一、分析

1. 文件系統(tǒng)簡介

理論上說一個嵌入式設(shè)備如果內(nèi)核能夠運(yùn)行起來，且不需要運(yùn)行用戶進(jìn)程的話，是不需要文件系統(tǒng)的，文件系統(tǒng)簡單的說就是一種目錄結(jié)構(gòu)，由于 linux操作系統(tǒng)的設(shè)備在系統(tǒng)中是以文件的形式存在，將這些文件進(jìn)行分類管理以及提供和內(nèi)核交互的接口，就形成一定的目錄結(jié)構(gòu)也就是文件系統(tǒng)，文件系統(tǒng)是為用戶反映系統(tǒng)的一種形式，為用戶提供一個檢測控制系統(tǒng)的接口。

根文件系統(tǒng)，我認(rèn)為根文件系統(tǒng)就是一種特殊的文件系統(tǒng),那么根文件系統(tǒng)和普通的文件系統(tǒng)有什么區(qū)別呢？

由于根文件系統(tǒng)是內(nèi)核啟動時掛在的第一個文件系統(tǒng)，那么根文件系統(tǒng)就要包括Linux啟動時所必須的目錄和關(guān)鍵性的文件；

例如Linux啟動時都需要有init目錄下的相關(guān)文件，在 Linux掛載分區(qū)時Linux一定會找/etc/fstab這個掛載文件等，根文件系統(tǒng)中還包括了許多的應(yīng)用程序bin目錄等，任何包括這些Linux 系統(tǒng)啟動所必須的文件都可以成為根文件系統(tǒng)。

Linux支持多種文件系統(tǒng)，包括ext2、ext3、vfat、ntfs、iso9660、jffs、yaffs、romfs和nfs等，為了對各類文件系統(tǒng)進(jìn)行統(tǒng)一管理，Linux引入了虛擬文件系統(tǒng)VFS(Virtual File System)，為各類文件系統(tǒng)提供一個統(tǒng)一的操作界面和應(yīng)用編程接口。

Linux啟動時，第一個必須掛載的是根文件系統(tǒng)；若系統(tǒng)不能從指定設(shè)備上掛載根文件系統(tǒng)，則系統(tǒng)會出錯而退出啟動。之后可以自動或手動掛載其他的文件系統(tǒng)。因此，一個系統(tǒng)中可以同時存在不同的文件系統(tǒng)。

不同的文件系統(tǒng)類型有不同的特點(diǎn)，因而根據(jù)存儲設(shè)備的硬件特性、系統(tǒng)需求等有不同的應(yīng)用場合。在嵌入式Linux應(yīng)用中，主要的存儲設(shè)備為 RAM(DRAM, SDRAM)和ROM(常采用FLASH存儲器)，常用的基于存儲設(shè)備的文件系統(tǒng)類型包括：jffs2, yaffs, cramfs, romfs,ramdisk, ramfs/tmpfs等。

2.    基于FLASH的文件系統(tǒng)

2.1 Cramfs：Compressed ROM File System

?它的速度快，效率高，其只讀的特點(diǎn)有利于保護(hù)文件系統(tǒng)免受破壞，提高了系統(tǒng)的可靠性。由于以上特性，Cramfs在嵌入式系統(tǒng)中應(yīng)用廣泛。

但是它的只讀屬性同時又是它的一大缺陷，使得用戶無法對其內(nèi)容對進(jìn)行擴(kuò)充。Cramfs映像通常是放在Flash中。

2.2 jffs2

?Jffs2: 日志閃存文件系統(tǒng)版本2 (Journalling Flash FileSystem v2)

?主要用于NOR型閃存，基于MTD驅(qū)動層，特點(diǎn)是：可讀寫的、支持?jǐn)?shù)據(jù)壓縮的、基于哈希表的日志型文件系統(tǒng)，并提供了崩潰/掉電安全保護(hù)，提供“寫平衡”支持等。

?缺點(diǎn)主要是當(dāng)文件系統(tǒng)已滿或接近滿時，因?yàn)槔占年P(guān)系而使jffs2的運(yùn)行速度大大放慢。jffs不適合用于NAND閃存主要是因?yàn)镹AND閃存的容量一般較大，這樣導(dǎo)致jffs為維護(hù)日志節(jié)點(diǎn)所占用的內(nèi)存空間迅速增大，另外，jffs 文件系統(tǒng)在掛載時需要掃描整個FLASH的內(nèi)容，以找出所有的日志節(jié)點(diǎn)，建立文件結(jié)構(gòu)，對于大容量的NAND閃存會耗費(fèi)大量時間。

