嵌入式ROOTFS transplantation

Posted zhugeanran

tags:

篇首语:本文由小常识网(cha138.com)小编为大家整理,主要介绍了嵌入式ROOTFS transplantation相关的知识,希望对你有一定的参考价值。

作一个嵌入式Linux rootfs,并且实现 web 服务

1. 文件系统简介

?理论上说一个嵌入式设备如果内核能够运行起来,且不需要运行用户进程的话,是不需要文件系统的,文件系统简单的说就是一种目录结构,由于 linux操作系统的设备在系统中是以文件的形式存在,将这些文件进行分类管理以及提供和内核交互的接口,就形成一定的目录结构也就是文件系统,文件系统是为用户反映系统的一种形式,为用户提供一个检测控制系统的接口。
?根文件系统,我认为根文件系统就是一种特殊的文件系统,那么根文件系统和普通的文件系统有什么区别呢?由于根文件系统是内核启动时挂在的第一个文件系统,那么根文件系统就要包括Linux启动时所必须的目录和关键性的文件,例如Linux启动时都需要有init目录下的相关文件,在 Linux挂载分区时Linux一定会找/etc/fstab这个挂载文件等,根文件系统中还包括了许多的应用程序bin目录等,任何包括这些Linux 系统启动所必须的文件都可以成为根文件系统。
?Linux支持多种文件系统,包括ext2、ext3、vfat、ntfs、iso9660、jffs、yaffs、romfs和nfs等,为了对各类文件系统进行统一管理,Linux引入了虚拟文件系统VFS(Virtual File System),为各类文件系统提供一个统一的操作界面和应用编程接口。
?Linux启动时,第一个必须挂载的是根文件系统;若系统不能从指定设备上挂载根文件系统,则系统会出错而退出启动。之后可以自动或手动挂载其他的文件系统。因此,一个系统中可以同时存在不同的文件系统。不同的文件系统类型有不同的特点,因而根据存储设备的硬件特性、系统需求等有不同的应用场合。在嵌入式Linux应用中,主要的存储设备为 RAM(DRAM, SDRAM)和ROM(常采用FLASH存储器),常用的基于存储设备的文件系统类型包括:jffs2, yaffs, cramfs, romfs,ramdisk, ramfs/tmpfs等。
2.    基于FLASH的文件系统 
?2.1 Cramfs:Compressed ROM File System
?它的速度快,效率高,其只读的特点有利于保护文件系统免受破坏,提高了系统的可靠性。由于以上特性,Cramfs在嵌入式系统中应用广泛。但是它的只读属性同时又是它的一大缺陷,使得用户无法对其内容对进扩充。Cramfs映像通常是放在Flash中。
 
?2.2 jffs2
?Jffs2: 日志闪存文件系统版本2 (Journalling Flash FileSystem v2)

?主要用于NOR型闪存,基于MTD驱动层,特点是:可读写的、支持数据压缩的、基于哈希表的日志型文件系统,并提供了崩溃/掉电安全保护,提供“写平衡”支持等。

?缺点主要是当文件系统已满或接近满时,因为垃圾收集的关系而使jffs2的运行速度大大放慢。jffs不适合用于NAND闪存主要是因为NAND闪存的容量一般较大,这样导致jffs为维护日志节点所占用的内存空间迅速增大,另外,jffs 文件系统在挂载时需要扫描整个FLASH的内容,以找出所有的日志节点,建立文件结构,对于大容量的NAND闪存会耗费大量时间。

 

2.3.yaffs:Yet Another Flash File System 

 

