基于S3C2440的嵌入式Linux根文件系統(tǒng)構(gòu)建

彭 浩，龔 杰，秦建敏

（太原理工大學 山西 太原 030024）

嵌入式Linux早已成為IT界家喻戶曉的一個名字，使用Linux進行嵌入式產(chǎn)品開發(fā)有一個很大的優(yōu)勢，就是開發(fā)資源豐富，且成本低廉，嵌入式Linux操作系統(tǒng)越來越受到重視，其應(yīng)用也越來越廣泛。而文件系統(tǒng)作為操作系統(tǒng)的重要組成部分，用于控制對數(shù)據(jù)文件及設(shè)備的存取，提供對文件和目錄的分層組織形式，數(shù)據(jù)緩沖以及對文件存取權(quán)限的控制。根文件系統(tǒng)一直是Linux系統(tǒng)不可或缺的組件，在嵌入式Linux中，內(nèi)核在啟動期間進行的最后操作之一就是安裝根文件系統(tǒng)。Busybox是構(gòu)建嵌入式Linux根文件系統(tǒng)的軟件，用它制作根文件系統(tǒng)簡單、方便，而且設(shè)置靈活。

1 根文件

Linux要在一個分區(qū)上存放系統(tǒng)啟動所必需的文件，如內(nèi)核映像文件、內(nèi)核啟動后運行的第一個程序、給用戶提供操作界面的Shell程序、應(yīng)用程序所依賴的庫等，這些必需、基本的文件合稱為根文件系統(tǒng)，它們存放在一個分區(qū)中[1]。

根文件系統(tǒng)一般包括：1）基本的文件系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，包含一些必須的目錄， 比如：/dev，/proc，/bin，/etc，/lib，/usr，/tmp；2）基本程序運行所需的庫函數(shù)，如：Glibc/uC-libc；3）基本的系統(tǒng)配置文件，如：rc，inittab等腳本文件；4）必要的設(shè)備支持文件， 如：/dev/hd*，/dev/tty，/dev/fd0；5） 基本的應(yīng)用程序，如：sh，ls，cp，mv等。

根文件系統(tǒng)的制作就是生成包含上述各種文件的文件系統(tǒng)的過程，可通過直接拷貝宿主機上交叉編譯器處的文件來制作根文件系統(tǒng)，但是這種方法制作的根文件系統(tǒng)一般過于龐大[2]。也可通過一些工具如busybox來制作根文件系統(tǒng)，用busybox制作的根文件系統(tǒng)可以做到短小精悍并且運行效率較高。

2 busybox簡介

busybox常被很形象地稱為嵌入式Linux系統(tǒng)中的“瑞士軍刀”，因為它將許多常用的UNIX命令和工具結(jié)合到了一個單獨的可執(zhí)行程序中。雖然與相應(yīng)的GNU工具比較，busybox所提供的功能和參數(shù)略少，但在比較小的系統(tǒng)或者嵌入式系統(tǒng)中已經(jīng)足夠[3]。busybox在設(shè)計上充分考慮硬件資源受限的特殊工作環(huán)境，它采用一種很巧妙的方法減少自己的體積；所有命令都通過“插件”的方式集中到一個可執(zhí)行文件中，在實際應(yīng)用過程中通過不同的符號鏈接來確定到底要執(zhí)行哪個操作。例如最終生成的可執(zhí)行文件為busybox，當為它建立一個符號鏈接ls的時候，就可以通過執(zhí)行這個新命令實現(xiàn)列目錄的功能。采用單一執(zhí)行文件的方式可以最大限度地共享程序代碼，甚至連文件頭、內(nèi)存中的程序控制塊等其他操作系統(tǒng)資源都可共享，這對于資源比較緊張的系統(tǒng)來說，最合適不過了。

3 busybox的編譯和安裝

3.1 開發(fā)環(huán)境

基于S3C2440 ARM920T的硬件平臺，該系統(tǒng)的硬件平臺上主要使用三星S3C2440，外圍還包括 64 M SDRAM和64 M NAND Flash，2 M NOR Flash，系統(tǒng)采用宿主機加目標板的模式，宿主機是PC機，其操作系統(tǒng)是RedHat linux，目標板是基于S3C2440微控制器的開發(fā)板，系統(tǒng)采用的內(nèi)核是嵌入式 Linux2.6.29，Boot loader是 u-boot。