2.3.yaffs：Yet Another Flash File System

?yaffs/yaffs2是專為嵌入式系統(tǒng)使用NAND型閃存而設(shè)計(jì)的一種日志型文件系統(tǒng)。與jffs2相比，它減少了一些功能(例如不支持?jǐn)?shù)據(jù)壓縮)，所以速度更快，掛載時間很短，對內(nèi)存的占用較小。另外，它還是跨平臺的文件系統(tǒng)，除了Linux和eCos，還支持WinCE, pSOS和ThreadX等。yaffs/yaffs2自帶NAND芯片的驅(qū)動，并且為嵌入式系統(tǒng)提供了直接訪問文件系統(tǒng)的API，用戶可以不使用Linux中的MTD與 VFS，直接對文件系統(tǒng)操作。當(dāng)然，yaffs也可與MTD驅(qū)動程序配合使用。

?yaffs與yaffs2的主要區(qū)別在于，前者僅支持小頁(512 Bytes) NAND閃存，后者則可支持大頁(2KB) NAND閃存。同時，yaffs2在內(nèi)存空間占用、垃圾回收速度、讀/寫速度等方面均有大幅提升。

2.4. 網(wǎng)絡(luò)文件系統(tǒng)NFS (Network File System)

NFS是由Sun開發(fā)并發(fā)展起來的一項(xiàng)在不同機(jī)器、不同操作系統(tǒng)之間通過網(wǎng)絡(luò)共享文件的技術(shù)。

在嵌入式Linux系統(tǒng)的開發(fā)調(diào)試階段，可以利用該技術(shù)在主機(jī)上建立基于NFS的根文件系統(tǒng)，掛載到嵌入式設(shè)備，可以很方便地修改根文件系統(tǒng)的內(nèi)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/

二、根文件系統(tǒng)的組成

1. 根文件系統(tǒng)目錄內(nèi)容簡介

• bin  :基本的可執(zhí)行文件
• opt  :添加的軟件包
• boot :啟動時需要的一些文件
• proc :內(nèi)核及進(jìn)程信息的虛擬文件系統(tǒng)
• dev : 設(shè)備文件
• root:root用戶目錄
• etc: 系統(tǒng)配置文件
• sbin:系統(tǒng)管理的程序
• home : 用戶目錄
• tmp : 臨時文件
• lib : 庫文件
• usr : 應(yīng)用程序
• mnt : 掛載文件系統(tǒng)的掛載點(diǎn)
• var : 存放系統(tǒng)日志或一些服務(wù)程序的臨時文件

2. 嵌入式環(huán)境需要移植的目錄

根文件系統(tǒng)中的每一個頂級目錄都有特定的用途和目的 ,但并不是所有的目錄在嵌入式環(huán)境下都需要，我們只創(chuàng)建需要的一些目錄:

/bin /sbin  /etc /proc  /tmp  /var /dev  /mnt

Linux根文件系統(tǒng)至少應(yīng)包括以下幾項(xiàng)內(nèi)容。

1. 基本的文件系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，包含一些必需的目錄比如：/dev，/proc，/bin，/etc，/lib，/usr，/tmp等。
2. 基本程序運(yùn)行所需的庫函數(shù)，如glibc。
3. 基本的系統(tǒng)配置文件，比如rc.sysinit，inittab等腳本文件。
4. 必要的設(shè)備文件支持：/dev/hd*，/dev/tty*，/dev/fd0。
5. 基本的應(yīng)用程序，如sh，ls，cp，mv等。

3. 移植需要做的工作

1. 把全局配置文件放入/etc目錄下。
2. 將設(shè)備文件信息放入/dev目錄下，設(shè)備名可以作為符號鏈接定位在/dev中或/dev子目錄中的其他設(shè)備存在。
3. 操作系統(tǒng)核心定位在/或/boot，若操作系統(tǒng)核心不是作為文件系統(tǒng)的一個文件存在，不應(yīng)用它。
4. 庫存放的目錄是/lib。
5. 存放系統(tǒng)編譯后的可執(zhí)行文件、命令的目錄是/bin，/sbin，/usr。

三、 默認(rèn)預(yù)置條件

1） 交叉編譯工具

需要預(yù)先安裝好交叉編譯器 ，一口君安裝版本是：arm-none-linux-gnueabi-gcc 默認(rèn)在ubuntu中安裝目錄是：

/home/peng/toolchain/gcc-4.6.4/

2） tftp服務(wù)器

開發(fā)板下載內(nèi)核鏡像和設(shè)備樹需要借助tftp服務(wù)器，配置信息如下：

peng@ubuntu:~$ cat /etc/default/tftpd-hpa 
# /etc/default/tftpd-hpa

TFTP_USERNAME="tftp"
TFTP_DIRECTORY="/tftpboot"
TFTP_ADDRESS="0.0.0.0:69"
TFTP_OPTIONS="--secure"

