【正点原子Linux连载】第三十八章 根文件系统构建 -摘自【正点原子】I.MX6U嵌入式Linux驱动开发指南V1.0

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第三十八章 根文件系统构建

Linux“三巨头”已经完成了2个了，就剩最后一个rootfs(根文件系统)了，本章我们就来学习一下根文件系统的组成以及如何构建根文件系统。这是Linux移植的最后一步，根文件系统构建好以后就意味着我们已经拥有了一个完整的、可以运行的最小系统。以后我们就在这个最小系统上编写、测试Linux驱动，移植一些第三方组件，逐步的完善这个最小系统。最终得到一个功能完善、驱动齐全、相对完善的操作系统。

38.1 根文件系统简介
根文件系统一般也叫做rootfs，那么什么叫根文件系统？看到“文件系统”这四个字，很多人，包括我第一反应就是FATFS、FAT、EXT4、YAFFS和NTFS等这样的文件系统。在这里，根文件系统并不是FATFS这样的文件系统代码，EXT4这样的文件系统代码属于Linux内核的一部分。Linux中的根文件系统更像是一个文件夹或者叫做目录(在我看来就是一个文件夹，只不过是特殊的文件夹)，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。以后我们说到文件系统，如果不特别指明，统一表示根文件系统。对于根文件系统专业的解释，百度百科上是这么说的(原谅我把百度百科引用为专业解释，因为我实在找不到根文件系统的最初定义，也不要建议我到哪些404网站去查找，毕竟我胖，我怕翻到一般梯子不稳把我摔丑了)：
根文件系统首先是内核启动时所mount(挂载)的第一个文件系统，内核代码映像文件保存在根文件系统中，而系统引导启动程序会在根文件系统挂载之后从中把一些基本的初始化脚本和服务等加载到内存中去运行。
百度百科上说内核代码镜像文件保存在根文件系统中，但是我们嵌入式Linux并没有将内核代码镜像保存在根文件系统中，而是保存到了其他地方。比如NAND Flash的指定存储地址、EMMC专用分区中。根文件系统是Linux内核启动以后挂载(mount)的第一个文件系统，然后从根文件系统中读取初始化脚本，比如rcS，inittab等。根文件系统和Linux内核是分开的，单独的Linux内核是没法正常工作的，必须要搭配根文件系统。如果不提供根文件系统，Linux内核在启动的时候就会提示内核崩溃(Kernel panic)的提示，这个在37.2.4小节已经说过了。
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，这些小软件是怎么来的呢？这个就是我们本章教程的目的，教大家来构建自己的根文件系统，这个根文件系统是满足Linux运行的最小根文件系统，后续我们可以根据自己的实际工作需求不断的去填充这个最小根文件系统，最终使其成为一个相对完善的根文件系统。
在构建根文件系统之前，我们先来看一下根文件系统里面大概都有些什么内容，以Ubuntu为例，根文件系统的目录名字为‘/’，没看错就是一个斜杠，所以输入如下命令就可以进入根目录中：
cd / //进入根目录
进入根目录以后输入“ls”命令查看根目录下的内容都有哪些，结果如图38.1.1所示：

图38.1.1 Ubuntu根目录
图38.1.1中根目录下子目录和文件不少，但是这些都是Ubuntu所需要的，其中有很多子目录和文件我们嵌入式Linux是用不到的，所以这里就讲解一些常用的子目录：
1、/bin目录
看到“bin”大家应该能想到bin文件，bin文件就是可执行文件。所以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。此目录下的命令所有的客户都可以使用。
2、/dev目录
dev是device的缩写，所以此目录下的文件都是和设备有关的，此目录下的文件都是设备文件。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(I.MX6ULL根目录会有此文件)就表示I.MX6ULL的串口0，我们要想通过串口0发送或者接收数据就要操作文件/dev/ttymxc0，通过对文件/dev/ttymxc0的读写操作来实现串口0的数据收发。
3、/etc目录
此目录下存放着各种配置文件，大家可以进入Ubuntu的etc目录看一下，里面的配置文件非常多！但是在嵌入式Linux下此目录会很简洁。
4、/lib目录
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。这些库文件是共享库，命令和用户编写的应用程序要使用这些库文件。
5、/mnt目录
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。
6、/proc目录
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。
7、/usr目录
要注意，usr不是user的缩写，而是Unix Software Resource的缩写，也就是Unix操作系统软件资源目录。这里有个小知识点，那就是Linux一般被称为类Unix操作系统，苹果的MacOS也是类Unix操作系统。关于Linux和Unix操作系统的渊源大家可以直接在网上找Linux的发展历史来看。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。
8、/var目录
此目录存放一些可以改变的数据。
9、/sbin目录
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，主要用户系统管理。
10、/sys目录
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，此目录通过一定的组织结构向用户提供详细的内核数据结构信息。
11、/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。
关于Linux的根目录就介绍到这里，接下来的构建根文件系统就是研究如何创建上面这些子目录以及子目录中的文件。
38.2 BusyBox构建根文件系统
38.2.1 BusyBox简介
上一小节说了，根文件系统里面就是一堆的可执行文件和其他文件组成的？难道我们得一个一个的从网上去下载这些文件？显然这是不现实的！那么有没有人或者组织专门干这个事呢？他们负责“收集”这些文件，然后将其打包，像我们这样的开发者可以直接拿来用。答案是有的，它就叫做BusyBox！其名字分为“Busy”和“Box”，也就是忙碌的盒子。盒子是用来放东西的，忙碌的是因为它要提供根文件系统所需的文件，所以忙碌。BusyBox是一个集成了大量的Linux命令和工具的软件，像ls、mv、ifconfig等命令BusyBox都会提供。BusyBox就是一个大的工具箱，这个工具箱里面集成了Linux的许多工具和命令。一般下载BusyBox的源码，然后配置BusyBox，选择自己想要的功能，最后编译即可。
BusyBox可以在其官网下载到，官网地址为：https://busybox.net/，官网比较简陋，如图38.2.1.1所示：

