基于busybox的嵌入式Linux根文件系统的制作方法

在嵌入式Linux操作系统越中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。
   
   
   
  
   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。
   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。