根文件系统构建(Buildroot 方式)

Posted 2021-12-23 行稳方能走远

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• 何为buildroot？
• • buildroot 简介
  • buildroot 下载
• buildroot 构建根文件系统
• • 配置buildroot
  • 编译buildroot
  • buildroot 根文件系统测试
• buildroot 第三方软件和库的配置
• buildroot 下的busybox 配置
• • busybox 配置
  • busybox 中文字符的支持
  • 编译busybox
• 根文件系统测试

前面我们学习了如何使用busybox 来构建根文件系统，但是busybox 构建的根文件系统不齐全，很多东西需要我们自行添加，比如lib 库文件。在我们后面的驱动开发中很多第三方软件也需要我们自己去移植，这些第三方软件有很多又依赖其他的库文件，导致移植过程非常的繁琐。本章我们来学习一下另外一种实用的根文件系统构建方法，那就是使用buildroot 来构建根文件系统。

何为buildroot？

buildroot 简介

在《第三篇系统移植篇》我们最后讲解了如何使用busybox 构建文件系统，busybox 仅仅只是帮我们构建好了一些常用的命令和文件，像lib 库、/etc 目录下的一些文件都需要我们自己手动创建，而且busybox 构建的根文件系统默认没有用户名和密码设置。在后续的实验中，我们还要自己去移植一些第三方软件和库，比如alsa、iperf、mplayer 等等。那么有没有一种傻瓜
式的方法或软件，它不仅包含了busybox 的功能，而且里面还集成了各种软件，需要什么软件就选择什么软件，不需要我们去移植。答案肯定是有的，buildroot 就是这样一种工具，buildroot比busybox 更上一层楼，buildroot 不仅集成了busybox，而且还集成了各种常见的第三方库和软件，需要什么就选择什么，就跟我们去吃自助餐一样，想吃什么就拿什么。buildroot 极大的方便了我们嵌入式Linux 开发人员构建实用的根文件系统。

从busybox 开始一步一步的构建根文件系统适合学习、了解根文件系统的组成，但是不适合做产品(主要是自己构建的话会有很多不完善、没有注意到的细节)。buildroot 会帮我们处理好各种细节，根文件系统也会更加的合理、有效。因此在做产品的时候推荐大家使用buildroot 来构建自己的根文件系统，当然了，类似buildroot 的软件还有很多，比如后面要讲的yocto。

buildroot 和uboot、Linux Kernel 很类似，我们需要到其官网上下载源码，然后对其进行配置，比如设置交叉编译器、设置目标CPU 参数等，最主要的就是选择所需要的第三方库或软件。一切配置好以后就可以进行编译，编译完成了以后就会在一个文件夹里面存放好编译结果，也就是根文件系统。

buildroot 下载

buildroot 源码肯定是要从buildroot 官网下载，官网地址为https://buildroot.org/，打开以后的官网界面如图A1.1.2.1 所示：

点击图A1.1.2.1 中的“DOWNLOAD”按钮即可打开buildroot 的下载界面，如图A1.1.2.2所示：

可以看出，在写本教程的时候最新的LTS(长期支持版)版buildroot 为2019.02.6，分为.gz和.bz2 两种压缩格式，这里我就使用右侧的.bz2 压缩格式的源码，选中以后下载即可。我们已经将其放到了开发板光盘中，路径为：1、例程源码-》8、buildroot 源码-》buildroot-2019.02.6.tar.bz2，
一切准备好以后就可以使用buildroot 构建根文件系统了。

buildroot 构建根文件系统

配置buildroot

将buildroot 源码buildroot-2019.02.6.tar.bz2 拷贝到ubuntu 中，也就是我们前面创建的tool目录下。拷贝完成以后对其进行解压，命令如下：

tar -vxjf buildroot-2019.02.6.tar.bz2

解压完成以后就会得到一个名为“buildroot-2019.02.6”的目录，此目录就是我们解压得到的buildroot 源码，进入到此目录中，此目录下的文件如图A1.2.1.1 所示：

buildroot 和uboot、Linux kernel 一样也支持图形化配置，输入如下命令即可打开图形化配置界：

make menuconfig

打开以后的图形化配置界面如图A1.2.1.2 所示：

接下来我们就依次配置buildroot，配置完成以后就可以进行编译了。
1、配置Target options
首先配置Target options 选项，需要配置的项目和其对应的内容如下(“=”号后面是配置项要选择的内容！)：

