（四）根文件系统--从零开始自制linux掌上电脑（F1C200S)＜嵌入式项目＞
目录
一、根文件系统介绍
二、根文件系统移植
1、buildroot下载
2、根文件系统制作
3、根文件系统移植
4、根文件系统加载
5、mmc设备问题分析
6、mmc功能开启
7、设备树编译与下载
三、参考内容
一、根文件系统介绍
文件系统是对一个存储设备上的数据和元数据进行组织的机制，这种机制有利于用户和操作系统的交互。在Linux没有文件系统的话，用户和操作系统的交互也就断开了。
Unix没有盘符的概念，要求自己的文件系统是单一的一棵树。直接挂载在整棵树根上的那个盘里面的文件系统，就是根文件系统。
文件系统不是指某一个文件系统类型，而是指任何可以将文件目录组织成特定系统所需结构的文件系统，然后把它挂载在系统的根上。
Linux中的根文件系统像是一个文件夹管理系统，或者说像是一本书的目录，在某种意义上讲，根文件系统就是一个文件夹，只不过是这是一个特殊的文件夹，在这个目录里面会有很多的子目录，如下图所示。
下面是虚拟机中Ubuntu系统的根文件系统，根文件系统的目录名字为 ‘/’ ，也就是一个斜杠，各个目录的功能在下面的表格中做了详细介绍。
| Item | Description |
|---|---|
| / (root filesystem) | 根文件系统是文件系统的最高级别目录。在其他文件系统被挂载之前，它必须包含启动Linux系统所需的所有文件。它必须包括启动其余文件系统所需的所有可执行文件和库。在系统启动后，所有其他文件系统都被挂载在标准的、定义明确的挂载点上，作为根文件系统的子目录。 |
| /bin | /bin目录包含用户可执行文件。 |
| /boot | 包含启动Linux计算机所需的静态引导程序和内核可执行文件以及配置文件。 |
| /dev | 这个目录包含了连接到系统的每个硬件设备的设备文件。这些不是设备驱动程序，而是代表计算机上每个设备的文件，并为访问这些设备提供便利。 |
| /etc | 包含主机的本地系统配置文件。 |
| /home | 用户文件的主目录存储。每个用户都有一个/home的子目录。 |
| /lib | 包含启动系统所需的共享库文件。 |
| /media | 一个安装外部可移动媒体设备的地方，如可能连接到主机的USB拇指驱动器。 |
| /mnt | 普通文件系统（如不是可移动媒体）的临时挂载点，可以在管理员修复或处理文件系统的时候使用。 |
| /opt | 可选的文件，如供应商提供的应用程序应位于这里。 |
| /root | 这不是根（/）文件系统。它是根用户的主目录。 |
| /sbin | 系统二进制文件。这些是用于系统管理的可执行文件。 |
| /tmp | 临时目录。由操作系统和许多程序用来存储临时文件。用户也可以在这里临时存储文件。请注意，存储在这里的文件可能在任何时候被删除，而无需事先通知。 |
| /usr | 这些是可共享的、只读的文件，包括可执行的二进制文件和库、人文件和其他类型的文件。 |
| /var | 可变的数据文件被存储在这里。这可以包括像日志文件、MySQL和其他数据库文件、网络服务器数据文件、电子邮件收件箱，以及更多的东西。 |
二、根文件系统移植
1、buildroot下载
我们使用buildroot制作根文件系统，之前imx6ull使用的busybox，这里换一下，哈哈，首先进入官网，下载根文件系统buildroot2018.2.11版本，与墨云保持一致，下载后放到Ubuntu中解压。https://buildroot.org/download.html
https://buildroot.org/download.html
这个网站比较友好，不需要魔法，buildroot体积较小，直接下载即可，下面是几个不同后缀的文件。
上面的四个选项，下载后是下面的文件，sign是什么文件我不清楚，嘿嘿，欢迎评论区指出，选择一个压缩包，到Ubuntu中解压
2、根文件系统制作
解压完成后进入根目录，清理工程后，进入图形界面配置：
make clean
make menuconfig图形配置界面如下图所示，使用方向键选择不同选项，空格进行选中，回车进行确认。
Target options选项的配置如下图所示，每个选项的含义墨云解释过了，我就不造轮子了。
- 第一个选项为架构选择，这里选择ARM架构小端模式，
- 第二个为输出的二进制文件格式，这里选择EFL格式，
- 第三个为架构体系，这里选择arm926t，因为F1C200S/F1C100S的架构就是这个架构，
- 第四个为矢量浮点处理器，这里不勾选，因为对于F1C200S/F1C100S而言，其内部没有浮点运算单元，只能进行软浮点运算，也就是模拟浮点预运算。
- 第五个为应用程序二进制接口，这里选择EABI，原因是该格式支持软件浮点和硬件实现浮点功能混用。
- 第六个为浮点运算规则，这里使用软件浮点
