Linux內(nèi)核配置編譯與文件系統(tǒng)構(gòu)建

1、Linux 內(nèi)核配置編譯與文件系統(tǒng)構(gòu)建 南京大學 黃開成 101180046 2012.11.11 一：實驗?zāi)康?1. 了解嵌入式系統(tǒng)的開發(fā)環(huán)境，內(nèi)核與文件系統(tǒng)的下載和啟動； 2. 了解 Linux 內(nèi)核源代碼的目錄結(jié)構(gòu)及各自目錄的相關(guān)內(nèi)容，了解 Linux 內(nèi)核各配置選項內(nèi)容和作用，掌握 Linux 內(nèi)核的編譯過程； 3. 了解嵌入式操作系統(tǒng)中文件系統(tǒng)的類型和應(yīng)用、了解JFFS2文件系 統(tǒng)的優(yōu)點及其在嵌入式系統(tǒng)中的作用、 掌握利用Busybox軟件制作嵌 入式文件系統(tǒng)的方法，并且掌握嵌入式 Linux 文件系統(tǒng)的掛載過程。 二：實驗環(huán)境說明 1. PC 機使用 openSUSE 14 Ent

2、erprise 系統(tǒng)。 2. 開發(fā)板使用深圳市武耀博德信息技術(shù)有限公司生產(chǎn)的基于 Inter 的PXA27C處理器的多功能嵌入式開發(fā)平臺 EELIOD 3. PC機通過RS-232串口與開發(fā)板相連，在PC機終端上運行minicom 程序構(gòu)造一個開發(fā)板上的終端，用于對開發(fā)板的控制。 4. PC機與開發(fā)板通過ethernet網(wǎng)絡(luò)相連接，并可在開發(fā)板上通過加 載網(wǎng)絡(luò)文件系統(tǒng)（NFS與PC機通信。 5. Bootloader可以通過tftp 協(xié)議從PC機上下載內(nèi)核鏡像和根文件 系統(tǒng)鏡像。下載目錄為 /tftpboot 。 6. 用于開發(fā)板的 Linux 內(nèi)核源碼為 linux-2.4.21-51Boa

3、rd_EDR busybox 版本為 busybox-1.00-pre5 。 7. 交叉編譯器的路徑為 /usr/local/arm-linux/bin/arm-linux 三：實驗操作過程和分析記錄 1. 嵌入式系統(tǒng)的開發(fā)環(huán)境和開發(fā)流程： 1.1 啟動 minicom 和開發(fā)板 在PC機上打開一個終端，輸入： minicom 按 Ctrl+A-o 進入 minicom 的 configuration 界面。對串行通信接口 進行配置，串口設(shè)置為：/dev/ttySO （串口線接在PC機的串口 1上）、 bps=115200、8 位數(shù)據(jù)、無校驗、無流控制。 然后打開開發(fā)板電源， 看到屏幕有反應(yīng)之

4、后， 按任意鍵進入配置界面， 如果長時間沒有按下任何鍵， bootloader 將會自動從 flash 中讀取 內(nèi)核和根文件系統(tǒng)并啟動開發(fā)板上的 Linux 系統(tǒng)。 分析：嵌入式系統(tǒng)中，通常并沒有像PC機中BIOS那樣的固件程序， 因此整個系統(tǒng)的加載啟動任務(wù)完全由 bootloader 來完成。 bootloader 的主要作用是：初始化硬件設(shè)備；建立內(nèi)存空間的映射 圖；完成內(nèi)核的加載，為內(nèi)核設(shè)置啟動參數(shù)。 按0進入命令行模式，出現(xiàn)51board，可以設(shè)置開發(fā)板和PC機的IP 地址： 51board set myipaddr 33 （ 設(shè)置開發(fā)板的 IP 地址） 51

