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[系统运维]i.MX6ULL嵌入式Linux开发4-根文件系统构建

前面几篇介绍了uboot的移植与内核的移植，本篇进行根文件系统的构建，这是Linux移植三大组成部分的最后一步，根文件系统构建好后，就构成了一个基础的、可以运行的嵌入式Linux最小系统。

1 根文件系统简介

Linux的根文件系统一般也叫做 rootfs，Linux的根文件系统更像是一个文件夹或者叫做目录，在这个目录里面会有很多的子目录。根目录下和子目录中会有很多的文件，这些文件是Linux运行所必须的，比如库、常用的软件和命令、设备文件、配置文件等等。

根文件系统的这个“根”字就说明了这个文件系统的重要性，它是其他文件系统的根，没有这个“根” ，其他的文件系统或者软件就别想工作。比如我们常用的 ls、mv、ifconfig 等命令其实就是一个个小软件，只是这些软件没有图形界面，而且需要输入命令来运行。这些小软件就保存在根文件系统中。

在构建根文件系统之前，先来看一下根文件系统里面都有些什么内容，根文件系统的目录名字为‘/’ ，就是一个斜杠:

根文件系统的各个文件夹的作用如下：

目录	描述
/bin	此目录下存放着系统需要的可执行文件，一般都是一些命令，比如 ls、mv 等命令
/dev	dev 是 device 的缩写，所以此目录下的文件都是和设备有关的。在Linux下一切皆文件，即使是硬件设备，也是以文件的形式存在的，比如/dev/ttymxc0就表示串口0
/etc	此目录下存放着各种配置文件
/lib	lib是library的简称，也就是库的意思，因此此目录下存放着Linux所必须的库文件
/mnt	临时挂载目录，一般是空目录，可以在此目录下创建空的子目录，比如/mnt/sd、/mnt/usb，这样就可以将SD卡或者U盘挂载到/mnt/sd 或者/mnt/usb 目录中
/proc	此目录一般是空的，当Linux系统启动以后会将此目录作为proc文件系统的挂载点，proc是个虚拟文件系统，没有实际的存储设备。proc里面的文件都是临时存在的，一般用来存储系统运行信息文件
/usr	注意，usr不是user的缩写，而是Unix Software Resource的缩写，即Unix操作系统软件资源目录。Linux 一般被称为类Unix操作系统。既然是软件资源目录，因此/usr 目录下也存放着很多软件，一般系统安装完成以后此目录占用的空间最多
/var	此目录存放一些可以改变的数据
/sbin	此目录页用户存放一些可执行文件，但是此目录下的文件或者说命令只有管理员才能使用，主要用于系统管理
/sys	系统启动以后此目录作为 sysfs 文件系统的挂载点，sysfs是一个类似于 proc文件系统的特殊文件系统，sysfs也是基于RAM的文件系统，也就是说它也没有实际的存储设备。此目录是系统设备管理的重要目录
/opt	可选的文件、软件存放区，由用户选择将哪些文件或软件放到此目录中

2 BusyBox构建根文件系统

2.1 BusyBox简介

BusyBox是一个集成了大量的Linux命令（如ls、mv、ifconfig 等命令）和工具的软件。借助BusyBox，进行配置和编译，就可以方便的构建一个嵌入Linux平台所需要的根文件系统。

课程BusyBox官网https://busybox.net/下载源码，如下图。

左侧的“Get BusyBox”栏有一行“Download Source” ，点击“Download Source”即可打开 BusyBox 的下载页。

目前最新的 BusyBox 版本是1.33.1，但这里使用正点原子提供的1.29.0版本的BusyBox（busybox-1.29.0.tar.bz2）

2.2 搭建NFS服务

一般在Linux驱动开发的时候都是通过NFS挂载根文件系统的，当调试好之后再将根文件系统烧写到 EMMC或者NAND中，因此需要先在ubuntu虚拟机中构建NFS服务：

sudo apt-get install nfs-kernel-server rpcbind

等待安装完成，在合适的地方新建一个名为“nfs”的文件夹，供NFS服务器使用。

如我的创建目录为：/home/xxpcb/myTest/nfs

在使用NFS之前，还需要先配置NFS，修改配置文件/etc/exports，在后面添加如下所示内容：

/home/xxpcb/myTest/nfs *(rw,sync,no_root_squash)