3.2 配置busybox

從網(wǎng)上下載busybox-1.13.0.tar后，使用tar xvzf busybox-1.13.0.tar命令獲得busybox-1.13.0目錄，里面即是所有的源碼。進入busybox-1.13.0目錄后執(zhí)行“make menuconfig”命令可進入配置界面。其配置界面如圖1所示。

圖1 busybox1.13.0配置界面

在構(gòu)造根文件系統(tǒng)時使用動態(tài)鏈接的busybox，構(gòu)造根文件時需要在/lib目錄下面放置glibc庫文件。在busybox的配置過程中大多是選擇或者去除各種命令，這里不詳細敘述。

3.3 編譯安裝busybox

在編譯之前，首先需要修改busybox根目錄下的Makefile，使用交叉編譯器。

將189行的ARCH?=$（SUBARCH）修改為ARCH?=arm，164行的CROSS_COMPILE?= 修改為 CROSS_COMPILE?=arm-linux-修改后執(zhí)行make命令編譯busybox。然后安裝busybox，將 busybox安裝/home/work/rootby目錄下，在安裝之前需要在pc機上執(zhí)行“mkdir/home/work/rootby”命令建立rootby目錄，然后執(zhí)行 “make CONFIG_PREFIX=/home/work/rootby install”命令完成安裝。安裝完成后生成如圖2所示文件、目錄。

圖2 busybox安裝后生成的文件、目錄

4 構(gòu)建根文件

開發(fā)板的根文件系統(tǒng)在主機上的目錄為/home/work/rootby。 在此目錄下使用 mkdir 命令建立 dev，etc，home，lib，mnt，proc，root，sys，tmp 目錄。

4.1 創(chuàng)建etc目錄下的文件

在/home/work/rootby/etc目錄下存放各種配置文件。這些文件都是可選的，它們依賴于系統(tǒng)中所擁有的應(yīng)用程序，依賴于這些程序是否需要配置文件[4]。

4.1.1 創(chuàng)建etc/inittab文件

init進程根據(jù)/etc/inittab文件來創(chuàng)建其他子進程，比如調(diào)用腳本文件配置ip地址、掛接其他文件系統(tǒng)，最后啟動shell等。

參考 busybox源碼下面的“examples/inittab”文件，創(chuàng)建inittab代碼如下：

在busybox的參考文件中控制臺是ttySAC0，而在s3c24xx系列器件的串口驅(qū)動里采用s3c2410_serialx做為設(shè)備名，使用串口0作為控制臺，這里使用s3c2410_serial0作為控制臺。

4.1.2 創(chuàng)建etc/init.d/rcS文件

rcS文件是一個腳本文件，借助啟動腳本可以設(shè)置各種程序開機后自動運行，也可進行其他系統(tǒng)設(shè)置，這有點類似于Windows系統(tǒng)中的Autobat自動批處理文件[5]。創(chuàng)建的文件內(nèi)容如下（實際內(nèi)容可能與此不完全一致）：

注意最后還要改變它的屬性使它能夠執(zhí)行，執(zhí)行chmod+x etc/init.d/rcS命令。

4.1.3 創(chuàng)建etc/fstab文件

fstab文件描述系統(tǒng)中各種文件系統(tǒng)的信息，應(yīng)用程序讀取這個文件，然后根據(jù)其內(nèi)容進行自動掛載的工作。創(chuàng)建的代碼如下：

文件中各字段的意義如下：1）device：要掛接的設(shè)備，如/dev/mtdblock1；2）mount-point：掛接點；3）type：文件系統(tǒng)類型；4）options：掛接參數(shù)，以逗號隔開；5）dump 和 fsck order：用來決定控制dump、fsck程序的行為。

4.2 用戶和組文件的創(chuàng)建

需要在etc目錄下增加passwd和group兩個文件。首先增加passwd文件，passwd一共由7個字段組成，6個冒號將其隔開。其含義分別為：1）用戶名；2）是否有加密口令，x表示有，不填表示無，采用 MD5、DES 加密；3）用戶 ID ；4）組 ID；5）注釋字段；6）登錄目錄；7）所使用的 shell程序。

增加group文件，group共由4個字段組成，3個冒號將其隔開。含義分別為：1）組名；2）是否有加密口令，同passwd；3）組 ID；4） 指向各用戶名指針的數(shù)組。

/home/work/rootby/etc/group內(nèi)容如下：

4.3 構(gòu)建dev目錄

從Linux-2.6.18開始，負責舊版本的設(shè)備管理系統(tǒng)devfs已被廢除，但新版本的udev是一個基于用戶空間的設(shè)備管理系統(tǒng)。在內(nèi)核啟動時并不能自動創(chuàng)建設(shè)備節(jié)點，固需手動創(chuàng)建console和null兩個啟動過程必須的設(shè)備節(jié)點。將采用busybox中內(nèi)置的mdev，一個簡化的udev版本。