5、board set destipaddr 3 （設(shè)置 PC機的 IP 地址） 注意 IP 地址的設(shè)置：使其處于同一網(wǎng)段，并且避免和其他系統(tǒng)的 IP 發(fā)生沖突 通過 bootloader 的主菜單可以完成很多功能， 3下載內(nèi)核， 4 將內(nèi)核燒進 flash ， 5下載文件系統(tǒng)， 6將文件系統(tǒng)燒進 flash ， 7啟動嵌入式操作系統(tǒng)等。 51board tftp zImage kernel （ 下載內(nèi)核 ） 51board tftp ramdisk.gz ramdisk（ 下載文件系統(tǒng) ） 51board boot （ 啟動系統(tǒng)，進入目標機終端 ） 1.2 NFS 服務(wù)

6、器架設(shè) NFS 是在不同機器不同操作系統(tǒng)之間進行網(wǎng)絡(luò)共享文件的服務(wù)系 統(tǒng)。在嵌入式系統(tǒng)中目標機可以將宿主機的共享文檔掛載在自己的系 統(tǒng)中，從而，目標機使用宿主機上的遠端文件就像是使用自己本地的 文件一樣，有利于嵌入式開發(fā)。 # ifconfig eth0 33（ 配置網(wǎng)絡(luò) ） 上面的 eth0 為接口名， eth0 表示第一個以太網(wǎng)接口，如果使用其他 網(wǎng)絡(luò)接口，應(yīng)做相應(yīng)修改。 # mount 33:/exp /test -o nolock -o proto=tcp （ 將 主機上的 exp 目錄掛載到目標機的 test 目錄上） 此時可以對主

7、機上尼xp目錄下的文件進行操作，就像已經(jīng)在制作的文 件系統(tǒng)里面一樣， 便于以后開發(fā)程序的調(diào)試， 不必每次都重新燒寫文 件系統(tǒng)。 1.3 編寫應(yīng)用程序并在目標機上運行 編寫簡單的 c 程序 hello.c ： #include int main（） printf（ “ hello,worldn ”）; return 0; 然后在主機上用交叉編譯器進行編譯。 /usr/local/arm-linux/bin/arm-linux-gcc-o hello hello.c 此外也可以設(shè)置好PATH環(huán)境變量以方便使用。 export PATH=/usr/local/arm-linux/bin:$PATH

8、gcc -o hello hello.c 將可執(zhí)行文件 hello 復(fù)制到共享目錄 /exp, 在目標機上運行 hello #./hello 顯示 hello ， world 1.4 歸納總結(jié)嵌入式系統(tǒng)下軟件開發(fā)的一般流程 PC 機上編寫軟件代碼并用交叉編譯環(huán)器編譯制作內(nèi)核和文件 系統(tǒng)并通過串口完成下載啟動內(nèi)核并借助于 NFS 文件系統(tǒng)進行 程序測試完成調(diào)試后，將可執(zhí)行文件加入文件系統(tǒng)并運行。 2. Linux 內(nèi)核配置與編譯 本實驗中用的內(nèi)核源碼是 linux-2.4.21-51Board_EDR ，在目錄 /usr/src/linux 下。源代碼樹下有如下目錄： arch （支持的微處理

9、器體系結(jié)構(gòu)），in elude （頭文件），init （初始化代碼），mm （內(nèi)存管 理代碼） ,kernel （主要的內(nèi)核代碼） ,drives （所有的設(shè)備驅(qū)動程 序） ,lib （庫文件代碼） ,net （網(wǎng)絡(luò)相關(guān)代碼）等。 將目標板的開機畫面換成自己設(shè)定的畫面的做法是：將 /usr/src/linux 目錄下的內(nèi)核源代碼拷貝到自己的目錄下，進入這 個目錄，在 arch/arm 下找到開發(fā)板啟動畫面的文件，將其刪除，用 自己的圖畫替換。有兩個小的注意事項是目標板只是別 .ppm 文件， 所以需要改變原來圖畫的文件格式， 可直接改文件后綴名， 或者在終 端中用命令 convert 。且圖畫

