)進行統(tǒng)一管理，Linux引入了虛擬文件系統(tǒng)VFS(Virtual File System)，為各類文件系統(tǒng)提供一個統(tǒng)一的操作界面和應用編程接口。
Linux啟動時，第一個必須掛載的是根文件系統(tǒng)；若系統(tǒng)不能從指定設備上掛載根文件系統(tǒng)，則系統(tǒng)會出錯而退出啟動。之后可以自動或手動掛載其他的文件系統(tǒng)。因此，一個系統(tǒng)中可以同時存在不同的文件系統(tǒng)。
不同的文件系統(tǒng)類型有不同的特點，因而根據(jù)存儲設備的硬件特性、系統(tǒng)需求等有不同的應用場合。在嵌入式Linux應用中，主要的存儲設備為 RAM(DRAM, SDRAM)和ROM(常采用FLASH存儲器)，常用的基于存儲設備的文件系統(tǒng)類型包括：jffs2, yaffs, cramfs, romfs,ramdisk, ramfs/tmpfs等。
2. 基于FLASH的文件系統(tǒng)
2.1 Cramfs：Compressed ROM File System
?它的速度快，效率高，其只讀的特點有利于保護文件系統(tǒng)免受破壞，提高了系統(tǒng)的可靠性。由于以上特性，Cramfs在嵌入式系統(tǒng)中應用廣泛。
但是它的只讀屬性同時又是它的一大缺陷，使得用戶無法對其內容對進行擴充。Cramfs映像通常是放在Flash中。
2.2 jffs2
?Jffs2: 日志閃存文件系統(tǒng)版本2 (Journalling Flash FileSystem v2)
?主要用于NOR型閃存，基于MTD驅動層，特點是：可讀寫的、支持數(shù)據(jù)壓縮的、基于哈希表的日志型文件系統(tǒng)，并提供了崩潰/掉電安全保護，提供“寫平衡”支持等。
?缺點主要是當文件系統(tǒng)已滿或接近滿時，因為垃圾收集的關系而使jffs2的運行速度大大放慢。jffs不適合用于NAND閃存主要是因為NAND閃存的容量一般較大，這樣導致jffs為維護日志節(jié)點所占用的內存空間迅速增大，另外，jffs 文件系統(tǒng)在掛載時需要掃描整個FLASH的內容，以找出所有的日志節(jié)點，建立文件結構，對于大容量的NAND閃存會耗費大量時間。
2.3.yaffs：Yet Another Flash File System
?yaffs/yaffs2是專為嵌入式系統(tǒng)使用NAND型閃存而設計的一種日志型文件系統(tǒng)。與jffs2相比，它減少了一些功能(例如不支持數(shù)據(jù)壓縮)，所以速度更快，掛載時間很短，對內存的占用較小。另外，它還是跨平臺的文件系統(tǒng)，除了Linux和eCos，還支持WinCE, pSOS和ThreadX等。yaffs/yaffs2自帶NAND芯片的驅動，并且為嵌入式系統(tǒng)提供了直接訪問文件系統(tǒng)的API，用戶可以不使用Linux中的MTD與 VFS，直接對文件系統(tǒng)操作。當然，yaffs也可與MTD驅動程序配合使用。
?yaffs與yaffs2的主要區(qū)別在于，前者僅支持小頁(512 Bytes) NAND閃存，后者則可支持大頁(2KB) NAND閃存。同時，yaffs2在內存空間占用、垃圾回收速度、讀/寫速度等方面均有大幅提升。
2.4. 網絡文件系統(tǒng)NFS (Network File System)
NFS是由Sun開發(fā)并發(fā)展起來的一項在不同機器、不同操作系統(tǒng)之間通過網絡共享文件的技術。
在嵌入式Linux系統(tǒng)的開發(fā)調試階段，可以利用該技術在主機上建立基于NFS的根文件系統(tǒng)，掛載到嵌入式設備，可以很方便地修改根文件系統(tǒng)的內容。
所采用的工具：mkfs.cramfs,mkfs.jffs2,mkfs.yaffs
http://sourceforge.net/projects/cramfs/
http://sourceforge.net/projects/jffs2os/
http://sourceforge.net/projects/yaffs/二、根文件系統(tǒng)的組成
1. 根文件系統(tǒng)目錄內容簡介
- bin :基本的可執(zhí)行文件
- opt :添加的軟件包
- boot :啟動時需要的一些文件
- proc :內核及進程信息的虛擬文件系統(tǒng)
- dev : 設備文件
- root:root用戶目錄
- etc: 系統(tǒng)配置文件
- sbin:系統(tǒng)管理的程序
- home : 用戶目錄
- tmp : 臨時文件
- lib : 庫文件
- usr : 應用程序
- mnt : 掛載文件系統(tǒng)的掛載點
- var : 存放系統(tǒng)日志或一些服務程序的臨時文件
2. 嵌入式環(huán)境需要移植的目錄
根文件系統(tǒng)中的每一個頂級目錄都有特定的用途和目的 ,但并不是所有的目錄在嵌入式環(huán)境下都需要，我們只創(chuàng)建需要的一些目錄:
/bin /sbin /etc /proc /tmp /var /dev /mntLinux根文件系統(tǒng)至少應包括以下幾項內容。
- 基本的文件系統(tǒng)結構，包含一些必需的目錄比如：/dev，/proc，/bin，/etc，/lib，/usr，/tmp等。