图38.2.1.1 BusyBox官网
在官网左侧的“Get BusyBox”栏有一行“Download Source”，点击“Download Source”即可打开BusyBox的下载页，如图38.2.1.2所示：

图38.2.1.2 BusyBox下载页
从图38.2.1.2可以看出，目前最新的BusyBox版本是1.31.0，不过我建议大家使用我们开发板光盘里面提供的1.29.0版本的BusyBox。因为笔者测试1.29.0版本目前还没有出现任何问题，路径为：1、例程源码->6、BusyBox源码->busybox-1.29.0.tar.bz2，BusyBox准备好以后就可以构建根文件系统了。
38.2.2 编译BusyBox构建根文件系统
一般我们在Linux驱动开发的时候都是通过nfs挂载根文件系统的，当产品最终上市开卖的时候才会将根文件系统烧写到EMMC或者NAND中。所以要在4.2.1小节中设置的nfs服务器目录中创建一个名为rootfs的子目录(名字大家可以随意起，为了方便就用了rootfs)，比如我的电脑中“/home/zuozhongkai/linux/nfs”就是我设置的NFS服务器目录，使用如下命令创建名为rootfs的子目录：
mkdir rootfs
创建好的rootfs子目录就用来存放我们的根文件系统了。
将busybox-1.29.0.tar.bz2发送到Ubuntu中，存放位置大家随便选择。然后使用如下命令将其解压：
tar -vxjf busybox-1.29.0.tar.bz2
解压完成以后进入到busybox-1.29.0目录中，此目录中的文件和文件夹如图38.2.2.1所示：

图38.2.2.1 busybox-1.29.0目录内容
1、修改Makefile，添加编译器
同Uboot和Linux移植一样，打开busybox的顶层Makefile，添加ARCH和CROSS_COMPILE的值，如下所示：
示例代码38.2.2.1 Makefile代码段
164 CROSS_COMPILE ?= /usr/local/arm/gcc-linaro-4.9.4-2017.01-x86_64_arm-linux-gnueabihf/bin/arm-linux-gnueabihf-
…
190 ARCH ?= arm
在示例代码38.2.2.1中CORSS_COMPILE使用了绝对路径！主要是为了防止编译出错。
2、busybox中文字符支持
如果默认直接编译busybox的话，在使用SecureCRT的时候中文字符是显示不正常的，中文字符会显示为“?”，比如你的中文目录，中文文件都显示为“?”。不知道从哪个版本开始busybox中的shell命令对中文输入即显示做了限制，即使内核支持中文但在shell下也依然无法正确显示。
所以我们需要修改busybox源码，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，缩减后的函数内容如下：
示例代码38.2.2.2 libbb/printable_string.c代码段

12 const char* FAST_FUNC printable_string(uni_stat_t *stats, const char *str)
13 {
14  char *dst;
15  const char *s;
16 
17  s = str;
18  while (1) {
19      unsigned char c = *s;
20      if (c == '\0') {
......
28      }
29      if (c < ' ')
30          break;
31      if (c >= 0x7f)
32          break;
33      s++;
34  }
35 
36 #if ENABLE_UNICODE_SUPPORT
37  dst = unicode_conv_to_printable(stats, str);
38 #else
39  {
40      char *d = dst = xstrdup(str);
41      while (1) {
42          unsigned char c = *d;
43          if (c == '\0')
44              break;
45          if (c < ' ' || c >= 0x7f)
46              *d = '?';
47          d++;
48      }
......
55 #endif
56  return auto_string(dst);
57 }

第31和32行，当字符大于0X7F以后就跳出去了。
第45和46行，如果支持UNICODE码的话，当字符大于0X7F就直接输出‘?’。
所以我们需要对这4行代码进行修改，修改以后如下所示：