Target options
	-> Target Architecture 			= ARM (little endian)
	-> Target Binary Format 		= ELF
	-> Target Architecture Variant 	= cortex-A7
	-> Target ABI 					= EABIhf
	-> Floating point strategy 		= NEON/VFPv4
	-> ARM instruction set 			= ARM

配置完成以后如图A1.2.1.3 所示：

2、配置Toolchain
此配置项用于配置交叉编译工具链，也就是交叉编译器，这里设置为我们自己所使用的交叉编译器即可。buildroot 其实是可以自动下载交叉编译器的，但是都是从国外服务器下载的，鉴于国内的网络环境，强烈推荐大家设置成自己所使用的交叉编译器。需要配置的项目和其对应的内容如下：

Toolchain
	-> Toolchain type = External toolchain
	-> Toolchain = Custom toolchain //用户自己的交叉编译器
	-> Toolchain origin = Pre-installed toolchain //预装的编译器
	-> Toolchain path =/usr/local/arm/gcc-linaro-4.9.4-2017.01-x86_64_arm-linux-gnueabihf
	-> Toolchain prefix = $(ARCH)-linux-gnueabihf //前缀
	-> External toolchain gcc version = 4.9.x
	-> External toolchain kernel headers series = 4.1.x
	-> External toolchain C library = glibc/eglibc
	-> [*] Toolchain has SSP support? (NEW) //选中
	-> [*] Toolchain has RPC support? (NEW) //选中
	-> [*] Toolchain has C++ support? //选中
	-> [*] Enable MMU support (NEW) //选中

Toolchain 下几个比较重要的选项需要说明一下，如下所示：
Toolchain：设置为Custom toolchain，表示使用用户自己的交叉编译器。
Toolchain origin：设置为Pre-installed toolchain，表示使用预装的交叉编译器。
Toolchain path：设置自己安装的交叉编译器绝对路径！buildroot 要用到。
Toolchain prefix：设置交叉编译器前缀，要根据自己实际所使用的交叉编译器来设置，比如我们使用的是arm-linux-gnueabihf-gcc，因此前缀就是$(ARCH)-linux-gnueabihf，其中ARCH我们前面已经设置为了arm。

3、配置System configuration
此选项用于设置一些系统配置，比如开发板名字、欢迎语、用户名、密码等。需要配置的项目和其对应的内容如下：

System configuration
	-> System hostname 	= alpha_imx6ull //平台名字，自行设置
	-> System banner 	= Welcome to alpha i.mx6ull //欢迎语
	-> Init system 		= BusyBox //使用busybox
	-> /dev management 	= Dynamic using devtmpfs + mdev //使用mdev
	-> [*] Enable root login with password (NEW) //使能登录密码
	-> Root password 	= 123456 //登录密码为123456

在System configuration 选项中可以配置平台名字，登录密码等信息。

4、配置Filesystem images
此选项配置我们最终制作的根文件系统为什么格式的，配置如下：

-> Filesystem images
	-> [*] ext2/3/4 root filesystem //如果是EMMC 或SD 卡的话就用ext3/ext4
		-> ext2/3/4 variant = ext4 //选择ext4 格式
	-> [*] ubi image containing an ubifs root filesystem //如果使用NAND 的话就用ubifs

对于I.MX6U 来说此选项不用配置，因为我们是通过Mfgtool 工具将根文件系统烧写到开发板上的EMMC/SD 卡中，烧写的时候需要自己对根文件系统进行打包。