10、的文件名必須為 linux_logo 。 convert linux_logo.jpg linux_logo.ppm 2.1 內(nèi)核配置編譯的基本流程 在文件夾 linux-2.4.21-51Board_EDR 打開終端。 make menuconfig（ 進入內(nèi)核配置菜單 ） 根據(jù)需要對內(nèi)核配置項進行選擇。配置變量有四種選擇：y 靜 態(tài)編譯進內(nèi)核，m內(nèi)核代碼被編譯成模塊，n表示不編譯進 內(nèi)核，表示配置變量的值為空。按空格鍵可以切換著幾種 選擇。下面針對一些比較重要的內(nèi)核配置項進行說明： 1. Loadable module support ，將不常用的設(shè)備模塊化，動態(tài)地加載。 這樣能更加有效利

11、用內(nèi)存。所以最好選中。 2.System type ，處理器種類。本實驗選中“PXA270/210-based” “ XSBase270-EDR”。 3. 在 Network device support, 網(wǎng)絡(luò)設(shè)備驅(qū)動。選擇對應(yīng)的網(wǎng)卡。本 實驗箱的網(wǎng)卡是“ Ethernet 10M or 100Mbit ”“ SMSC LAN91C1”11。 4. Console drivers，終端設(shè)備驅(qū)動配置。為了以后實驗中要用到的 支持圖像的功能，要選擇“ support for framebuffer devices ”和 “PXA LCD support ”。 5. 在“ General setu

12、p -Default kernel command string ”中設(shè)定 內(nèi)核啟動時的一些參數(shù)，在使用 ramdisk 文件系統(tǒng)時該選項的值為 root=/dev/ram0 rw console=ttyS0,115200 mem=64M 其中 root=/dev/ram0 表明使用的是 randisk ， rw 表明可讀可寫， console=ttyS0,115200 表明使用串行終端，波特率為115200， mem=64指定內(nèi)存大小。 6. 由于使用ran disk的情況需要內(nèi)核的支持，故需要將“Block devices-RAM disk support ” 編入內(nèi)核，此外將 “ Blo

13、ck devices-Default RAM disk size （kbytes） ”改為 8192，因為后續(xù) 的ramdisk根文件系統(tǒng)將使用8MB大小。 7. 在 “ Multimedia capabilities port drivers-UCB 1400 Touchscreen support on the xsBase 270 Board-GUI to be supported ”選中“Qtopia ”。這是因為在使用LCD寸將能使屏幕持續(xù) 亮大約十分鐘而不睡眠。 上面的這些配置很重要，其余的配置見講義P20。 配置完之后選擇保存，執(zhí)行完之后會生成 .config 文件。然后執(zhí)行 m

14、ak6clea n（清除以前構(gòu)核過程中生成的目標文件、模塊文件、核心 和一些臨寸文件 ） make dep（ 建立依賴關(guān)系 ） make（ 將生成核心 vmlinux） make zImage 生成的壓縮內(nèi)核映像文件 zImage 在 arch/arm/boot 目錄中。 將生成的內(nèi)核映像文件拷貝到 /tftpboot 下，以便開發(fā)板下載。 在反復(fù)地編譯啟動過程中還需要掌握一些小技巧來幫助加快開發(fā) 進程，比如在配置選項結(jié)束的時候可以“ Save Configuration to an Alternate File ”，此時可以方便在下一次修改的時候可以“ Load an Alternate C

15、onfiguration File ”來讀取上一次的配置，避免一些錯 誤的修改。 2.2 總結(jié)內(nèi)核映像文件的生成方法及其對操作系統(tǒng)的作用。 make menuconfig make clean make dep make make zImage 內(nèi)核文件是操作系統(tǒng)的核心，負責系統(tǒng)的進程管理，內(nèi)存管理，設(shè)備 和文件管理等，決定著系統(tǒng)的性能和穩(wěn)定性。 2.3 內(nèi)核配置中哪些選項對操作系統(tǒng)的正常啟動是必須的。 System type （ 系列選型 ） ；Character devices（ 字符設(shè)備驅(qū)動 ）中的 Virtual terminal,support for console on seri