示例代码38.2.2.3 libbb/printable_string.c代码段

12 const char* FAST_FUNC printable_string(uni_stat_t *stats, const char *str)
13 {
14  char *dst;
15  const char *s;
16 
17  s = str;
18  while (1) {
......  
30      if (c < ' ')
31          break;
32      /* 注释掉下面这个两行代码 */
33      /* if (c >= 0x7f)
34          break; */
35      s++;
36  }
37 
38 #if ENABLE_UNICODE_SUPPORT
39  dst = unicode_conv_to_printable(stats, str);
40 #else
41  {
42      char *d = dst = xstrdup(str);
43      while (1) {
44          unsigned char c = *d;
45          if (c == '\0')
46              break;
47          /* 修改下面代码 */
48          /* if (c < ' ' || c >= 0x7f) */
49          if( c < ' ')
50              *d = '?';
51          d++;
52      }
......
59 #endif
60  return auto_string(dst);
61 }

示例代码38.2.2.3中红色部分的代码就是被修改以后的，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，找到如下内容：
示例代码38.2.2.4 libbb/unicode.c代码段

1003 static char* FAST_FUNC unicode_conv_to_printable2(uni_stat_t *stats, const char *src, unsigned width, int flags)
1004 {
1005    char *dst;
1006    unsigned dst_len;
1007    unsigned uni_count;
1008    unsigned uni_width;
1009 
1010    if (unicode_status != UNICODE_ON) {
1011        char *d;
1012        if (flags & UNI_FLAG_PAD) {
1013            d = dst = xmalloc(width + 1);
......
1022                *d++ = (c >= ' ' && c < 0x7f) ? c : '?';
1023                src++;
1024            }
1025            *d = '\0';
1026        } else {
1027            d = dst = xstrndup(src, width);
1028            while (*d) {
1029                unsigned char c = *d;
1030                if (c < ' ' || c >= 0x7f)
1031                    *d = '?';
1032                d++;
1033            }
1034        }
......
1040        return dst;
1041    }
......
1130 
1131    return dst;
1132 }

第1022行，当字符大于0X7F以后，*d++就为‘?’。
第1030和1031行，当字符大于0X7F以后，*d也为‘?’。
修改示例代码38.2.2.4，修改后内容如下所示：

示例代码38.2.2.5 libbb/unicode.c代码段

1003 static char* FAST_FUNC unicode_conv_to_printable2(uni_stat_t *stats, const char *src, unsigned width, int flags)
1004 {
1005    char *dst;
1006    unsigned dst_len;
1007    unsigned uni_count;
1008    unsigned uni_width;
1009 
1010    if (unicode_status != UNICODE_ON) {
1011        char *d;
1012        if (flags & UNI_FLAG_PAD) {
1013            d = dst = xmalloc(width + 1);
......
1022                /* 修改下面一行代码 */
1023                /* *d++ = (c >= ' ' && c < 0x7f) ? c : '?'; */
1024                *d++ = (c >= ' ') ? c : '?';
1025                src++;
1026            }
1027            *d = '\0';
1028        } else {
1029            d = dst = xstrndup(src, width);
1030            while (*d) {
1031                unsigned char c = *d;
1032                /* 修改下面一行代码 */
1033                /* if (c < ' ' || c >= 0x7f) */
1034                if(c < ' ')
1035                    *d = '?';
1036                d++;
1037            }
1038        }
......
1044        return dst;
1045    }
......
1047 
1048    return dst;
1049 }

示例代码38.2.2.5中红色部分的代码就是被修改以后的，同样主要是禁止字符大于0X7F的时候设置为‘?’。busybox中文字符支持跟代码修改有关的就改好了，最后还需要配置busybox来使能unicode码，这个稍后我们配置busybox的时候在设置。
3、配置busybox
根我们编译Uboot、Linux kernel一样，我们要先对busybox进行默认的配置，有以下几种配置选项：
①、defconfig，缺省配置，也就是默认配置选项。
②、allyesconfig，全选配置，也就是选中busybox的所有功能。
③、allnoconfig，最小配置。
我们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 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 menuconfig
打开以后如图38.2.2.2所示：

图38.2.2.2 busybox图形化配置界面
配置路径如下：
Location:
-> Settings
-> Build static binary (no shared libs)
选项“Build static binary (no shared libs)”用来决定是静态编译busybox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。这里我们不能采用静态编译！因为采用静态编译的话DNS会出问题！无法进行域名解析，配置如图38.2.2.3所示：

图38.2.2.3 不选择“Build static binary (no shared libs)”
继续配置如下路径配置项：
Location:
-> Settings
-> vi-style line editing commands
结果如图38.2.2.4所示：