- 基本程序運行所需的庫函數(shù)，如glibc。
- 基本的系統(tǒng)配置文件，比如rc.sysinit，inittab等腳本文件。
- 必要的設備文件支持：/dev/hd*，/dev/tty*，/dev/fd0。
- 基本的應用程序，如sh，ls，cp，mv等。
3. 移植需要做的工作
- 把全局配置文件放入/etc目錄下。
- 將設備文件信息放入/dev目錄下，設備名可以作為符號鏈接定位在/dev中或/dev子目錄中的其他設備存在。
- 操作系統(tǒng)核心定位在/或/boot，若操作系統(tǒng)核心不是作為文件系統(tǒng)的一個文件存在，不應用它。
- 庫存放的目錄是/lib。
- 存放系統(tǒng)編譯后的可執(zhí)行文件、命令的目錄是/bin，/sbin，/usr。
三、 默認預置條件
1） 交叉編譯工具
需要預先安裝好交叉編譯器 ，一口君安裝版本是：arm-none-linux-gnueabi-gcc 默認在ubuntu中安裝目錄是：
/home/peng/toolchain/gcc-4.6.4/2） tftp服務器
開發(fā)板下載內核鏡像和設備樹需要借助tftp服務器，配置信息如下：
peng@ubuntu:~$ cat /etc/default/tftpd-hpa
# /etc/default/tftpd-hpa
TFTP_USERNAME="tftp"
TFTP_DIRECTORY="/tftpboot"
TFTP_ADDRESS="0.0.0.0:69"
TFTP_OPTIONS="--secure"服務器根目錄是**/tftpboot**
3） nfs服務器
內核啟動后掛載文件系統(tǒng)需要通過nfs服務器，nfs服務器設置如下：
peng@ubuntu:~$ cat /etc/exports
# /etc/exports: the access control list for filesystems which may be exported
# to NFS clients. See exports(5).
#
# Example for NFSv2 and NFSv3:
# /srv/homes hostname1(rw,sync,no_subtree_check) hostname2(ro,sync,no_subtree_check)
#
# Example for NFSv4:
# /srv/nfs4 gss/krb5i(rw,sync,fsid=0,crossmnt,no_subtree_check)
# /srv/nfs4/homes gss/krb5i(rw,sync,no_subtree_check)
#
/source/rootfs *(rw,sync,no_subtree_check)四、文件系統(tǒng)制作步驟
1、 源碼下載
我們選擇的版本是busybox-1.22.1.tar.bz2下載路徑為：
http://busybox.net/downloads/2、 解壓源碼
$ tar xvf busybox-1.22.1.tar.bz23、 進入源碼目錄
$ cd busybox-1.22.14、 配置源碼
選擇制作靜態(tài)庫，并設置交互編譯工具鏈的前綴arm-none-linux-gnueabi-如果是其他工具鏈，按照例子填寫即可。
$ make menuconfig
Busybox Settings --->
Build Options --->
[*] Build BusyBox as a static binary (no shared libs)
[ ] Force NOMMU build
[ ] Build with Large File Support (for accessing files > 2 GB)
(arm-none-linux-gnueabi-) Cross Compiler prefix
() Additional CFLAGS5、 編譯
$ make6、 安裝
busybox默認安裝路徑為源碼目錄下的_install
$ make install7、 進入安裝目錄下
默認創(chuàng)建以下4個文件或者文件夾
$ cd _install
$ ls
bin linuxrc sbin usr8、 創(chuàng)建其他需要的目錄
$ mkdir dev etc mnt proc var tmp sys root9、 添加庫
我們安裝的交叉工具鏈中有我們所需要的可以在開發(fā)板上使用的庫， 將其拷貝到_install目錄下即可：
$ cp /home/linux/toolchain/gcc-4.6.4/arm-arm1176jzfssf-linux-gnueabi/lib/ . -a修改文件權限并刪除靜態(tài)庫和共享庫文件中的符號表
$chmod +w lib
$chmod +w lib/*
$ rm lib/*.a
$ arm-none-linux-gnueabi-strip lib/*刪除不需要的庫，確保所有庫大小不超過8M
$ du -mh lib/10、 添加系統(tǒng)啟動文件
在etc下添加文件inittab，文件內容如下：
#this is run first except when booting in single-user mode.