- 第七个选择指令集，这里选择ARM指令集，因为thumb主要针对Cortex M系列而言的，对于运行操作系统的A系列以及ARM9和ARM11而言，使用的都是32位的ARM指令集。
来自：小白自制Linux开发板 三. Linux内核与文件系统移植 - 淡墨青云 - 博客园
据说Toolchain按照下方配置（打开了一些功能）可以在开发板上直接编译程序。
登录的时候会显示 “Wecome to kashine linux system.” ，并且我们设置了root用户密码为“good luck!”。
配置完成后，使用make命令进行编译，从下面可以看出，buildroot的编译需要网络支持，以通过网络配置我们选择的内容。 当然如果你的虚拟机无法连接网络，请看虚拟机ubuntu桥接怎么联网，或者是虚拟机net模式访问互联网。
此处是漫长的等待..........，建议来一道力扣中等！复杂链表的复制！力扣https://leetcode.cn/problems/fu-za-lian-biao-de-fu-zhi-lcof/?envType=study-plan&id=lcof&plan=lcof&plan_progress=y16046r
这个下载速度真的是奇慢无比！如果下载依赖包或者软件速度非常慢，可以尝试（不要试了，我试过不管用，哈哈）Ubuntu20.04换源之后依旧慢？Ubuntu16.04找不到Software&Updates（软件更新），但我试了一下仍然很慢，这不科学呀！魔法也不管用。
终于编译完成了！已经是第二天了，昨天搞到1：00还没有编译完，我就直接挂起虚拟机，今天早晨打开Ubuntu没大会，就已经编译完成了，大概两个多小时。编译完成后，在buildroot根目录的output/images目录下生成一个rootfs.rar文件，这个就是我们心心念念的根文件系统。
注意：第二次编译就会快很多，比如误删，别问我怎么知道的，唔哈哈哈。
3、根文件系统移植
将上面得到的rootfs.rar解压到TF卡的第二个分区，也就是rootfs分区，不要解压完成在复制过去，因为解压出来好多文件夹。两种选择，要么把压缩包复制到rootfs分区，解压后删除压缩包，要么直接解压到第二分区。使用如下命令将压缩包解压到rootfs分区后如下图所示：
sudo tar -vxf rootfs.tar -C /media/project01/rootfs/
其中tar解压缩命令格式如下：
| 选项 | 含义 |
| -x | 对 tar 包做解打包操作。 |
| -f | 指定要解压的 tar 包的包名。 |
| -t | 只查看 tar 包中有哪些文件或目录，不对 tar 包做解打包操作。 |
| -C 目录 | 指定解打包位置。 |
| -v | 显示解打包的具体过程。 |
4、根文件系统加载
TF卡第二个分区内已经放置了我们制作好的根文件系统，将TF卡插到开发板上并上电启动，打开串口调试助手，设置波特率115200，可以看到下面的内容，uboot和内核启动成功。
但是并没有启动Linux的根文件系统，我们看最后打印出的提示代码为： Waiting for root device /dev/mmcblk0p2...，看来是mmcblk0p2表示mmc设备（MultiMedia Card，多媒体存储卡）没有被内核启动成功，mmcblk0是我们的TF卡，p2代表第二个分区，我们最终确定是mmc设备出了问题。
5、mmc设备问题分析
我们先来分析一下出现这个问题的原因，如果说mmcblk0p2设备出现问题，那么为什么在启动Linux内核的时候没有出错的，内核文件和设备树文件存放在mmcblk0p1中，如果是mmcblk0p2加载出错，也就表示TF卡的设备树或者是驱动出了问题，那么mmcblk0p1不应该也是错的吗？那Linux内核不应该能够启动才对的？
小朋友，你是否有很多问号？好的，现在来说一下我对上面问题的理解。其实上面的问题有点不太对，不知道大家是否有相同的疑问，所以我对上面也进行了保留。下面分析：首先是uboot的启动，在TF卡的8k处，我们硬件没有问题，也就是说TF卡接在F1C200s的指定引脚，bootROM启动的时候一定会读取TF卡的8k位置，成功启动uboot，而在uboot启动后，进入倒计时，倒计时结束后，执行bootcmd命令，bootcmd命令如下所示：
load mmc 0:1 0x80008000 zImage;load mmc 0:1 0x80c08000 suniv-f1c100s-licheepi-nano.dtb;bootz 0x80008000 - 0x80c08000;该命令的主要作用是将zImage和设备树从mmc的第一个分区拷贝到内存中执行，这个应该好理解哈，Linux内核启动成功了，说明uboot能够将两个文件拷贝到内存中执行，进一步说明uboot的TF卡驱动是没有问题的，拷贝结束后，uboot生命周期结束，Linux内核启动，但是Linux内核TF卡启动出错，导致无法加载TF卡第二分区中的根文件系统。