图38.2.2.4 选择“vi-style line editing commands ”
继续配置如下路径配置项：
Location:
-> Linux Module Utilities
-> Simplified modutils
默认会选中“Simplified modutils”，这里我们要取消勾选！！结果如图38.2.2.5所示：

图38.2.2.5 取消选中“Simplified modutils”
继续配置如下路径配置项：
Location:
-> Linux System Utilities
-> mdev (16 kb) //确保下面的全部选中，默认都是选中的
结果如图38.2.2.6所示：

图38.2.2.6 “mdev”配置项
最后就是使能busybox的unicode编码以支持中文，配置路径如下：
Location:
-> Settings
-> Support Unicode //选中
-> Check $LC_ALL, $LC_CTYPE and $LANG environment variables //选中
结果如图38.2.2.7所示：

图38.2.2.7 中文支持
busybox的配置就到此结束了，大家也可以根据自己的实际需求选择配置其他的选项，不过对于初学者笔者不建议再做其他的修改，可能会出现编译出错的情况发生。
4、编译busybox
配置好busybox以后就可以编译了，我们可以指定编译结果的存放目录，我们肯定要将编译结果存放到前面创建的rootfs目录中，输入如下命令：
make
make install CONFIG_PREFIX=/home/zuozhongkai/linux/nfs/rootfs
COFIG_PREFIX指定编译结果的存放目录，比如我存放到“/home/zuozhongkai/linux/nfs/rootfs”目录中，等待编译完成。编译完成以后如图38.2.2.8所示：

图38.2.2.8 busybox编译完成
编译完成以后会在busybox的所有工具和文件就会被安装到rootfs目录中，rootfs目录内容如图38.2.2.9所示：

图38.2.2.9 rootfs目录
从图38.2.2.9可以看出，rootfs目录下有bin、sbin和usr这三个目录，以及linuxrc这个文件。前面说过Linux内核init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，所以用户态空间的init程序是busybox来生成的。
busybox的工作就完成了，但是此时的根文件系统还不能使用，还需要一些其他的文件，我们继续来完善rootfs。
38.2.3 向根文件系统添加lib库
1、向rootfs的“/lib”目录添加库文件
Linux中的应用程序一般都是需要动态库的，当然你也可以编译成静态的，但是静态的可执行文件会很大。如果编译为动态的话就需要动态库，所以我们需要向根文件系统中添加动态库。在rootfs中创建一个名为“lib”的文件夹，命令如下：
mkdir lib
lib文件夹创建好了，库文件从哪里来呢？lib库文件从交叉编译器中获取，前面我们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。交叉编译器里面有很多的库文件，这些库文件具体是做什么的我们作为初学者肯定不知道，既然我不知道那就简单粗暴的把所有的库文件都放到我们的根文件系统中。这样做出来的根文件系统肯定很大，但是我们现在是学习阶段，还做不了裁剪。这就是为什么我们推荐大家购买512MB+8GB版本的EMMC核心版，如果后面要学习QT的话那占用的空间将更大，不裁剪的话512MB的NAND完全不够用的！而裁剪又是需要经验的，我们都是初学者，哪里来的经验啊。所以我们推荐初学者购买EMMC版核心板并不是说为了多赚大家的钱，而是从实际角度考虑的。
进入如下路径对应的目录：
/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(是通配符)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，拷贝命令如下：
cp so *.a /home/zuozhongkai/linux/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“ls ld-linux-armhf.so.3 -l”查看此文件详细信息，如图38.2.3.1所示：

图38.2.3.1 文件ld-linux-armhf.so.3
从图38.2.3.1可以看出，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ld-linux-armhf.so.3完成逆袭，由“快捷方式”变为“本尊”，方法很简单，那就是重新复制ld-linux-armhf.so.3，只是不复制软链接即可，先将rootfs/lib中的ld-linux-armhf.so.3文件删除掉，命令如下：

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/zuozhongkai/linux/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，如图38.2.3.2所示：

图38.2.3.2 文件ld-linux-armhf.so.3
从图38.2.3.2可以看出，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：
/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/zuozhongkai/linux/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38.2.3.3所示：

图38.2.3.3 lib目录
2、向rootfs的“usr/lib”目录添加库文件
在rootfs的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，命令如下：
cp so *.a /home/zuozhongkai/linux/nfs/rootfs/usr/lib/ -d
完成以后的rootfs/usr/lib目录如图38.2.3.4所示：

图38.2.3.4 rootfs/usr/lib目录
至此，根文件系统的库文件就全部添加好了，可以使用“du”命令来查看一下rootfs/lib和rootfs/usr/lib这两个目录的大小，命令如下：
cd rootfs //进入根文件系统目录
du ./lib ./usr/lib/ -sh //查看lib和usr/lib这两个目录的大小
结果如图38.2.3.5所示：