?yaffs/yaffs2是专为嵌入式系统使用NAND型闪存而设计的一种日志型文件系统。与jffs2相比,它减少了一些功能(例如不支持数据压缩),所以速度更快,挂载时间很短,对内存的占用较小。另外,它还是跨平台的文件系统,除了Linux和eCos,还支持WinCE, pSOS和ThreadX等。yaffs/yaffs2自带NAND芯片的驱动,并且为嵌入式系统提供了直接访问文件系统的API,用户可以不使用Linux中的MTD与 VFS,直接对文件系统操作。当然,yaffs也可与MTD驱动程序配合使用。
?yaffs与yaffs2的主要区别在于,前者仅支持小页(512 Bytes) NAND闪存,后者则可支持大页(2KB) NAND闪存。同时,yaffs2在内存空间占用、垃圾回收速度、读/写速度等方面均有大幅提升。
 
?2.4. 网络文件系统NFS (Network File System)
?NFS是由Sun开发并发展起来的一项在不同机器、不同操作系统之间通过网络共享文件的技术。
?在嵌入式Linux系统的开发调试阶段,可以利用该技术在主机上建立基于NFS的根文件系统,挂载到嵌入式设备,可以很方便地修改根文件系统的内容。
 
?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/
3.根文件系统的组成
?目录  内容
?Bin  :基本的可执行文件
?Opt  :添加的软件包
?Boot :启动时需要的一些文件
?Proc :内核及进程信息的虚拟文件系统
?Dev : 设备文件
 
Root:root用户目录
?Etc: 系统配置文件
?Sbin:系统管理的程序
?Home : 用户目录
?Tmp : 临时文件
?Lib : 库文件
?Usr : 应用程序
?Mnt : 挂载文件系统的挂载点
?Var : 存放系统日志或一些服务程序的临时文件
?根文件系统中的每一个顶级目录都有特定的用途和目的 
?但并不是所有的目录在嵌入式环境下都需要,
?我们只创建需要的一些目录:
?/bin /sbin /etc /proc /tmp /var /dev /mnt
?Linux的根文件系统至少应包括以下几项内容。
?1.基本的文件系统结构,包含一些必需的目录比如:/dev,/proc,/bin,/etc,/lib,/usr,/tmp等。
?2.基本程序运行所需的库函数,如Glibc/uClibc。
?3.基本的系统配置文件,比如rc.sysinit,inittab等脚本文件。
?4.必要的设备文件支持:/dev/hd*,/dev/tty*,/dev/fd0。
?5.基本的应用程序,如sh,ls,cp,mv等。
?1.把全局配置文件放入/etc目录下。
?2.将设备文件信息放入/dev目录下,设备名可以作为符号链接定位在/dev中或/dev子目录中的其他设备存在。
?3.操作系统核心定位在/或/boot,若操作系统核心不是作为文件系统的一个文件存在,不应用它。
?4.库存放的目录是/lib。
?5.存放系统编译后的可执行文件、命令的目录是/bin,/sbin,/usr。
 
4. 定制文件系统 ,基于 ELDK,busybox
?安装ELDK:
#mount –o loop arm-2008-11-24.iso /mnt
?#/mnt/install –d /opt/eldk
?#mkdir rootfs ;假定以下内容都是在 rootfs 目录下:
?4.1自定义文件系统
?目录bin
?-------->用busybox编译,下面说明
?目录sbin
?-------->用busybox编译,下面说明
?目录usr
?-------->建立bin sbin两个空目录 
?目录var
?-------->建立log空目录 
?目录etc
?------->可以把/opt /eldk/arm下或者s3c2410_recover
?的etc 拷贝过来修改,怎么修改下面说明,需要包括:
?inittab
?rc.local -> rc.d/rc.local
?rc.sysinit -> rc.d/rc.sysinit
?
目录dev
?------->这里不能直接从/opt/eldk/下 拷贝
?       应当如下制作否则系统启动是会说明找不到设备文件console之类
?      cd /  rootfs/dev
?      /mnt/ELDK_MAKEDEV  //ELDK_MAKEDEV从 ELDK ISO 文件里copy出来
?这样在目录dev 节点文件就出现了
?目录lib
?------->如果是采用静态编译,这里就空着;
?如果采用动态编译 ,
s3c2410_recoverlib
?或 /usr/local/arm/3.4.1/arm-linux/lib
?或/opt/eldk/arm/lib copy 过来,再裁减lib 库
?目录 proc
?------->空着但必须有这目录
?4.2.etc/下文件内容修改
?4.2.1 etc/rc.d/rc.sysinit
?这里你还可以按自己的要求修改
?4.2.2 etc/rc.d/rc.local
?以后要启动的程序你可以加在这里
?=============================================================
?#!/bin/sh
?#
?# This script will be executed *after* all the other init scripts.
?# You can put your own initialization stuff in here if you don‘t
?# want to do the full Sys V style init stuff.
?#touch /var/lock/subsys/local
?=======================================
?4.2.3 etc/inittab
?init启动后会首先执行这个文件
?===========================================================?#
?# inittab       This file describes how the INIT process should set up
?#               the system in a certain run-level.
?# Default runlevel. The runlevels used by RHS are:
?#   0 - halt (Do NOT set initdefault to this)
?#   1 - Single user mode
?#   2 - Multiuser, without NFS (The same as 3, if you do not have networking)
?#   3 - Full multiuser mode
?#   4 - unused
?#   5 - X11
?#   6 - reboot (Do NOT set initdefault to this)
?#