服務(wù)器根目錄是**/tftpboot**

3） nfs服務(wù)器

內(nèi)核啟動后掛載文件系統(tǒng)需要通過nfs服務(wù)器，nfs服務(wù)器設(shè)置如下：

peng@ubuntu:~$ cat /etc/exports 
# /etc/exports: the access control list for filesystems which may be exported
#  to NFS clients.  See exports(5).
#
# Example for NFSv2 and NFSv3:
# /srv/homes       hostname1(rw,sync,no_subtree_check) hostname2(ro,sync,no_subtree_check)
#
# Example for NFSv4:
# /srv/nfs4        gss/krb5i(rw,sync,fsid=0,crossmnt,no_subtree_check)
# /srv/nfs4/homes  gss/krb5i(rw,sync,no_subtree_check)
#
/source/rootfs *(rw,sync,no_subtree_check)

四、文件系統(tǒng)制作步驟

1、 源碼下載

我們選擇的版本是busybox-1.22.1.tar.bz2下載路徑為：

http://busybox.net/downloads/

2、 解壓源碼

$ tar  xvf  busybox-1.22.1.tar.bz2

3、 進(jìn)入源碼目錄

$ cd  busybox-1.22.1

4、 配置源碼

選擇制作靜態(tài)庫，并設(shè)置交互編譯工具鏈的前綴arm-none-linux-gnueabi-如果是其他工具鏈，按照例子填寫即可。

$ make menuconfig
Busybox Settings ---> 
  Build Options --->
   [*] Build BusyBox as a static binary (no shared libs)
   [ ] Force NOMMU build
   [ ] Build with Large File Support (for accessing files > 2 GB)
   (arm-none-linux-gnueabi-) Cross Compiler prefix
   () Additional CFLAGS

5、 編譯

$ make

6、 安裝

busybox默認(rèn)安裝路徑為源碼目錄下的_install

$ make  install

7、 進(jìn)入安裝目錄下

默認(rèn)創(chuàng)建以下4個文件或者文件夾

$ cd  _install
$ ls
bin  linuxrc  sbin  usr

8、 創(chuàng)建其他需要的目錄

$ mkdir  dev  etc  mnt  proc  var  tmp  sys  root

9、 添加庫

我們安裝的交叉工具鏈中有我們所需要的可以在開發(fā)板上使用的庫， 將其拷貝到_install目錄下即可：

$ cp  /home/linux/toolchain/gcc-4.6.4/arm-arm1176jzfssf-linux-gnueabi/lib/  .  -a

修改文件權(quán)限并刪除靜態(tài)庫和共享庫文件中的符號表

$chmod  +w  lib
$chmod  +w  lib/*
$ rm  lib/*.a
$ arm-none-linux-gnueabi-strip  lib/*

刪除不需要的庫，確保所有庫大小不超過8M

$ du  -mh   lib/

10、 添加系統(tǒng)啟動文件

在etc下添加文件inittab，文件內(nèi)容如下：

#this is run first except when booting in single-user mode.
::sysinit:/etc/init.d/rcS
# /bin/sh invocations on selected ttys
# start an "askfirst" shell on the console (whatever that may be)
::askfirst:-/bin/sh
# stuff to do when restarting the init process
::restart:/sbin/init
# stuff to do before rebooting
::ctrlaltdel:/sbin/reboot

在etc下添加文件fstab，文件內(nèi)容如下：

#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

【注意】這里我們掛載的文件系統(tǒng)有三個proc、sysfs和tmpfs。在內(nèi)核中proc和sysfs默認(rèn)都支持，而tmpfs是沒有支持的，我們需要確保內(nèi)核有tmpfs的支持。

修改內(nèi)核配置：

$ make menuconfig
File systems --->
  Pseudo filesystems ---> 
   [*] Virtual memory file system support (former shm fs)
   [*] Tmpfs POSIX Access Control Lists

重新編譯內(nèi)核

在etc下創(chuàng)建init.d目錄，并在init.d下創(chuàng)建rcS文件，rcS文件內(nèi)容為：

#!/bin/sh
# This is the first script called by init process
/bin/mount  -a  掛載fstab制定的所有文件系統(tǒng)
echo  /sbin/mdev  >  /proc/sys/kernel/hotplug
/sbin/mdev  -s