16、al support,support for console on virtual terminal；文件系統(tǒng)（ File System ）。 3. 嵌入式文件系統(tǒng)的構(gòu)建 3.1 根文件系統(tǒng)概述 根文件系統(tǒng)是內(nèi)核啟動時所mou nt的第一個文件系統(tǒng)，內(nèi)核代碼映 像文件保存在跟文件系統(tǒng)中， 而系統(tǒng)引導(dǎo)程序會在根文件系統(tǒng)掛載之 后從中把一些基本的初始化腳本和服務(wù)加載到內(nèi)存中運行。 根文件系統(tǒng)中常見目錄有： /bin 存放二進制可執(zhí)行命令的目錄 /sbin 存放管理系統(tǒng)管理員使用的管理程序的目錄 以上由 busybox 生成 /dev 存放設(shè)備文件的目錄 /etc 存放系統(tǒng)管理和配置文件的目錄 /u

17、sr 存放幾乎所有的要用到的應(yīng)用程序和文件 /lib 存放動態(tài)鏈接共享庫的目錄 /mnt 使用戶臨時掛載其他的文件系統(tǒng) /proc 虛擬文件系統(tǒng)，直接訪問這個目錄獲取系統(tǒng)信息 以上是需要建立的目錄 /tmp 公用的臨時文件存儲點 /root 存放管理員的主目錄 /var 某些大文件的溢出區(qū) 3.2 Busybox 簡單介紹和編譯 BusyBox 是標準 Linux 工具的一個單個可執(zhí)行實現(xiàn)。 BusyBox 包 含了一些簡單的工具，例如 cat和echo,還包含了一些更大、更復(fù) 雜的工具，例如grep、find、mou nt以及tel net。它集成壓縮了 Li nux 的許多工具和命令。 因

18、為代碼可以在不依賴共享庫的情況下而直接共 享，BusyBox的體積得以大幅縮小。 本次實驗使用的 Busybox版本是busybox-1.00-pre5。進入目錄， 打開終端。 make menuconfig （進入配置界面） 下面簡要對 Busybox 的配置作一些說明： 1. 在 Build Option 菜單下，選擇靜態(tài)庫編譯方式， 這樣不用為 Busybox 提供動態(tài)鏈接庫支持。 2. 設(shè) 置交叉 編譯 器的 路 徑， 在 cross compiler prefix 中輸入 /usr/local/arm-linux/bin/arm-linux- 3. 在 Installation Op

19、tion菜單下, 自定義安裝目錄，一般使用默認 目錄 ./_install 即可。 4. 在 Linux System Utilities中有一些重要組件， 如 mount、umount。 因此要選上 Support mounting NFS file systems，即支持加載網(wǎng)絡(luò) 文件系統(tǒng)，如果不選此項，則影響與 PC機的通信。 5. 在 Networking Utilities菜單下配置和網(wǎng)絡(luò)有關(guān)的命令，為了使 用網(wǎng)絡(luò)連接，其中 ping 和 ifconfig 必選。 配置好 busybox 之后保存退出。進行編譯安裝。 make make install 在生成的 _install 目

20、錄里面有 bin 、 sbin 和 usr 三個目錄，并且每 個目錄下都會有 busybox 可執(zhí)行文件的符號鏈接。 3.3 配置文件系統(tǒng) 1. 在_install目錄下倉U建 etc 目錄，并建立 inittab 、rc、motd 三個文件。 inittab 文件由系統(tǒng)啟動程序 init 讀取并解釋執(zhí)行。 chmod +x rc （ 修改屬性為可執(zhí)行 ） Motd 內(nèi)容隨意，由 /etc/rc 調(diào)用顯示在終端上。 在 etc 目錄下創(chuàng)建 init.d 目錄，并將 /etc/rc 向 /etc/init.d/rcS 做符號鏈接，此文件為 inittab 指定的啟動腳本。 mkdir init.