【1】文件系统

 挂载文件系统
  mount  -t     vfat                               /dev/mmcblk1p1    /mnt
  挂载         指定需要挂载的文件系统的类型       设备节点(文件)  挂载点(文件系统挂载到rootfs的地方)
  

【2】内核调试

 1)点灯是用 GPIO 作为输出,观察程序运行阶段和状态的方法
 
 2)printk
   内核解压后
   信息输出显示是在 console 初始化之后


   printascii
   console初始化前


   printk打印级别:数字越低,级别越高
   
  1. #define KERN_EMERG "<0>" /* system is unusable */
  2.  #define LERT "<1>” /* action must be taken immediately */
  3.  #define KERN_CKERN_ARIT "<2>" /* critical conditions */
  4.  #define KERN_ERR "<3>" /* error conditions */
  5.  #define KERN_WARNING "<4>" /* warning conditions */
  6.  #define KERN_NOTICE "<5>" /* normal but significant condition */
  7.  #define KERN_INFO "<6>" /* informational */
  8.  #define KERN_DEBUG "<7>" /* debug-level messages




   ubuntu系统:
   
   通过proc在运行时查看和修改日志级别
   cat /proc/sys/kernel/printk
    4 4 1 7
    echo “7 4 1 7” >/proc/sys/kernel/printk
    cat /proc/sys/kernel/printk
    7 4 1 7
 3)OOPS
    pc寄存器保存内核崩溃时,运行的地址

                                                       定位                  系统崩溃时的地址
[email protected]:~/work/day_2/linux-3.14-fs4412$ arm-none-linux-gnueabi-addr2line 0xc0278e1c       
-e vmlinux               -f
指定定位镜像文件     指定出错的文件以及行号
 
    dm9000_probe
    /home/linux/work/day_2/linux-3.14-fs4412/drivers/net/ethernet/davicom/dm9000.c:1414

4)调试信息
  调试信息一般显示在两个地方 :终端、log日志
 
  klogd进程:执行系统调用,去访问内核的打印消息
  syslog进程:记录非内核打印的消息
 
 
  void openlog(const char *ident, int option, int facility);
  功能:打开日志
  参数:ident  日志的标志
        option     LOG_PID        Include PID with each message.  打印的消息附加上进程ID

                       LOG_CONS       Write directly to system console if there is an error while sending to system logger.
                                                  把消息显示到log日志
        facility   表示的是消息出自于什么类型的进程
        LOG_DAEMON     system daemons without separate facility value
        void syslog(int priority, const char *format, ...);
        功能:将消息显示到日志中
        参数:priority  级别
                         LOG_WARNING    warning conditio
                         LOG_NOTICE     normal, but significant, condition

