如何构建Linux嵌入式文件系统

我们都知道，Linux支持多种文件系统，同样，嵌入式Linux也支持多种文件系统。虽然在嵌入式系统中，由于资源受限的原因，它的文件系统和PC上的Linux的文件系统有较大的区别，但是，它们的总体架构是一样的，都是采用目录树的结构。在嵌入式系统中常见的文件系统有cramfs、romfs、jffs、yaffs等，这里就以制作cramfs文件系统为例进行讲解。cramfs文件系统是一种经过压缩的、极为简单的只读文件系统，因此非常适合嵌入式系统。要注意的是，不同的文件系统都有相应的制作工具，但是其主要的原理和制作方法是类似的。

在嵌入式Linux中，busybox是构造文件系统常用的软件工具包，它被非常形象地称为嵌入式Linux系统中的“瑞士军刀”，因为它将许多常用的Linux命令和工具结合到了一个单独的可执行程序(busybox)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(如启动盘)或者嵌入式系统中已经足够了。

busybox在设计上就充分考虑了硬件资源受限的特殊工作环境。它采用一种很巧妙的办法减少自己的体积：所有的命令都通过“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，终生成的可执行文件为busybox，当为它建立一个符号链接ls时，就可以通过执行这个新命令实现列出目录的功能。采用单一执行文件的方式大限度地共享了程序代码，甚至连文件头、内存中的程序控制块等其他系统资源都共享了，对于资源比较紧张的系统来说，真是合适不过了。在busybox的编译过程中，可以非常方便地加减它的“插件”，后的符号链接也可以由编译系统自动生成。

下面用busybox构建FS2410开发板的cramfs文件系统。

(1)从busybox网站下载busybox源码(本实例采用busybox-1.00)并解压，接下来，根据实际需要进行busybox的配置。

$ tar jxvf busybox-1.00.tar.bz2

$ cd busybox-1.00

$ make defconfig /* 首先进行默认配置 */

$ make menuconfig

此时，需要设置与平台相关的交叉编译选项，操作步骤为：先选中“Build Options”项的“Do you want to build BusyBox with a Cross Complier?”选项，然后将“Cross Compiler prefix”设置为“/usr/local/arm/3.3.2/bin/arm-linux-”(这是在实验主机中的交叉编译器的安装路径)，如图所示。

(2)编译并安装busybox。

$ make

$ make install PREFIX=/home/david/fs2410/cramfs

其中，PREFIX用于指定安装目录，如果不设置该选项，则默认在当前目录下创建_install目录。创建的安装目录的内容如下：

$ ls

bin linuxrc sbin usr

(3)由此可知，使用busybox软件包所创建的文件系统还缺少很多东西。

(4)通过创建系统所需的目录和文件来完善文件系统的内容。

$ mkdir mnt root var tmp proc boot etc lib

$ mkdir /var/{lock，log，mail，run，spool}

(5)将所需的交叉编译链接库复制到lib目录中，这些库文件位于/usr/local/arm/3.3.2/lib下。在复制时应该注意采用打包后解包的方式，以保证符号链接的正确性和完整性。删除所有目录和静态库文件，并使用arm-linux-strip工具剥除库文件中的调试段信息，从而减少库的体积。

(6)创建一些重要文件。inittab是Linux启动之后第一个被访问的脚本文件。

# This is run first except when booting

：：sysinit:/etc/init.d/rcS

# Start an “askfirst” shell on the console

#：：askfirst：-/bin/bash

：：askfirst:/bin/bash

# Stuff to do when restarting the init process

：：restart:/sbin/init

#：：once:/sbin/raja.sh

#：：respawn:/sbin/iom

：：once:/usr/etc/rc.local

# Stuff to do before rebooting

：：ctrlaltdel:/sbin/reboot

：：shutdown:/bin/umount -a -r

建立init.d目录，进入init.d目录，建立rcS文件，文件内容如下：

#!/bin/sh

# This is the first script called by init process

/bin/mount -a

exec /usr/etc/rc.local

建立/etc/profile文件：

# /etc/profile

PATH=/bin:/sbin:/usr/bin:/usr/sbin

LD_LIBRARY_PATH=/lib:/usr/lib：$LD_LIBRARY_PATH

export PATH LD_LIBRARY_PATH

其中，profile用于设置shell的环境变量，shell启动时会读取/etc/profile文件来设置环境变量。以下是/etc/rc.local文件：

#!/bin/sh

#add user specified script

cd /dev

ln -s /dev/fb/0 fb0

ln -s vc/0 tty0

ln -s vc/1 tty1

ln -s vc/2 tty2

mknod –m 660 mtd0 c 90 0

mknod –m 660 mtd1 c 90 2

mknod –m 660 mtd2 c 90 4

mknod –m 660 mtdblock0 b 31 0

mknod –m 660 mtdblock1 b 31 1

mknod –m 660 mtdblock2 b 31 2

fstab文件定义了文件系统的各个“挂接点”，需要与实际的系统相配合。

none /proc proc defaults 0 0

tmpfs /dev/shm tmpfs defaults 0 0

后要创建用户和用户组文件等其他文件，以上用busybox构造了文件系统的内容。

下面创建cramfs文件系统映像文件，制作cramfs映像文件需要用到的工具是mkcramfs。此时可以采用两种方法，一种方法是使用我们所构建的文件系统(在目录“/home/david/fs2410/cramfs”中)，另一种方法是在已经做好的cramfs映像文件的基础上进行适当的改动。下面的示例使用第二种方法，因为这个方法包含了第一种方法的所有步骤(假设已经做好的映像文件名为“fs2410.cramfs”)。

首先用mount命令将映像文件挂载到一个目录下，打开该目录并查看其内容。

$ mkdir cramfs

$ mount fs2410.cramgs cramfs –o loop

$ ls cramfs

bin dev etc home lib linuxrc proc Qtopia ramdisk sbin testshell tmp

usr var

因为cramfs文件系统是只读的，所以不能在这个挂载目录下直接进行修改，因此需要将文件系统中的内容复制到另一个目录中，具体操作如下所示：

$ mkdir backup_cramfs

$ tar cvf backup.cramfs.tar cramfs/

$ mv backup.cramfs.tar backup_cramfs/

$ umount cramfs

$ cd backup_cramfs

$ tar xvf backup.cramfs.tar

$ rm backup.cramfs.tar

此时就像用busybox所构建的文件系统一样，可以在backup_cramfs的cramfs子目录中任意进行修改。例如，可以添加用户自己的程序：

$ cp ~/hello backup_cramfs/cramfs/

在用户的修改工作结束之后，用下面的命令可以创建cramfs映像文件：

$ mkcramfs backup_cramfs/cramfs/ new.cramfs

接下来，就可以将新创建的new.cramfs映像文件烧入到开发板的相应位置了。

通过以上操作，我们就可以在linux中构建嵌入式文件系统了。