图38.2.3.5 lib和usr/lib目录大小
可以看出lib和usr/lib这两个文件的大小分别为57MB和67MB，加起来就是57+67=124MB。非常大！所以正点原子的256MB和512MB的NAND核心版就不是给初学者准备的，而是给大批量采购的企业准备的，还是那句话，初学者选择EMMC版本的。
38.2.4 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，创建完成以后如图38.2.4.1所示：

图38.2.4.1 创建好其他文件夹以后的rootfs
目前来看，这个根文件系统好像已经准备好了，究竟有没有准备好，直接测一下就知道了！
38.3 根文件系统初步测试
接下来我们使用测试一下前面创建好的根文件系统rootfs，测试方法就是使用NFS挂载，uboot里面的bootargs环境变量会设置“root”的值，所以我们将root的值改为NFS挂载即可。在Linux内核源码里面有相应的文档讲解如何设置，文档为Documentation/filesystems/nfs/ nfsroot.txt，格式如下：
root=/dev/nfs nfsroot=[:][,] ip=::::::::
：服务器IP地址，也就是存放根文件系统主机的IP地址，那就是Ubuntu的IP地址，比如我的Ubuntu主机IP地址为192.168.1.250。
：根文件系统的存放路径，比如我的就是/home/zuozhongkai/linux/nfs/rootfs。
：NFS的其他可选选项，一般不设置。
：客户端IP地址，也就是我们开发板的IP地址，Linux内核启动以后就会使用此IP地址来配置开发板。此地址一定要和Ubuntu主机在同一个网段内，并且没有被其他的设备使用，在Ubuntu中使用ping命令ping一下就知道要设置的IP地址有没有被使用，如果不能ping通就说明没有被使用，那么就可以设置为开发板的IP地址，比如我就可以设置为192.168.1.251。
：服务器IP地址，前面已经说了。
：网关地址，我的就是192.168.1.1。
：子网掩码，我的就是255.255.255.0。
：客户机的名字，一般不设置，此值可以空着。
：设备名，也就是网卡名，一般是eth0，eth1….，正点原子的I.MX6U-ALPHA开发板的ENET2为eth0，ENET1为eth1。如果你的电脑只有一个网卡，那么基本只能是eth0。这里我们使用ENET2，所以网卡名就是eth0。
：自动配置，一般不使用，所以设置为off。
：DNS0服务器IP地址，不使用。
：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=192.168.1.250:/home/zuozhongkai/linux/nfs/rootfs,proto=tcp rw
ip=192.168.1.251:192.168.1.250:192.168.1.1:255.255.255.0::eth0:off
“proto=tcp”表示使用TCP协议，“rw”表示nfs挂载的根文件系统为可读可写。启动开发板，进入uboot命令行模式，然后重新设置bootargs环境变量，命令如下：
setenv bootargs ‘console=ttymxc0,115200 root=/dev/nfs nfsroot=192.168.1.250:
/home/zuozhongkai/linux/nfs/rootfs,proto=tcp rw ip=192.168.1.251:192.168.1.250:192.168.1.1:
255.255.255.0::eth0:off’ //设置bootargs
saveenv //保存环境变量
设置好以后使用“boot”命令启动Linux内核，结果如图38.3.1所示：

图38.3.1 进入根文件系统
从图38.3.1可以看出，我们进入了根文件系统，说明我们的根文件系统工作了！如果没有启动进入根文件系统的话可以重启一次开发板试试。我们可以输入“ls”命令测试一下，结果如图38.3.2所示：

图38.3.2 ls命令测试
可以看出ls命令工作正常！那么是不是说明我们的rootfs就制作成功了呢？大家注意，在进入根文件系统的时候会有下面这一行错误提示：
can’t run ‘/etc/init.d/rcS’: No such file or directory
提示很简单，说是无法运行“/etc/init.d/rcS”这个文件，因为这个文件不存在。如图38.3.3所示

图39.3.3 “/etc/init.d/rcS”不存在
看来我们的rootfs还是缺文件啊，没什么说的，一步一步的完善吧。
38.4 完善根文件系统
38.4.1 创建/etc/init.d/rcS文件
rcS是个shell脚本，Linux内核启动以后需要启动一些服务，而rcS就是规定启动哪些文件的脚本文件。在rootfs中创建/etc/init.d/rcS文件，然后在rcS中输入如下所示内容：
示例代码38.4.1.1 /etc/init.d/rcS文件

1  #!/bin/sh
2  
3  PATH=/sbin:/bin:/usr/sbin:/usr/bin:$PATH
4  LD_LIBRARY_PATH=$LD_LIBRARY_PATH:/lib:/usr/lib
5  export PATH LD_LIBRARY_PATH 
6  
7  mount -a
8  mkdir /dev/pts
9  mount -t devpts devpts /dev/pts
10 
11 echo /sbin/mdev > /proc/sys/kernel/hotplug
12 mdev -s