最后重启NFS服务即可：

sudo /etc/init.d/nfs-kernel-server restart

正常情况会出现如下图，表示设置成功:

注：我第一次设置时，文件路径中的一个大小写字母搞错了，导致重启NFS时提示失败（如下图），所以在设置时要注意细节！

2.3 修改配置BusyBox

在nfs服务器目录中创建一个名为rootfs的子目录，用来存放我们的根文件系统。

将busybox-1.29.0.tar.bz2发送到Ubuntu中的合适位置（我存放在 /home/xxpcb/myTest/imx6ull/dts）并解压：

tar -vxjf busybox-1.29.0.tar.bz2

解压后的文件如下:

2.3.1 修改Makefile添加编译器

注：这一步可以不修改，这里修改Makefile的目的是为了在编译时，可以不用在指定编译器的架构，从而可以缩短手动输入指令的长度。但我此次测试时，修改Makefile后，输入make指令的命令进行编译时，不指定编译器，还是会提示编译器找不到之类的问题。所以，此次的测试，我就没有修改这个Makefile。

如果坚持要修改Makefile，就是修改如下的地方，指定编译器与架构（本篇进行实验时没有修改）。

2.3.2 busybox中文字符支持

现在如果直接编译busybox的，在使用串口工具的时候是不支持中文显示的，中文字符会显示为“?” 。可以通过busybox源码，来取消 busybox对中文显示的限制。

打开文件busybox-1.29.0/libbb/printable_string.c，找到函数printable_string，吧某些程序注释掉，修改后的函数内容如下：

主要就是禁止字符大于0X7F以后 break 和输出‘?’

接着打开文件busybox-1.29.0/libbb/unicode.c，修改如下内容：

2.3.3 配置busybox

有以下几种配置选项：

defconfig：缺省配置，也就是默认配置选项
allyesconfi：全选配置，也就是选中 busybox 的所有功能
allnoconfig：最小配置

一般使用默认配置即可，因此使用如下命令先使用默认配置来配置一下 busybox：

make ARCH=arm CROSS_COMPILE=arm-linux-gnueabihf- defconfig

busybox也支持图形化配置，通过图形化配置我们可以进一步选择自己想要的功能，输入如下命令打开图形化配置界面：

make ARCH=arm CROSS_COMPILE=arm-linux-gnueabihf- menuconfig

(1) 设置Settings -> Build static binary (no shared libs)

选项“Build static binary (no shared libs)”用来决定是静态编译还是动态编译，静态编译的话就不需要库文件，但是编译出来的库会很大。动态编译的话要求根文件系统中有库文件，但是编译出来的 busybox 会小很多。这里我们不使用静态编译，所以保持默认不选即可。

(2) 设置Settings -> vi-style line editing commands

这个要勾选，通过按键“y”实现勾选，使得方括号内出现星号

(3) 配置Linux Module Utilities -> Simplified modutils

默认会选中“Simplified modutils” ，这里我们要取消勾选！使用键盘上的“n”键取消方括号中的星号。

(4) 配置Linux System Utilities -> mdev (16 kb)

确保下面的全部选中，默认都是选中的

(5) 设置Settings -> Support Unicode

要将默认没有勾选的Check $LC_ALL项选中！

最后按两下ESC退出设置，并选择YES保持存。

2.4 编译busybox构建根文件系统

输入如下指令进行编译：

make ARCH=arm CROSS_COMPILE=arm-linux-gnueabihf-
make ARCH=arm CROSS_COMPILE=arm-linux-gnueabihf- install CONFIG_PREFIX=/home/xxpcb/myTest/nfs/rootfs