至此，我们大致分析出导致无法启动Linux根文件系统的原因是：TF卡设备树或者驱动出错。对于设备树来讲，我们只需要提供对应的硬件信息，即可在不同的开发板可以使用相同的驱动。形象一点讲就是：对某个LED点灯程序（驱动），我宏定义了一个LED管脚（设备树），程序是官方给的，也就是说确定这个程序可以点灯，现在我们将这套程序放到另一个相同主控的开发板上运行，出问题的话就很可能是我们的宏定义出错了，也就是说，很可能是设备树出错。
通过上面的分析，我们怀疑很可能是设备树出了问题，那下面我们对设备树进行检查。首先介绍一下设备树相关文件，打开/arch/arm/boot/dts可以看到我们我们前面拷贝到TF卡KERNEL分区的设备树文件，其中.dtsi文件为“头文件”，储存一个主控芯片的共同信息，供针对相同主控芯片不同开发板的设备树源文件.dts文件调用，编译后生成设备树文件.dtb。
打开/arch/arm/boot/dts目录下的suniv-f1c100s-licheepi-nano.dts、suniv-f1c100s.dtsi，在dtsi文件中并没有发现mmc的内容，也就是如orange2c所说，是因为我们使用的主线Linux内核源码，而主线Linux设备树中并没有开启mmc。
6、mmc功能开启
参考荔枝派设备树源码，进行以下修改。首先添加头文件：
#include
#include 然后在soc结点下的pio添加如下代码，其中PF0、PF1、PF2、PF3、PF4、PF5为TF卡相关引脚，详见https://blog.csdn.net/qq_41709234/article/details/124389957。
mmc0_pins: mmc0-pins {
pins = "PF0", "PF1", "PF2", "PF3", "PF4", "PF5";
function = "mmc0";
};在soc结点下添加如下代码，使用pinctrl子系统初始化引脚，其中compatible变量保存着mmc对应的驱动。其他时钟总线之类的我就不详细解释了，因为我也不懂，哈哈。但是一定要注意，.dtsi文件里面是默认关闭mm功能的（可以看到下面的status是disabled状态），需要在.dts里面使能。
mmc0: mmc@1c0f000 {
compatible = "allwinner,suniv-f1c100s-mmc",
"allwinner,sun7i-a20-mmc";
reg = <0x01c0f000 0x1000>;
clocks = <&ccu CLK_BUS_MMC0>,
<&ccu CLK_MMC0>,
<&ccu CLK_MMC0_OUTPUT>,
<&ccu CLK_MMC0_SAMPLE>;
clock-names = "ahb",
"mmc",
"output",
"sample";
resets = <&ccu RST_BUS_MMC0>;
reset-names = "ahb";
interrupts = <23>;
pinctrl-names = "default";
pinctrl-0 = <&mmc0_pins>;
status = "disabled";
#address-cells = <1>;
#size-cells = <0>;
};.dtsi文件修改完成后如下所示：
// SPDX-License-Identifier: (GPL-2.0+ OR X11)
/*
* Copyright 2018 Icenowy Zheng
* Copyright 2018 Mesih Kilinc
*/
// modify by kashine
#include
#include
/ {
#address-cells = <1>;
#size-cells = <1>;
interrupt-parent = <&intc>;
clocks {
osc24M: clk-24M {
#clock-cells = <0>;
compatible = "fixed-clock";
clock-frequency = <24000000>;
clock-output-names = "osc24M";
};
osc32k: clk-32k {
#clock-cells = <0>;
compatible = "fixed-clock";
clock-frequency = <32768>;
clock-output-names = "osc32k";
};
};
cpus {
cpu {
compatible = "arm,arm926ej-s";
device_type = "cpu";
};
};
soc {
compatible = "simple-bus";