第1行，表示这是一个shell脚本。
第3行，PATH环境变量保存着可执行文件可能存在的目录，这样我们在执行一些命令或者可执行文件的时候就不会提示找不到文件这样的错误。
第4行，LD_LIBRARY_PATH环境变量保存着库文件所在的目录。
第5行，使用export来导出上面这些环境变量，相当于声明一些“全局变量”。
第7行，使用mount命令来挂载所有的文件系统，这些文件系统由文件/etc/fstab来指定，所以我们一会还要创建/etc/fstab文件。
第8和9行，创建目录/dev/pts，然后将devpts挂载到/dev/pts目录中。
第11和12行，使用mdev来管理热插拔设备，通过这两行，Linux内核就可以在/dev目录下自动创建设备节点。关于mdev的详细内容可以参考busybox中的docs/mdev.txt文档。
示例代码38.4.1.1中的rcS文件内容是最精简的，大家如果去看Ubuntu或者其他大型Linux操作系统中的rcS文件，就会发现其非常复杂。因为我们是初次学习，所以不用搞这么复杂的，而且这么复杂的rcS文件也是借助其他工具创建的，比如buildroot等。
创建好文件/etc/init.d/rcS以后一定要给其可执行权限！

使用如下命令给予/ec/init.d/rcS可执行权限：
chmod 777 rcS
设置好以后就重新启动Linux内核，启动以后如图38.4.1.1所示：

图38.4.1.1 Linux启动过程
从图38.4.1.1可以看到，提示找不到/etc/fstab文件，还有一些其他的错误，我们先把/etc/fstab这个错误解决了。说不定把这个问题解决以后其他的错误也就解决了。前面我们说了“mount -a”挂载所有根文件系统的时候需要读取/etc/fstab，因为/etc、fstab里面定义了该挂载哪些文件，好了，接下来就是创建/etc/fstab文件。
38.4.2 创建/etc/fstab文件
在rootfs中创建/etc/fstab文件，fstab在Linux开机以后自动配置哪些需要自动挂载的分区，格式如下：

：要挂载的特殊的设备，也可以是块设备，比如/dev/sda等等。
：挂载点。
：文件系统类型，比如ext2、ext3、proc、romfs、tmpfs等等。
：挂载选项，在Ubuntu中输入“man mount”命令可以查看具体的选项。一般使用defaults，也就是默认选项，defaults包含了rw、suid、 dev、 exec、 auto、 nouser和 async。
：为1的话表示允许备份，为0不备份，一般不备份，因此设置为0。
：磁盘检查设置，为0表示不检查。根目录‘/’设置为1，其他的都不能设置为1，其他的分区从2开始。一般不在fstab中挂载根目录，因此这里一般设置为0。
按照上述格式，在fstab文件中输入如下内容：
示例代码38.4.2.1 /etc/fstab文件
1 #
2 proc /proc proc defaults 0 0
3 tmpfs /tmp tmpfs defaults 0 0
4 sysfs /sys sysfs defaults 0 0
fstab文件创建完成以后重新启动Linux，结果如图38.4.2.1所示：

图38.4.2.1 Linux启动过程
从图38.4.2.1可以看出，启动成功，而且没有任何错误提示。但是我们要还需要创建一个文件/etc/inittab。
38.4.3 创建/etc/inittab文件
inittab的详细内容可以参考busybox下的文件examples/inittab。init程序会读取/etc/inittab这个文件，inittab由若干条指令组成。每条指令的结构都是一样的，由以“:”分隔的4个段组成，格式如下：
:::
：每个指令的标识符，不能重复。但是对于busybox的init来说，有着特殊意义。对于busybox而言用来指定启动进程的控制tty，一般我们将串口或者LCD屏幕设置为控制tty。
：对busybox来说此项完全没用，所以空着。
：动作，用于指定可能用到的动作。busybox支持的动作如表38.4.3.1所示：
动作 描述
sysinit 在系统初始化的时候process才会执行一次。
respawn 当process终止以后马上启动一个新的。
askfirst 和respawn类似，在运行process之前在控制台上显示“Please press Enter to activate this console.”。只要用户按下“Enter”键以后才会执行process。
wait 告诉init，要等待相应的进程执行完以后才能继续执行。
once 仅执行一次，而且不会等待process执行完成。
restart 当init重启的时候才会执行procee。
ctrlaltdel 当按下ctrl+alt+del组合键才会执行process。
shutdown 关机的时候执行process。
表38.4.3.1 动作
：具体的动作，比如程序、脚本或命令等。
参考busybox的examples/inittab文件，我们也创建一个/etc/inittab，在里面输入如下内容：
示例代码38.4.3.1 /etc/inittab文件

1 #etc/inittab
2 ::sysinit:/etc/init.d/rcS
3 console::askfirst:-/bin/sh
4 ::restart:/sbin/init
5 ::ctrlaltdel:/sbin/reboot
6 ::shutdown:/bin/umount -a -r
7 ::shutdown:/sbin/swapoff -a