编译完成以后， busybox的所有工具和文件就会被安装到rootfs目录中，如下图：

rootfs目录下有bin、sbin和usr三个目录，以及linuxrc文件。Linux内核linit进程最后会查找用户空间的init程序，找到以后就会运行这个用户空间的init程序，从而切换到用户态。如果bootargs设置init=/linuxrc，那么linuxrc就是可以作为用户空间的init程序。

2.5 向根文件系统添加lib库

busybox编译完成后，此时的根文件系统还不能使用，还需要一些其他的文件。

2.5.1 向rootfs/lib中添加

上面的busybox使用的是动态库编译，所以还需要向根文件系统中添加动态库。

先在rootfs中创建一个名为“lib”的文件夹。lib库文件从交叉编译器中获取，之前搭建交叉编译环境的时候将交叉编译器存放到了“/usr/local/arm/”目录中，进入对应的目录：

cd /usr/local/arm/gcc-linaro-4.9.4-2017.01-x86_64_arm-linux-gnueabihf/arm-linux-gnueabihf/libc/lib

此目录下有很多的so和.a 文件，这些就是库文件，将此目录下所有的so和.a文件都拷贝到 rootfs/lib 目录中:

cp *so* *.a /home/xxpcb/myTest/nfs/rootfs/lib/ -d

后面的“-d”表示拷贝符号链接，这里有个比较特殊的库文件：ld-linux-armhf.so.3，此库文件也是个符号链接，相当于 Windows 下的快捷方式。会链接到库 ld-2.19-2014.08-1-git.so 上，输入命令如下指令查看此文件详细信息:

ls ld-linux-armhf.so.3 -l

ld-linux-armhf.so.3 后面有个“->” ，表示其是个软连接文件，链接到文件ld-2.19-2014.08-1-git.so，因为其是一个“快捷方式” ，因此大小只有 24B。但是，ld-linux-armhf.so.3不能作为符号链接，否则的话在根文件系统中执行程序无法执行！所以我们需要重新复制ld-linux-
armhf.so.3，替换掉这个软链接。

先删除这个软连接文件:

rm ld-linux-armhf.so.3

然后重新进入到 /usr/local/arm/gcc-linaro-4.9.4-2017.01-x86_64_arm-linux-gnueabihf/arm-
linux-gnueabihf/libc/lib 目录中，重新拷贝ld-linux-armhf.so.3，命令如下：

cp ld-linux-armhf.so.3 /home/xxpcb/myTest/nfs/rootfs/lib/

拷贝完成以后再到 rootfs/lib 目录下查看ld-linux-armhf.so.3文件详细信息，此时ld-linux-armhf.so.3 已经不是软连接了，而是实实在在的一个库文件，而且文件大小为 724392B。

继续进入如下目录中：

cd /usr/local/arm/gcc-linaro-4.9.4-2017.01-x86_64_arm-linux-gnueabihf/arm-linux-gnueabihf/lib

此目录下也有很多的的so和.a 库文件，我们将其也拷贝到 rootfs/lib 目录中，命令如下：

cp *so* *.a /home/xxpcb/myTest/nfs/rootfs/lib/ -d

rootfs/lib 目录的库文件就这些了，完成以后的rootfs/lib目录如图：

2.5.2 向rootfs/usr/lib中添加

在rootfs/usr目录下创建一个名为lib的目录，将如下目录中的库文件拷贝到rootfs/usr/lib目录下：

/usr/local/arm/gcc-linaro-4.9.4-2017.01-x86_64_arm-linux-gnueabihf/arm-linux-gnueabihf/libc/usr/lib

将此目录下的so和.a 库文件都拷贝到rootfs/usr/lib目录中：

cp *so* *.a /home/xxpcb/myTest/nfs/rootfs/usr/lib/ -d

完成以后的rootfs/usr/lib目录为：

至此，根文件系统的库文件就全部添加好了，可以在rootfs目录下使用“du”命令来查看一下/lib和/usr/lib 这两个目录的大小：

du ./lib ./usr/lib/ -sh

2.6 创建其他文件夹

在根文件系统中创建其他文件夹，如 dev、proc、mnt、sys、tmp 和 root 等，创建完后的效果：

3 根文件系统初步测试

3.1 bootargs环境变量设置

使用NFS挂载的方式来测试上面创建好的根文件系统rootfs。

uboot里面的bootargs环境变量会设置root的值，需要将root的值改为NFS挂载，设置格式如为：

root=/dev/nfs nfsroot=[<server-ip>:]<root-dir>[,<nfs-options>] ip=<client-ip>:<server-ip>:<gw-ip>:<netmask>:<hostname>:<device>:<autoconf>:<dns0-ip>:<dns1-ip>