#address-cells = <1>;
#size-cells = <1>;
ranges;
sram-controller@1c00000 {
compatible = "allwinner,suniv-f1c100s-system-control",
"allwinner,sun4i-a10-system-control";
reg = <0x01c00000 0x30>;
#address-cells = <1>;
#size-cells = <1>;
ranges;
sram_d: sram@10000 {
compatible = "mmio-sram";
reg = <0x00010000 0x1000>;
#address-cells = <1>;
#size-cells = <1>;
ranges = <0 0x00010000 0x1000>;
otg_sram: sram-section@0 {
compatible = "allwinner,suniv-f1c100s-sram-d",
"allwinner,sun4i-a10-sram-d";
reg = <0x0000 0x1000>;
status = "disabled";
};
};
};
ccu: clock@1c20000 {
compatible = "allwinner,suniv-f1c100s-ccu";
reg = <0x01c20000 0x400>;
clocks = <&osc24M>, <&osc32k>;
clock-names = "hosc", "losc";
#clock-cells = <1>;
#reset-cells = <1>;
};
intc: interrupt-controller@1c20400 {
compatible = "allwinner,suniv-f1c100s-ic";
reg = <0x01c20400 0x400>;
interrupt-controller;
#interrupt-cells = <1>;
};
pio: pinctrl@1c20800 {
compatible = "allwinner,suniv-f1c100s-pinctrl";
reg = <0x01c20800 0x400>;
interrupts = <38>, <39>, <40>;
clocks = <&ccu 37>, <&osc24M>, <&osc32k>;
clock-names = "apb", "hosc", "losc";
gpio-controller;
interrupt-controller;
#interrupt-cells = <3>;
#gpio-cells = <3>;
uart0_pe_pins: uart0-pe-pins {
pins = "PE0", "PE1";
function = "uart0";
};
// modify by kashine
mmc0_pins: mmc0-pins {
pins = "PF0", "PF1", "PF2", "PF3", "PF4", "PF5";
function = "mmc0";
};
};
timer@1c20c00 {
compatible = "allwinner,suniv-f1c100s-timer";
reg = <0x01c20c00 0x90>;
interrupts = <13>;
clocks = <&osc24M>;
};
wdt: watchdog@1c20ca0 {
compatible = "allwinner,suniv-f1c100s-wdt",
"allwinner,sun4i-a10-wdt";
reg = <0x01c20ca0 0x20>;
};
uart0: serial@1c25000 {
compatible = "snps,dw-apb-uart";
reg = <0x01c25000 0x400>;
interrupts = <1>;
reg-shift = <2>;
reg-io-width = <4>;
clocks = <&ccu 38>;
resets = <&ccu 24>;
status = "disabled";
};
uart1: serial@1c25400 {
compatible = "snps,dw-apb-uart";
reg = <0x01c25400 0x400>;
interrupts = <2>;
reg-shift = <2>;
reg-io-width = <4>;
clocks = <&ccu 39>;
resets = <&ccu 25>;
status = "disabled";
};
uart2: serial@1c25800 {
compatible = "snps,dw-apb-uart";