                         LOG_INFO       informational message

                         LOG_DEBUG      debug-level message


  void closelog(void);
  功能:关闭日志
 
  查看日志消息: var/log/syslog日志
 

【3】文件系统

 文件系统:文件存储的格式
 文件系统的类型:
 磁盘文件系统:驻留在磁盘上的文件系统
 FAT16、FAT32、NTFS、EXT2、EXT3、EXT4 
 网络文件系统:可以远程访问的文件系统
 nfs(network filesystem)
 内存文件系统:存在内存上的文件系统
 tmpfs
 只读文件系统:
 cramfs
 
 根文件系统(root  filesystem)是存放运行、维护系统所必须的各种工具软件、库文件、脚本、
            配置文件和其他特殊文件的地方,也可以安装各种软件包。


 根文件系统是内核运行之后,加载的第一个文件系统,是其他文件系统的根,可用来挂载其他类型的文件系统,也可视其为特殊的文件系统
 必须存在,不存在内核无法运行
  
 文件系统的目录结构:
        /etc  存放内核所需要的配置文件(启动文件)
====================================================================
        /bin: 普通用户和root用户都能执行的基本程序
               ping, mknod, mount, tar, grep, gzip, etc
        /sbin: root用户能执行的基本程序
               int, insmod, route, mkfs, rmmod, ifconfig
   ====================================================================
        /usr/bin: 更多非必须的用户程序
               autorun, bibtex, latex, biff, ftp, wc, whereis, whoami
        /usr/sbin: 更多非必须的root工具程序
               automount, httpd, in.telnetd, in.talkd, sendmail
        ====================================================================
        /proc  挂载proc文件系统,记录进程的信息
/sys   挂载sysfs文件系统,记录内核所需的特殊文件,设备,总线等信息
/mnt   临时挂载点,挂载其他文件系统使用
/tmp   临时挂载点,挂载其他文件系统使用
====================================================================
        /dev   设备节点(文件)


【4】根文件系统的制作

 1)make
    生成bin sbin usr/bin usr/sbin linuxrc

 2)mkdir  dev  etc  mnt  proc  var  tmp  sys  root 


 3)/etc
    inittab  fstab  init.d/rcS  profile 

inittab   
 |
 |
fstab
 |
 |
init.d ---- rcS
 |
 |
profile
 
    1)initab  内核在加载rootfs的时候,解析该文件
  1.  ::sysinit:/etc/init.d/rcS 文件系统中运行第一个脚本
  2.  :askfirst:-/bin/sh 指定脚本的类型
  3.  ::restart:/sbin/init 文件系统运行的第一个进程(sbin/init) init=/linuxrc 守护进程
  4.  开启当前的shell环境,服务其他进程,打开其他进程
  5.  ::ctrlaltdel:/sbin/reboot reboot系统重启


 
2)init.d/rcS
  1.  #!/bin/sh
  2.  # This is the first script called by init process
  3.  /bin/mount -a 执行挂载,与之匹配的是fstab中设置好的挂载点
  4.  echo /sbin/mdev > /proc/sys/kernel/hotplug 生效热插拔机制
  5.  /sbin/mdev -s




3)fstab  设置不同的文件系统的挂载点
      #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


    4)申明库文件,以及进程的路径
     export HOSTNAME=farsight
     export USER=root


     PATH=/bin:/sbin:/usr/bin:/usr/sbin
     LD_LIBRARY_PATH=/lib:/usr/lib:$LD_LIBRARY_PATH
















以上是关于嵌入式ROOTFS transplantation的主要内容,如果未能解决你的问题,请参考以下文章

嵌入式Linux开发学习rootfs通过ramdisk挂载技巧

如何在 buildroot 中重建 rootfs

嵌入式 emmc 中 安装 烧录 内核 kernel,设备树 devicetree ,根文件系统 rootfs

使用busybox制作rootfs

问答23Linux移植:如何制作rootfs?

3将uboot,kernel,rootfs下载到开发板上