5、禁止编译Linux 内核和uboot
buildroot 不仅仅能构建根文件系统，也可以编译linux 内核和uboot。当配置buildroot，使能linux 内核和uboot 以后buildroot 就会自动下载最新的linux 内核和uboot 源码并编译。但是我们一般都不会使用buildroot 下载的linux 内核和uboot，因为buildroot 下载的linux 和uboot官方源码，里面会缺少很多驱动文件，而且最新的linux 内核和uboot 会对编译器版本号有要求，可能导致编译失败。因此我们需要配置buildroot，关闭linux 内核和uboot 的编译，只使用buildroot 来构建根文件系统，首先是禁止Linux 内核的编译，配置如下：

-> Kernel
	-> [ ] Linux Kernel //不要选择编译Linux Kernel 选项！

如图A1.2.1.4 所示：

接着禁止编译Uboot，配置如下：

-> Bootloaders
	-> [ ] U-Boot //不要选择编译U-Boot 选项！

如图A1.2.1.5 所示：

6、配置Target packages

此选项用于配置要选择的第三方库或软件、比如alsa-utils、ffmpeg、iperf 等工具，但是现在我们先不选择第三方库，防止编译不下去！先编译一下最基本的根文件系统，如果没有问题的话再重新配置选择第三方库和软件。否则一口吃太多会容易撑着的，编译出问题的时候都不知道怎么找问题。

编译buildroot

配置完成以后就可以编译buildroot 了，编译完成以后buildroot 就会生成编译出来的根文件系统压缩包，我们可以直接使用。输入如下命令开始编译：

sudo make //注意，一定要加sudo，而且不能通过-jx 来指定多核编译！！！

buildroot 编译的时候会先从网上下载所需的软件源码，有些软件源码可能下载不下来，这个时候就需要我们自行处理，这个后面会详细的讲解。
buildroot 编译过程会很耗时，可能需要几个小时，请耐心等待！
buildroot 因为要从网上下载源码，因此可能存在有些源码无法下载或下载很慢的情况，比如如图A1.2.2.1 所示：

可以看出图A1.2.2.1 中正在下载cmake-3.8.2.tar.gz 这个压缩包，大小是7.2MB，当前下载网速是1.6KB/S ，需要用时71 分钟，显然这是无法忍受的！我们可以自行到https://cmake.org/files/v3.8/cmake-3.8.2.tar.gz 这个网站上去将cmake-3.8.2.tar.gz 这个源码下载下来，然后拷贝到Ubuntu 中buildroot 源码目录下的dl 文件夹中，dl 文件夹专用用于存放下载下
来的源码。

等待编译完成，编译完成以后就会在buildroot-2019.02.6/output/images 下生成根文件系统，如图A1.2.2.2 所示：

从图A1.2.2.2 可以看出，编译出来了多种格式的rootfs，比如ext2、ext4、ubi 等。其中rootfs.tar 就是打包好的根文件系统，我们就使用rootfs.tar 进行测试。在nfs 目录下新建一个名为buildrootfs 的文件夹，然后将图A1.2.2.2 中的rootfs.tar 拷贝到buildrootfs 目录下并解压，命令如下：

cd /home/zuozhongkai/linux/nfs //进入到nfs 目录下
mkdir buildrootfs //创建buildrootfs 目录
cd buildrootfs //进入到buildrootfs 目录
cp ../../IMX6ULL/tool/buildroot-2019.02.6/output/images/rootfs.tar ./ //拷贝到rootfs.tar
tar
tar -vxf rootfs.tar //解压缩rootfs.tar
rm rootfs.tar //删除rootfs.tar