21、d cd init.d ln - s ./rc rcS 初始化腳本，系統(tǒng)執(zhí)行 /sbin/init ，默認情況下它會執(zhí)行 /etc/init.d/rcS 來進行系統(tǒng)的初始化，建立鏈接后，實際執(zhí)行的為 /etc/rc ，在 rc 程序中有調(diào)用 /etc/motd 文件，因此 motd 文件的內(nèi) 容最終顯示在終端上。 2. 創(chuàng)建 dev 目錄，并在該目錄下建立必要的設(shè)備。如終端設(shè)備， dsp， 聲卡，frame buffer 幀緩沖，硬盤（hda），鼠標，鍵盤，ram, 觸 摸屏等。具體見講義 P26。 3. 建立 proc 空目錄，供 proc 文件系統(tǒng)使用。 4. 建 立 lib 目 錄 將

22、交 叉 編 譯 器 鏈 接 庫 路 徑 usr/local/arm-linux/arm-linux/lib 。 然后將下面幾個庫復(fù)制到 lib 目錄： ld-2.3.2.so libc-2.3.2.so libm-2.3.2.so 再做如下軟鏈接： ln - s ld-2.3.2.so ld-linux.so.2 In s libc-2.3.2.so libc.so.6 In - s libm.so.6 libm-2.3.2.so In - s libm.so libm-2.3.2.so 分析：實驗中要用靜態(tài)鏈接的方式來運行應(yīng)用程序， 并且實驗中要 將這些庫安裝在/lib 目錄下。本實驗中安裝

23、了三個庫 ld-2.3.2.so,libc-2.3.2.so,libm-2.3.2.so。它們分別是 linux 的 動態(tài)加載器、 libc 標準的 c 庫函數(shù)和數(shù)學庫。實驗中還做了四個軟 鏈接，這些軟鏈接使其不受版本的影響，從而具有向后兼容的作用， 所有的 linux 版本都能使用這些共享庫。 至此，文件系統(tǒng)目錄構(gòu)造完畢。 在 busybox 目錄終端下： dd if=/dev/zero of=ramdisk_img bs=1k count=8912 /sbin/mke2fs ramdisk_img mount ramdisk_img -o loop 分析：第一條命令是將創(chuàng)建一個寫滿0 文件

24、，bs=1k count=8192 表明創(chuàng)建的文件大小是8192x1k=8M。第二條命令用 于構(gòu)建 e2fs 文件系統(tǒng)。 第三條命令用于將 ramdisk_img 默認掛載 至U/mnt/ramdisk目錄，-o loop 中的-o 意為 option ， loop 表明 掛載的是 loopback 設(shè)備。 然后將配置好的跟文件系統(tǒng)目錄（即 _install ）中的內(nèi)容全部 復(fù)制至 /mnt/ramdisk/ 目錄下。 此時遇至問題：由于一開始沒有摸清設(shè)備文件與普通文件的區(qū)別， 于是在將掛載文件系統(tǒng)前所建立的設(shè)備文件拷貝至已掛載 ramdisk 的 dev目錄時發(fā)現(xiàn)根本無法復(fù)制。之后找到了解決辦法，就是在掛載的 文件系統(tǒng)里面再次輸入一串的mkno（來建立設(shè)備。 umount /mnt/ramdisk （文件復(fù)制創(chuàng)建完畢后卸載文件系統(tǒng)） gzip ramdisk_img（壓縮映像文件生成 ramdisk_img.gz ） 在掛載與卸載過程中還遇到由于沒有遵循“一掛一卸”的原則 導(dǎo)致多次掛載后不能卸載。loop設(shè)備有l(wèi)oopO Ioop7，所以當掛載 次數(shù)過多會