為rcS添加可執(zhí)行權(quán)限：

$ chmod   +x  init.d/rcS

在etc下添加profile文件，文件內(nèi)容為：

#!/bin/sh
export HOSTNAME=farsight
export USER=root
export HOME=root
export PS1="[$USER@$HOSTNAME \W]\# "
PATH=/bin:/sbin:/usr/bin:/usr/sbin
LD_LIBRARY_PATH=/lib:/usr/lib:$LD_LIBRARY_PATH
export PATH  LD_LIBRARY_PATH
mknod dev/console c  5  1    該文件節(jié)點(diǎn)是必須的

重要：新制作的文件系統(tǒng)尺寸若超出8M，刪除不需要的庫文件，比如c++庫等。

11. 測試

制作完畢的根文件系統(tǒng)可以讓開發(fā)板啟動后通過nfs掛載到ubuntu中，

1. 刪除原先的/source/rootfs

$ sudo  rm  -rf  /source/rootfs

2. 將我們新建的根文件系統(tǒng)拷貝到/source/rootfs目錄下

$sudo  mkdir  /source/rootfs
$ sudo  cp  _install/*   /source/rootfs   –a

3. 設(shè)置uboot環(huán)境變量

# setenv serverip 192.168.9.120
# setenv ipaddr 192.168.9.233
# setenv bootcmd tftp 41000000 uImage\;tftp 42000000 exynos4412-fs4412.dtb\;bootm 41000000  –  42000000
#setenv bootargs root=/dev/nfs nfsroot=192.168.9.120:/source/rootfs rw console=ttySAC2,115200  init=/linuxrc  ip=192.168.9.233
# saveenv

重新啟動開發(fā)板，查看是否能夠正常掛載，功能是否正常

圖片

五、制作ramdisk文件系統(tǒng)

通過NFS測試以后，就可以制作ramdisk文件系統(tǒng)了，具體如下：

1、制作一個大小為8M的鏡像文件

$ cd  ~
$ dd  if=/dev/zero  of=ramdisk  bs=1k  count=8192 （ramdsik為8M）
 If: input file
 Of: output file

2、格式化這個鏡像文件為ext2

$ mkfs.ext2  -F  ramdisk

3、在mount下面創(chuàng)建initrd目錄作為掛載點(diǎn)

$ sudo  mkdir  /mnt/initrd

4、將這個磁盤鏡像文件掛載到/mnt/initrd下

注意這里的ramdisk不能存放在rootfs目錄中

$ sudo  mount  -t  ext2   ramdisk  /mnt/initrd

5、將測試好的文件系統(tǒng)里的內(nèi)容全部拷貝到 /mnt/initrd目錄下面

$ sudo  cp  /source/rootfs/*   /mnt/initrd  –a

如果拷貝遇到錯誤，需要再次刪除不需要的庫，比如c++庫

6、卸載/mnt/initrd

$ sudo  umount  /mnt/initrd

7、壓縮ramdisk為ramdisk.gz

$ gzip  --best  -c  ramdisk  >  ramdisk.gz

8、格式化為uboot識別的格式并拷貝到/tftpboot下

$ mkimage -n "ramdisk" -A arm -O linux -T ramdisk -C gzip  -d ramdisk.gz  ramdisk.img
$ cp  ramdisk.img  /tftpboot

9、配置內(nèi)核支持RAMDISK

制作完 initrd.img.gz后，需要配置內(nèi)核支持RAMDISK作為啟動文件系統(tǒng)

make menuconfig
File systems  --->
  <*> Second extended fs support
Device Drivers
  SCSI device support  --->
   <*> SCSI disk support
  Block devices  --->
   <*>RAM  block  device  support   
   (16)Default number of RAM disks  
   (8192) Default RAM disk size (kbytes)   (修改為8M) 
General setup  --->
  [*] Initial RAM filesystem and RAM disk (initramfs/initrd) support

重新編譯內(nèi)核，復(fù)制到/tftpboot

10、在U-BOOT命令行重新設(shè)置啟動參數(shù)：

# setenv bootcmd tftp 41000000 uImage\;tftp 42000000 exynos4412-fs4412.dtb\;tftp 43000000  ramdisk.img\;bootm 41000000 43000000 42000000
# saveenv

重新啟動開發(fā)板查看能否正常啟動。

【注意】 因?yàn)楦鱾€開發(fā)板命令會有所差異，uboot命令的設(shè)置要廠家出廠的手冊操作