解压缩完成以后的buildrootfs 目录如图A1.2.2.3 所示：

图A1.2.2.3 就是使用buildroot 编译出来的根文件系统，我们可以通过nfs 挂载到开发板上，然后对其进行测试。

buildroot 根文件系统测试

buildroot 制作出来的根文件系统已经准备好了，接下来就是对其进行测试。测试方法也是通过nfs 挂载的方式，启动uboot，修改bootargs 环境变量，设置nfsroot 目录为Ubuntu 中的buildrootfs 目录，命令如下：

setenv bootargs 'console=tty1 console=ttymxc0,115200 root=/dev/nfs nfsroot=192.168.1.253:
/home/zuozhongkai/linux/nfs/buildrootfs rw ip=192.168.1.251:192.168.1.253:192.168.1.1:255.255.
255.0::eth0:off'

设置好以后启动系统，进入根文件系统以后如图A2.2.3.1 所示：

在图A2.2.3.1 中，首先要进入到/lib/modules 目录，但是默认没有，因此需要我们自行创建此目录。buildroot 构建的根文件系统启动以后会输出我们前面设置的欢迎语“Welcome to alpha i.mx6ull”。然后需要输入用户名和密码，用户名是“root”，密码就是我们前面配置buildroot 的时候设置的“123456”。输入用户名和密码以后就可以进入系统中，如图A2.2.3.2 所示：

可以看出的buildroot 构建的根文件系统运行基本没有问题，但是这个根文件系统是最简单的，我们并没有在buildroot 里面配置任何第三方的库和软件，接下来我们就配置buildroot，使能一些常见的第三方软件。

buildroot 第三方软件和库的配置

我在前面学习的时候需要自行移植一些第三方的库和软件，比如alsa-lib、alsa-utils 等等，现在我们不需要自行移植这些第三方软件和库了，可以直接在buildroot 里面配置使能。比如我们现在配置使能alsa-lib、alsa-utils 这两个软件和库。

1、使能alsa-lib
输入make menuconfig，打开buildroot 配置界面，配置路径如下：

Target packages
	-> Libraries
		-> Audio/Sound
			-> -*- alsa-lib ---> 此配置项下的文件全部选中

如图A1.3.1 所示：

2、使能alsa-utils
接下来使能alsa-utils，路径如下：

Target packages
	-> Audio and video applications
		-> alsa-utils 此目录下的软件全部选中

配置好以后如图A1.3.2 所示：

等待编译完成就可以使用新的根文件系统进行测试了，将buildroot/images/rootfs.tar 拷贝到nfs 目录下的buildroot 目录中，然后重新解压。注意，以前自己添加的文件并不会被删除掉的，解压命令如下：

tar -vxf rootfs.tar

解压完成以后就可以使用alsa-utils 相关的软件了，比如alsamixer，想想我们曾经在第六十五章中自行移植alsa-utils 的时候，那个过程叫一个复杂。通过buildroot 的话直接一个配置就可以搞定全部，方便快捷，大家可以自行尝试去配置使能一些其他的第三方库和软件。

buildroot 下的busybox 配置

busybox 配置

buildroot 在构建根文件系统的时候也是要用到busybox 的，既然用到了busybox 那么就涉及到busybox 的配置。buildroot 会自动下载busybox 压缩包，buildroot 下载的源码压缩包都存放在/dl 目录下，在dl 目录下就有一个叫做“busybox”的文件夹，此目录下保存着busybox 压缩包，如图A1.4.1.1 所示：

可以看出，buildroot 下载的busybox 版本为1.29.3。要想编译busybox，必须对图A1.4.1.1中的压缩包进行解压缩，buildroot 将所有解压缩后的软件保存在/output/build 软件中，我们可以在找到/output/build/busybox-1.29.3 这个文件夹，此文件夹就是解压后的busybox 源码，文件内容如图A1.4.1.2 所示：