::sysinit:/etc/init.d/rcS
# /bin/sh invocations on selected ttys
# start an "askfirst" shell on the console (whatever that may be)
::askfirst:-/bin/sh
# stuff to do when restarting the init process
::restart:/sbin/init
# stuff to do before rebooting
::ctrlaltdel:/sbin/reboot在etc下添加文件fstab，文件內容如下：
#device mount-point type options dump fsck order
proc /proc proc defaults 0 0
tmpfs /tmp tmpfs defaults 0 0
sysfs /sys sysfs defaults 0 0
tmpfs /dev tmpfs defaults 0 0【注意】這里我們掛載的文件系統(tǒng)有三個proc、sysfs和tmpfs。在內核中proc和sysfs默認都支持，而tmpfs是沒有支持的，我們需要確保內核有tmpfs的支持。
修改內核配置：
$ make menuconfig
File systems --->
Pseudo filesystems --->
[*] Virtual memory file system support (former shm fs)
[*] Tmpfs POSIX Access Control Lists重新編譯內核
在etc下創(chuàng)建init.d目錄，并在init.d下創(chuàng)建rcS文件，rcS文件內容為：
#!/bin/sh
# This is the first script called by init process
/bin/mount -a 掛載fstab制定的所有文件系統(tǒng)
echo /sbin/mdev > /proc/sys/kernel/hotplug
/sbin/mdev -s為rcS添加可執(zhí)行權限：
$ chmod +x init.d/rcS在etc下添加profile文件，文件內容為：
#!/bin/sh
export HOSTNAME=farsight
export USER=root
export HOME=root
export PS1="[$USER@$HOSTNAME \W]\# "
PATH=/bin:/sbin:/usr/bin:/usr/sbin
LD_LIBRARY_PATH=/lib:/usr/lib:$LD_LIBRARY_PATH
export PATH LD_LIBRARY_PATH
mknod dev/console c 5 1 該文件節(jié)點是必須的重要：新制作的文件系統(tǒng)尺寸若超出8M，刪除不需要的庫文件，比如c++庫等。
11. 測試
制作完畢的根文件系統(tǒng)可以讓開發(fā)板啟動后通過nfs掛載到ubuntu中，
- 刪除原先的/source/rootfs
$ sudo rm -rf /source/rootfs- 將我們新建的根文件系統(tǒng)拷貝到/source/rootfs目錄下
$sudo mkdir /source/rootfs
$ sudo cp _install/* /source/rootfs –a- 設置uboot環(huán)境變量
# setenv serverip 192.168.9.120
# setenv ipaddr 192.168.9.233
# setenv bootcmd tftp 41000000 uImage\;tftp 42000000 exynos4412-fs4412.dtb\;bootm 41000000 – 42000000
#setenv bootargs root=/dev/nfs nfsroot=192.168.9.120:/source/rootfs rw console=ttySAC2,115200 init=/linuxrc ip=192.168.9.233
# saveenv重新啟動開發(fā)板，查看是否能夠正常掛載，功能是否正常
圖片
五、制作ramdisk文件系統(tǒng)
通過NFS測試以后，就可以制作ramdisk文件系統(tǒng)了，具體如下：
1、制作一個大小為8M的鏡像文件
$ cd ~
$ dd if=/dev/zero of=ramdisk bs=1k count=8192 （ramdsik為8M）
If: input file
Of: output file2、格式化這個鏡像文件為ext2
$ mkfs.ext2 -F ramdisk3、在mount下面創(chuàng)建initrd目錄作為掛載點
$ sudo mkdir /mnt/initrd4、將這個磁盤鏡像文件掛載到/mnt/initrd下
注意這里的ramdisk不能存放在rootfs目錄中
$ sudo mount -t ext2 ramdisk /mnt/initrd5、將測試好的文件系統(tǒng)里的內容全部拷貝到 /mnt/initrd目錄下面
$ sudo cp /source/rootfs/* /mnt/initrd –a如果拷貝遇到錯誤，需要再次刪除不需要的庫，比如c++庫
6、卸載/mnt/initrd
$ sudo umount /mnt/initrd7、壓縮ramdisk為ramdisk.gz
$ gzip --best -c ramdisk > ramdisk.gz8、格式化為uboot識別的格式并拷貝到/tftpboot下
$ mkimage -n "ramdisk" -A arm -O linux -T ramdisk -C gzip -d ramdisk.gz ramdisk.img
$ cp ramdisk.img /tftpboot9、配置內核支持RAMDISK
制作完 initrd.img.gz后，需要配置內核支持RAMDISK作為啟動文件系統(tǒng)
make menuconfig
File systems --->
<*> Second extended fs support
Device Drivers
SCSI device support --->
<*> SCSI disk support
Block devices --->
<*>RAM block device support
(16)Default number of RAM disks
(8192) Default RAM disk size (kbytes) (修改為8M)
General setup --->
[*] Initial RAM filesystem and RAM disk (initramfs/initrd) support重新編譯內核，復制到/tftpboot
10、在U-BOOT命令行重新設置啟動參數(shù)：
# setenv bootcmd tftp 41000000 uImage\;tftp 42000000 exynos4412-fs4412.dtb\;tftp 43000000 ramdisk.img\;bootm 41000000 43000000 42000000
# saveenv重新啟動開發(fā)板查看能否正常啟動。
【注意】 因為各個開發(fā)板命令會有所差異，uboot命令的設置要廠家出廠的手冊操作