第2行，系统启动以后运行/etc/init.d/rcS这个脚本文件。
第3行，将console作为控制台终端，也就是ttymxc0。
第4行，重启的话运行/sbin/init。
第5行，按下ctrl+alt+del组合键的话就运行/sbin/reboot，看来ctrl+alt+del组合键用于重启系统。
第6行，关机的时候执行/bin/umount，也就是卸载各个文件系统。
第7行，关机的时候执行/sbin/swapoff，也就是关闭交换分区。
/etc/inittab文件创建好以后就可以重启开发板即可，至此！根文件系统要创建的文件就已经全部完成了。接下来就要对根文件系统进行其他的测试，比如我们自己编写的软件运行是否正常、是否支持软件开机自启动、中文支持是否正常以及能不能链接等。

38.5 根文件系统其他功能测试
38.5.1 软件运行测试
我们使用Linux的目的就是运行我们自己的软件，我们编译的应用软件一般都使用动态库，使用动态库的话应用软件体积就很小，但是得提供库文件，库文件我们已经添加到了根文件系统中。我们编写一个小小的测试软件来测试一下库文件是否工作正常，在根文件系统下创建一个名为“drivers”的文件夹，以后我们学习Linux驱动的时候就把所有的实验文件放到这个文件夹里面。
在ubuntu下使用vim编辑器新建一个hello.c文件，在hello.c里面输入如下内容：
示例代码38.5.1.1 hello.c文件

1  #include <stdio.h>
2  
3  int main(void)
4  {
5      while(1) {
6          printf("hello world!\r\n");
7          sleep(2);
8      }
9      return 0;
10 }

hello.c内容很简单，就是循环输出“hello world”，sleep相当于Linux的延时函数，单位为秒，所以sleep(2)就是延时2秒。编写好以后就是编译，因为我们是要在ARM芯片上运行的，所以要用交叉编译器去编译，也就是使用arm-linux-gnueabihf-gcc编译，命令如下：

arm-linux-gnueabihf-gcc hello.c -o hello
使用arm-linux-gnueabihf-gcc将hello.c编译为hello可执行文件。这个hello可执行文件究竟是不是ARM使用的呢？使用“file”命令查看文件类型以及编码格式：
file hello //查看hello的文件类型以及编码格式
结果如图38.5.1.1所示：

图38.5.1.1 查看hello编码格式
从图38.5.1.1可以看出，输入“file hello”输入了如下所示信息：
hello: ELF 32-bit LSB executable, ARM, EABI5 version 1 (SYSV), dynamically linked……
hello是个32位的LSB可执行文件，ARM架构的，并且是动态链接的。所以我们编译出来的hello文件没有问题。将其拷贝到rootfs/drivers目录下，在开发板中输入如下命令来执行这个可执行文件：
cd /drivers //进入drivers目录
./hello //执行hello
结果如图38.5.1.2所示：

图38.5.1.2 hello运行结果
可以看出，hello这个软件运行正常，说明我们的根文件系统中的共享库是没问题的，要想终止hello的运行，按下“ctrl+c”组合键即可。此时大家应该能感觉到，hello执行的时候终端是没法用的，除非使用“ctrl+c”来关闭hello，那么有没有办法既能让hello正常运行，而且终端能够正常使用？那肯定是有的，让hello进入后台运行就行了，让一个软件进入后台的方法很简单，运行软件的时候加上“&”即可，比如“./hello &”就是让hello在后台运行。在后台运行的软件可以使用“kill -9 pid(进程ID)”命令来关闭掉，首先使用“ps”命令查看要关闭的软件PID是多少，ps命令用于查看所有当前正在运行的进程，并且会给出进程的PID。输入“ps”命令，结果如图38.5.1.3所示：

图38.5.1.3 ps命令结果
从图38.5.1.3可以看出hello对应的PID为166，因此我们使用如下命令关闭在后台运行的hello软件：
kill -9 166
因为hello在不断的输出“hello world”所以我们的输入看起来会被打断，其实是没有的，因为我们是输入，而hello是输出。在数据流上是没有打断的，只是显示在SecureCRT上就好像被打断了，所以只管输入“kill -9 166”即可。hello被kill以后会有提示，如图38.5.1.4所示：

图38.5.1.4 提示hello被kill掉。
再去用ps命令查看一下当前的进程，发现没有hello了。这个就是Linux下的软件后台运行以及如何关闭软件的方法，重点就是3个操作：软件后面加“&”、使用ps查看要关闭的软件PID、使用“kill -9 pid”来关闭指定的软件。
38.5.2 中文字符测试
1、设置SecureCRT使用UTF-8编码
因为Linux使用的编码格式为UTF-8，因此要先设置SecureCRT的编码格式。打开Options->Session Options…，打开“Session Options”对话框，选择左侧的“Appearance”，然后在右侧的“Character encoding:”栏选择UTF-8编码，如图38.5.2.1所示：