如果大家想要修改busybox 源码的话就直接在图A1.4.1.2 中找到相应的文件，然后修改即可。我们现在是要配置buildroot 下的busybox，因此肯定要打开busybox 的配置界面，在buildroot下打开busybox 的配置界面输入如下命令：

sudo make busybox-menuconfig

输入以后就会打开buildroot 下的busybox 配置界面，如图A1.4.1.3 所示：

图A1.4.1.3 就是我们最熟悉的busybox 配置界面了，大家想要配置什么就直接操作就行了，或者参考第三十八章即可。

busybox 中文字符的支持

在第三十八章我们数过了，busybox 对中文字符显示做了限制，因此必须要修改相关的文件，具体修改过程参考38.2.2 小节即可，这里就不再赘述了。

编译busybox

配置好以后就可以重新编译buildroot 下的busybox，进入到buildroot 源码目录下，输入如下命令查看当前buildroot 所有配置了的目标软件包，也就是packages：

sudo make show-targets

结果如图A1.4.3.1 所示：

图A1.4.3.1 中列出了当前buildroot 中所有使能了的packages 包，其中就包括busybox，如
果我们想单独编译并安装busybox 的话执行下面命令即可：

sudo make busybox

上述命令就会重新编译busybox。编译完成以后重新编译buildroot，主要是对其进行打包，输入如下命令：

sudo make

重新编译完成以后查看一下output/images 目录下rootfs.tar 的创建时间是否为刚刚编译的，如果不是的话就删除掉rootfs.tar，然后重新执行“sudo make”重新编译一下即可。最后我们使用新的rootfs.tar 启动Linux 系统。

根文件系统测试

buildroot 的根文件系统制作好以后就是测试工作了，测试内容和第三十八章中一样，这里就不赘述了。这里我们重点说一下另外一个问题，我们使用构建的根文件系统启动以后会发现，输入命令的时候命令行前面一直都是“#”，如果我们进入到某个目录的话前面并不会显示当前目录路径，如图A1.5.1 所示：

从图A1.5.1 可以看出，我们当前所处的目录是/etc，但是前面的提示符一直是“#”，这样不利于我们查看自己当前所处的路径。最好能像Ubuntu 一样，可以指出当前登录的用户名，主机名以及所处的目录，如图A1.5.2 所示：

我们现在就来设置，实现图A1.5.2 中所示的效果。我们要先了解一下“PS1”这个环境变量，PS1 用于设置命令提示符格式，格式如下：

PS1 = ‘命令列表’

命令列表中可选的参数如下：

\\! 显示该命令的历史记录编号。
\\# 显示当前命令的命令编号。
\\$ 显示$符作为提示符，如果用户是root 的话，则显示#号。
\\\\ 显示反斜杠。
\\d 显示当前日期。
\\h 显示主机名。
\\n 打印新行。
\\nnn 显示nnn 的八进制值。
\\s 显示当前运行的shell 的名字。
\\t 显示当前时间。
\\u 显示当前用户的用户名。
\\W 显示当前工作目录的名字。
\\w 显示当前工作目录的路径

我们打开/etc/profile 文件，找到如下所示内容，然后将其屏蔽掉：

			示例代码A1.5.1 /etc/profile 文件要屏蔽的内容
3 if [ "$PS1" ]; then
4 	if [ "`id -u`" -eq 0 ]; then
5 		export PS1='# '
6 	else
7 		export PS1='$ '
8 	fi
9 fi

上述代码就是原始的设置PS1 环境变量的配置代码，就是它将命令提示符设置为了固定的“#”，我们将其屏蔽掉，然后输入如下所示内容：

						/etc/profile 添加的内容
PS1='[\\u@\\h]:\\w$:'
export PS1

第2 行就是设置PS1 环境变量，格式就是：

[user@hostname]:currentpath$:

设置好以后的/etc/profile 文件内容如图A1.5.3 所示：

/etc/profile 文件修改完成以后重启开发板，这个时候我们就如到某个目录的时候命令行就会有提示，如图A1.5.4 所示：

从图A1.5.4 可以看出，命令提示符显示正常了，完整的显示除了用户名、主机名和当前路径。至此，buildroot 构建根文件系统就已经全部完成了，当然了，很多第三方软件本章并没有使能，大家可以自行根据实际需求选择对应的第三方软件和库。