如果不創(chuàng)建這兩個設(shè)備文件，在文件系統(tǒng)啟動時會出現(xiàn)錯誤信息，不能初始化控制臺。

4.4 安裝glibc庫

在開發(fā)板上需要加載器和動態(tài)庫，執(zhí)行如下幾個命令：

5 制作yaffs2文件系統(tǒng)映像文件

所謂制作文件系統(tǒng)映像文件，就是將一個目錄下的所有內(nèi)容按照一定的格式存放到一個文件中，這個文件可以直接燒寫到存儲設(shè)備上去。

在yaffs源碼中有個utils目錄，里面有mkyaffsimage和mkyaffs2image的源代碼，前者可制作yaffs映像文件，后者制作yaffs2映像文件，將下載的yaffs2解壓出來在目錄/Development下有兩個文件夾[6]：yaffs和yaffs2，進入yaffs2/utils目錄，此目錄下有3個文件。在加入兩個文件：nand-ecc.c和yaffs_packedtags1.c，具體文件這里不列出，源碼可參見文獻[7]。

修改Makefile文件：

加入MKYAFFSSOURCES=mkyaffsimage.c yaffs_packedtags1.c nand-ecc.c因為yaffs_packedtags1.c和nand-ecc.c是加上去的。然后執(zhí)行make命令后生成mkyaffs2image工具，復(fù)制此工具到PC機usr/local/bin目錄下，利用makyaffs2image工具，執(zhí)行#mkyaffsimage2 rootby/pyaffs2.img命令可生成文件系統(tǒng)映像文件。執(zhí)行#gzip-9 pyaffs2.img最終生成嵌入式Linux根文件系統(tǒng)的映像文件為pyaffs2.img.gz。至此，整個根文件系統(tǒng)就制作完成，最后可以通過上面制作的pyaffs2.img.gz啟動整個系統(tǒng)。

6 下載映像文件并執(zhí)行

以下命令為通過Windows的超級終端工具下載Linux內(nèi)核映像和根文件系統(tǒng)映像到目標板（基于S3C2440微處理器的開發(fā)板）。

目標板的嵌入式Linux系統(tǒng)啟動后在超級終端中顯示的結(jié)果如圖3所示。 可見用busybox制作的根文件系統(tǒng)已經(jīng)正常啟動。

圖3 根文件系統(tǒng)移植后運行結(jié)果

7 結(jié)束語

對用busybox制作嵌入式Linux根文件系統(tǒng)的方法進行歸納和總結(jié)，給出制作嵌入式Linux根文件系統(tǒng)的一般方法，適用于ARM架構(gòu)處理器的嵌入式系統(tǒng)。利用此方法制作的文件系統(tǒng)可在S3C2440上成功運行，意在給嵌入式系統(tǒng)平臺的搭建有個整體把握和認識，以降低進入ARM嵌入式開發(fā)應(yīng)用領(lǐng)域的門檻，提供的方法組建的文件系統(tǒng)非常簡單且配置靈活。

[1]韋東山.嵌入式Linux應(yīng)用開發(fā)完全手冊[M].北京：人民郵電出版社，2008：68-70.

[2]邵長彬，李洪亮.用Busybox制作嵌入式Linux根文件系統(tǒng)[J].微計算機信息，2007，23（10-2）：48-50.

[3]陳峰，李濱滔，戈志華.基于S3C2410的嵌入式Linux系統(tǒng)構(gòu)建[J].現(xiàn)代電子技術(shù)，2007，（24）：55-57.

[4]馮世奎，劉王勺.Linux嵌入式系統(tǒng)根文件系統(tǒng)的選擇與制作[J].成都信息工程學院學報，2006，21（4）：508-512.

[5]廣州友善之臂計算機科技有限公司.MINI2440用戶手冊[EB/OL].（2009-08-17）[2009-12-20].http://arm9.net/download.asp.

[6]龍亞春，黃璞，吳勝.超大容量NAND Flash文件系統(tǒng)-YAFFS2在Linux下的實現(xiàn) [J].北京電子科技學院學報，2007，15（2）：81-84.

[7]小龍.利用busybox做 yaffs根文件系統(tǒng)[EB/OL].（2009-01-22）[2009-12-20].http://blog.mcuol.com/User/longren/Article/9633_1.htm.