基于S3C2440的嵌入式Linux根文件系统构建

    嵌入式Linux早已成为IT界家喻户晓的一个名字，使用Linux进行嵌入式产品开发有一个很大的优势，就是开发资源丰富，且成本低廉，嵌入式Linux操作系统越来越受到重视，其应用也越来越广泛。而文件系统作为操作系统的重要组成部分，用于控制对数据文件及设备的存取，提供对文件和目录的分层组织形式，数据缓冲以及对文件存取权限的控制。根文件系统一直是Linux系统不可或缺的组件，在嵌入式Lin-ux中，内核在启动期间进行的最后操作之一就是安装根文件系统。Busybox是构建嵌入式Linux根文件系统的软件，用它制作根文件系统简单、方便，而且设置灵活。

1 根文件
    Linux要在一个分区上存放系统启动所必需的文件，如内核映像文件、内核启动后运行的第一个程序、给用户提供操作界面的Shell程序、应用程序所依赖的库等，这些必需、基本的文件合称为根文件系统，它们存放在一个分区中。根文件系统一般包括：1)基本的文件系统结构，包含一些必须的目录，比如：／dev，／proc，／bin，／etc，／lib，／usr，／tmp；2)基本程序运行所需的库函数，如：libc／uC-libc；3)基本的系统配置文件，如：rc，inittab等脚本文件；4)必要的设备支持文件，如：／dev／hd*，／dev／tty，／dev／fdO；5)基本的应用程序，如：sh，ls，cp，mv等。
    根文件系统的制作就是生成包含上述各种文件的文件系统的过程，可通过直接拷贝宿主机上交叉编译器处的文件来制作根文件系统，但是这种方法制作的根文件系统一般过于庞大。也可通过一些工具如busybox来制作根文件系统，用busybox制作的根文件系统可以做到短小精悍并且运行效率较高。

2 busybox简介
    busybox常被很形象地称为嵌入式Linux系统中的“瑞士军刀”，因为它将许多常用的UNIX命令和工具结合到了一个单独的可执行程序中。虽然与相应的GNU工具比较，busybox所提供的功能和参数略少，但在比较小的系统或者嵌入式系统中已经足够。busybox在设计上充分考虑硬件资源受限的特殊工作环境，它采用一种很巧妙的方法减少自己的体积；所有命令都通过“插件”的方式集中到一个可执行文件中，在
实际应用过程中通过不同的符号链接来确定到底要执行哪个操作。例如最终生成的可执行文件为busybox，当为它建立一个符号链接ls的时候，就可以通过执行这个新命令实现列目录的功能。采用单一执行文件的方式可以最大限度地共享程序代码，甚至连文件头、内存中的程序控制块等其他操作系统资源都可共享，这对于资源比较紧张的系统来说，最合适不过了。

3 busybox的编译和安装
3．1 开发环境
    基于S3C2440 ARM920T的硬件平台，该系统的硬件平台上主要使用三星S3C2440，外围还包括64 M SDRAM和64 M NAND Flash，2 M NOR Flash，系统采用宿主机加目标板的模式，宿主机是PC机，其操作系统是RedHat linux，目标板是基于S3C2440微控制器的开发板，系统采用的内核是嵌入式Linux2．6．29，Boot loader是u-boot。
3．2 配置busybox
    从网上下载busybox-1．13．0．tar后，使用tar xvzf busybox1．13．0．tar命令获得busybox-1．13．0目录，里面即是所有的源码。进入busybox-1．13．O目录后执行“make menuconfig”命令可进入配置界面。其配置界面如图1所示。

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    在构造根文件系统时使用动态链接的busybox，构造根文件时需要在／lib目录下面放置glibc库文件。在busybox的配置过程中大多是选择或者去除各种命令，这里不详细叙述。
3．3 编译安装busybox
    在编译之前，首先需要修改busybox根目录下的Makefile，使用交叉编译器。
    将189行的ARCH?=$(SUBARCH)修改为ARCH?=arm，164行的CROSS_COMPILE?=修改为CROSS_COMPILE?=arm_linux-修改后执行make命令编译busybox。然后安装busybox，将busybox安装／home／work ／rootby目录下，在安装之前需要在pc机上执行“mkdir／home／work／rootby”命令建立rootby目录，然后执行“make CONFIG_PREFIX =／home／work／rootby install”命令完成安装。安装完成后生成如图2所示文件、目录。

4 构建根文件
    开发板的根文件系统在主机上的目录为／home／work／rootby。在此目录下使用mkdir命令建立dev，etc，home，lib，mnt，proc，root，sys，tmp目录。
4．1 创建etc目录下的文件
    在／home／work／rootby／etc目录下存放各种配置文件。这些文件都是可选的，它们依赖于系统中所拥有的应用程序，依赖于这些程序是否需要配置文件。
4．1．1 创建etc／inittab文件
    init进程根据／etc／inittab文件来创建其他子进程，比如调用脚本文件配置ip地址、挂接其他文件系统，最后启动shell等。
    参考busybox源码下面的“examples／inittab”文件，创建inittab代码如下：