<server-ip>：服务器IP，存放根文件系统的Ubuntu的IP地址，比如我的192.168.5.105。
<root-dir> ：根文件系统的存放路径，比如我的就是/home/xxpcb/myTest/nfs/rootfs。
<nfs-options>：NFS 的其他可选选项，一般不设置。
<client-ip> ：客户端IP ，开发板的IP地址，Linux内核启动以后就会使用此IP地址来配置开发板。我的为92.168.5.102。
<gw-ip> ：网关地址，我的就是 192.168.5.1。
<netmask>：子网掩码，我的就是 255.255.255.0。
<hostname>：客户机的名字，一般不设置，此值可以空着。
<device> ：设备名，也就是网卡名，一般是 eth0，eth1….，正点原子与野火的开发板均为ENET2为eth0，ENET1为eth1。这里我们使用ENET2，所以网卡名就是 eth0。
<autoconf> ：自动配置，一般不使用，所以设置为 off。
<dns0-ip>：DNS0 服务器 IP 地址，不使用。
<dns1-ip> ：DNS1 服务器 IP 地址，不使用。

根据上面的格式bootargs环境变量的root值如下：

root=/dev/nfs nfsroot=192.168.5.105:/home/xxpcb/myTest/nfs/rootfs,proto=tcp rw ip=192.168.5.102:192.168.5.105:192.168.5.1:255.255.255.0::eth1:off

启动开发板，串口连接开发板，进入uboot命令行模式，然后设置bootargs环境变量，命令如下：

setenv bootargs 'console=ttymxc0,115200 root=/dev/nfs nfsroot=192.168.5.105:/home/xxpcb/myTest/nfs/rootfs,proto=tcp rw ip=192.168.5.102:192.168.5.105:192.168.5.1:255.255.255.0::eth1:off' 
saveenv

设置好以后使用“boot”命令启动Linux内核

Linux内核的启动还是按照上一篇介绍的，使用tftp将zImage和设备树传输到开发板中运行。

这里注意一下，因为此次测试，我将zImage和dtb文件移入了tftp目录中的nxp文件夹中，所以传输指令需要修改一下：

setenv bootcmd 'tftp 80800000 nxp/zImage; tftp 83000000 nxp/imx6ull-myboard.dtb; bootz 80800000 - 83000000' 
saveenv

然后就可以使用boot命令来进行tftp传输了。

3.2 NFS挂载错误与解决方法

3.2.1 错误提示

在使用boot命令来进行tftp传输了，启动内核时，出现了NFS根文件系统不能挂载的错误：

VFS: Unable to mount root fs via NFS, trying floppy.

VFS: Cannot open root device “nfs” or unknown-block(2,0): error -6

3.2.2 无效的解决方法

先是尝试了多种方法，都不能解决问题，这些无效的方法包括：

尝试修改配置，将Linux System Utilities ->Support mounting NFS file选中（无效）

尝试将nfs目录的下的rootfs文件夹赋予777的权限（无效）

尝试换用其它的串口软件(SecureCRT)来操作（无效）

3.2.3 有效的解决方法

最后，参考这篇博文：https://blog.csdn.net/InFoport/article/details/90317697

通过在bootargs添加中添加nfsvers=4，这个选项，就可以正常挂载nfs的文件系统了：

setenv bootargs 'console=ttymxc0,115200 root=/dev/nfs nfsroot=192.168.5.105:/home/xxpcb/myTest/nfs/rootfs,proto=tcp,nfsvers=4 rw ip=192.168.5.102:192.168.5.105:192.168.5.1:255.255.255.0::eth1:off'