reg = <0x01c25800 0x400>;
interrupts = <3>;
reg-shift = <2>;
reg-io-width = <4>;
clocks = <&ccu 40>;
resets = <&ccu 26>;
status = "disabled";
};
// modify by kashine
mmc0: mmc@1c0f000 {
compatible = "allwinner,suniv-f1c100s-mmc",
"allwinner,sun7i-a20-mmc";
reg = <0x01c0f000 0x1000>;
clocks = <&ccu CLK_BUS_MMC0>,
<&ccu CLK_MMC0>,
<&ccu CLK_MMC0_OUTPUT>,
<&ccu CLK_MMC0_SAMPLE>;
clock-names = "ahb",
"mmc",
"output",
"sample";
resets = <&ccu RST_BUS_MMC0>;
reset-names = "ahb";
interrupts = <23>;
pinctrl-names = "default";
pinctrl-0 = <&mmc0_pins>;
status = "disabled";
#address-cells = <1>;
#size-cells = <0>;
};
};
};
在.dts文件里面进行以下修改，首先使能mmc：
&mmc0 {
vmmc-supply = <®_vcc3v3>;
bus-width = <4>;
broken-cd;
status = "okay";
};然后这个是墨云在根节点下添加的一个结点，他并没有说明为什么添加，我百度了一下，这是一个电源管理相关的结点，使用regulator-fixed来实现使用GPIO控制某个电源开关 ，希望在开机时尽快输出高低电平来控制电源。详见。Rockchip RK3588 kernel dts解析之regulator-fixed。
reg_vcc3v3: vcc3v3 {
compatible = "regulator-fixed";
regulator-name = "vcc3v3";
regulator-min-microvolt = <3300000>;
regulator-max-microvolt = <3300000>;
};.dts文件修改完成之后下所示：
// SPDX-License-Identifier: (GPL-2.0+ OR X11)
/*
* Copyright 2018 Icenowy Zheng
*/
/dts-v1/;
#include "suniv-f1c100s.dtsi"
/ {
model = "Lichee Pi Nano";
compatible = "licheepi,licheepi-nano", "allwinner,suniv-f1c100s";
aliases {
serial0 = &uart0;
};
chosen {
stdout-path = "serial0:115200n8";
};
// modify by kashine
reg_vcc3v3: vcc3v3 {
compatible = "regulator-fixed";
regulator-name = "vcc3v3";
regulator-min-microvolt = <3300000>;
regulator-max-microvolt = <3300000>;
};
};
&uart0 {
pinctrl-names = "default";
pinctrl-0 = <&uart0_pe_pins>;
status = "okay";
};
// modify by kashine
&mmc0 {
vmmc-supply = <®_vcc3v3>;
bus-width = <4>;
broken-cd;
status = "okay";
};
7、设备树编译与下载
在Linux内核根目录下，使用以下命令重新编译设备树，内核无需重新编译。
make dtbs在内核源码根目录使用make dtbs编译变成后生成设备树文件，如下图所示。
编译完成后，将新的设备树文件（.dtb）拷贝到TF卡的第二分区，zImage无需修改，打开串口调试助手，上电复位，成功启动根文件系统！！！，成功打印出“Welcome to kashine linux system.”，root为管理员用户名，密码为前面设置的“good luck！”，将路径切换到根目录之后，查看根目录的文件夹，如下图所示。
在上电成功启动根文件系统之后，不要直接拔掉USB断电，可能造成根文件系统损坏，使用poweroff命令关闭根文件系统后断电。
三、参考内容
1. 墨云uboot移植；
2. 正点原子《嵌入式Linux驱动开发指南》