    在busybox的参考文件中控制台是ttySAC0，而在s3c24xx系列器件的串口驱动里采用s3c2410_serialx做为设备名，使用串口0作为控制台，这里使用s3c2410_serialO作为控制台。
4．1．2 创建etc／init．d／rcS文件
    rcS文件是一个脚本文件，借助启动脚本可以设置各种程序开机后自动运行，也可进行其他系统设置，这有点类似于Windows系统中的Autobat自动批处理文件。创建的文件内容如下(实际内容可能与此不完全一致)：

    注意最后还要改变它的属性使它能够执行，执行chmod+x etc／init．d／rcS命令。

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4．1．3 创建etc／fstab文件
    fstab文件描述系统中各种文件系统的信息，应用程序读取这个文件，然后根据其内容进行自动挂载的工作。创建的代码如下：

    文件中各字段的意义如下：1)device：要挂接的设备，如／dev／mtdblockl；2)mount-point：挂接点；3)type：文件系统类型；4)opt-ions：挂接参数，以逗号隔开；5)dump和fsck order：用来决定控制dump、fsck程序的行为。
4．2 用户和组文件的创建
    需要在etc目录下增加passwd和group两个文件。首先增加passwd文件，passwd一共由7个字段组成，6个冒号将其隔开。其含义分别为：1)用户名；2)是否有加密口令，x表示有，不填表示无，采用MD5、DES加密；3)用户ID；4)组ID；5)注释字段；6)登录目录；7)所使用的shell程序。
    passwd的内容为root：x：0：0：root：／root：／bin／sh
    增加group文件，group共由4个字段组成，3个冒号将其隔开。含义分别为：1)组名；2)是否有加密口令，同passwd；3)组ID；4)指向各用户名指针的数组。
    ／home／work／rootby／etc／group内容如下：
    root：x：0：
4．3 构建dev目录
    从Linux-2．6．18开始，负责旧版本的设备管理系统devfs已被废除，但新版本的udev是一个基于用户空间的设备管理系统。在内核启动时并不能自动创建设备节点，固需手动创建console和null两个启动过程必须的设备节点。将采用busybox中内置的mdev，一个简化的udev版本。
    #mknod dev／console C 5 1
    #mknod dev／null C 1 3
    如果不创建这两个设备文件，在文件系统启动时会出现错误信息，不能初始化控制台。
4．4 安装glibc库
    在开发板上需要加载器和动态库，执行如下几个命令：
    $mkdir-p／home／work／rootby／lib
    $cd／home／tools／gcc-3．4．5-glibc-2．3．6／arm-linux／lib
    $cp*．SO*／home／work／rootby／lib-d

5 制作yaffs2文件系统映像文件
    所谓制作文件系统映像文件，就是将一个目录下的所有内容按照一定的格式存放到一个文件中，这个文件可以直接烧写到存储设备上去。
    在yaffs源码中有个utils目录，里面有mkyaffsimage和mkyaffs2image的源代码，前者可制作yaffs映像文件，后者制作yaffs2映像文件，将下载的yaffs2解压出来在目录／Development下有两个文件夹：yaffs和yaffs2，进入yaffs2／utils目录，此目录下有3个文件。在加入两个文件：nand-ecc．c和yaffs_packed-tagsl．c，具体文件这里不列出，源码可参见文献。
    修改Makefile文件：
    加入MKYAFFSSOURCES=mkyaffsimage．c yaffs_packedtagsl．C nand-ecc．c因为yaffs_packedtagsl．c和nand-ecc．c是加上去的。然后执行make命令后生成mkyaffs2image工具，复制此工具到PC机usr／local／bin目录下，利用makyaffs2image工具，执行#mkyaffsimage2 rootby／pyaffs2．img命令可生成文件系统映像文件。执行#gzip-9 pyaffs2．img最终生成嵌入式Linux根文件系统的映像文件为pyaffs2-．img．gz。至此，整个根文件系统就制作完成，最后可以通过上面制作的pyaffs2．img．gz启动整个系统。

6 下载映像文件并执行
    以下命令为通过Windows的超级终端工具下载Linux内核映像和根文件系统映像到目标板(基于S3C2440微处理器的开发板)。
    #tftp 30008000 zImage／*下载Linux内核映像到目标板内存*／
    #fftp 30800000 pyaffs2．img．gz／*下载根文件系统映像到目标板内存*／
    #go 30008000／*启动目标板Linux*／
    目标板的嵌入式Linux系统启动后在超级终端中显示的结果如图3所示。可见用busybox制作的根文件系统已经正常启动。

7 结束语
    对用busybox制作嵌入式Linux根文件系统的方法进行归纳和总结，给出制作嵌入式Linux根文件系统的一般方法，适用于ARM架构处理器的嵌入式系统。利用此方法制作的文件系统可在S3C2440上成功运行，意在给嵌入式系统平台的搭建有个整体把握和认识，以降低进入ARM嵌入式开发应用领域的门槛，提供的方法组建的文件系统非常简单且配置灵活。