图38.5.2.1 设置UTF-8编码
设置好以后点击下方的“Ok”按钮即可，SecureCRT我们就设置好了。
2、创建中文文件
在ubuntu中向在rootfs目录新建一个名为“中文测试”的文件夹，然后在SecureCRT下查看中文名能不能显示正确。输入“ls”命令，结果如图38.5.2.2所示：

图38.5.2.2 中文文件夹测试
可以看出“中文测试”这个文件夹显示正常，接着“touch”命令在“中文测试”文件夹中新建一个名为“测试文档.txt”的文件，并且使用vim编辑器在其中输入“这是一个中文测试文件”，借此来测试一下中文文件名和中文内容显示是否正常。在SecureCRT中使用“cat”命令来查看“测试文档.txt”中的内容，结果如图38.5.2.3所示：

图38.5.2.3 中文文档内容显示
从图38.5.2.3可以看出，“测试文档.txt”的中文内容显示正确，而且中文路径也完全正常，说明我们的根文件系统已经完美支持中文了！
38.5.3 开机自启动测试
在38.5.1小节测试hello软件的时候都是等Linux启动进入根文件系统以后手动输入命令“./hello”来完成的。我们一般做好产品以后都是需要开机自动启动相应的软件，本节我们就以hello这个软件为例，讲解一下如何实现开机自启动。前面我们说过了，进入根文件系统的时候会运行/etc/init.d/rcS这个shell脚本，因此我们可以在这个脚本里面添加自启动相关内容。添加完成以后的/etc/init.d/rcS文件内容如下：
示例代码38.5.3.1 rcS文件代码

1  #!/bin/sh
2  PATH=/sbin:/bin:/usr/sbin:/usr/bin
3  LD_LIBRARY_PATH=$LD_LIBRARY_PATH:/lib:/usr/lib
4  runlevel=S
5  umask 022
6  export PATH LD_LIBRARY_PATH runlevel
7  
8  mount -a
9  mkdir /dev/pts
10 mount -t devpts devpts /dev/pts
11 
12 echo /sbin/mdev > /proc/sys/kernel/hotplug
13 mdev -s
14 
15 #开机自启动
16 cd /drivers
17 ./hello &
18 cd /

第16行，进入drivers目录，因为要启动的软件存放在drivers目录下。
第17行，以后台方式执行hello这个软件。
第18行，退出drivers目录，进入到根目录下。
自启动代码添加完成以后就可以重启开发板，看看hello这个软件会不会自动运行。结果如图38.5.3.1所示：

图38.5.3.1 hello开机自启动
从图38.5.3.1可以看出，hello开机自动运行了，说明开机自启动成功。
38.5.4 外网连接测试
这里说的外网不是外国哪些404网站的连接测试，而是百度、淘宝等这些网站的测试。也就是说看看我们的开发板能不能上网，能不能和我们的局域网外的这些网站进行通信。测试方法很简单，就是通过ping命令来ping一下百度的官网：www.baidu.com。输入如下命令：
ping www.baidu.com
结果如图38.5.4.1所示：

图38.5.4.1 ping测试结果
可以看出，测试失败，提示www.baidu.com是个“bad address”，也就是地址不对，显然我们的地址是正确的。之所以出现这个错误提示是因为www.baidu.com的地址解析失败了，并没有解析出其对应的IP地址。我们需要配置域名解析服务器的IP地址，一般域名解析地址可以设置为所处网络的网关地址，比如192.168.1.1。也可以设置为114.114.114.114，这个是运营商的域名解析服务器地址。
在rootfs中新建文件/etc/resolv.conf，然后在里面输入如下内容：
示例代码38.5.4.1 resolv.conf文件内容

1 nameserver 114.114.114.114
2 nameserver 192.168.1.1

设置很简单，nameserver表示这是个域名服务器，设置了两个域名服务器地址：114.114.114.114和192.168.1.1，大家也可以改为其他的域名服务器试试。如果使用“udhcpc”命令自动获取IP地址，“udhcpc”命令会修改nameserver的值，一般是将其设置为对应的网关地址。修改好以后保存退出，重启开发板！重启以后重新ping一下百度官网，结果如图38.5.4.2所示：

图38.5.4.2 ping百度官网结果
可以看出ping百度官网成功了！域名也成功的解析了，至此！我们的根文件系统就彻底的制作完成，这个根文件系统最好打包保存一下，防止以后做实验不小心破坏了根文件系统而功亏一篑，又得从头制作根文件系统。uboot、Linux kernel、rootfs这三个共同构成了一个完整的Linux系统，现在的系统至少是一个可以正常运行的系统，后面我们就可以在这个系统上完成Linux驱动开发的学习。