尝试initramfs+ucLibc+busybox

尝试initramfs+ucLibc+busybox

作者： zjujoe 转载请注明出处

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前言

最近移植成功 onenand rfs 文件系统到 pxa310 平台， 测试了一下， 发现性能不错。 于是开始考虑将其应用到 meamo 文件系统。 供应商推荐的方案是根文件系统采用 camfs , 然后以 link方式将某些需要写权限的目录放到 rfs 文件系统里去。 但是应用组的大哥说为了软件扩展性， 应该将根文件系统做成可写，即直接使用 rfs 作为根文件系统。

考虑到：

1.         rfs 文件系统不支持设备文件， 我们无法直接从内核 mount 一个 rfs 文件系统

2.         我们从供应商拿到的是没有源代码的 rfs 模块， 只能使用模块形式。

我们决定使用 initramfs ， 在 initramfs 里安装 rfs 模块，然后 switch_root 到 rfs 文件系统。

 

了解 initramfs

阅读内核文档 Documentation/filesystems/ramfs-rootfs-initramfs.txt， 获得关于 initramfs 的一些基础知识，得知应该采用 klibc 或者 ucLibc + busybox 作为 initramfs 的内容， 大体试了一下 klibc, 发现目前该项目还不够吃成熟（资料比较少， 邮件列表居然不能搜索，编译不能自动配置）， 决定采用 ucLibc + busybox 来组织文件系统。

 

编译 ucLibc

参考文档 http://blog.chinaunix.net/u1/43093/showart_338407.html 编译 ucLibc, 具体过程很简单， 这里罗列一下自己的心得：

提示 1

一开始就请选择一个通用目录， 比如/opt/buildroot ，Buildroot 在编译过程中生成了一堆绝对路径，编译完了不能移动 buildroot（或者说移动很麻烦）。我第一次编译是在一个较深的目录里进行的， 编译完后移动 buildroot 目录， 编译 busybox 会出错。

提示 2

 

buildroot 会自动下载必须的源码到 dl 目录，包括：

-rw-r--r-- 1 zjujoe zjujoe 14962245 2007-08-29 05:42 binutils-2.18.tar.bz2

-rw-r--r-- 1 zjujoe zjujoe 39707720 2007-02-14 16:04 gcc- 4.1.2 .tar.bz2

-rw-r--r-- 1 zjujoe zjujoe  1747068 2007-09-11 23:01 gmp- 4.2.2 .tar.bz2

-rw-r--r-- 1 zjujoe zjujoe 49450729 2008-10-09 11:33 linux- 2.6.26 .6.tar.bz2

-rw-r--r-- 1 zjujoe zjujoe    22444 2007-10-23 11:34 mpfr- 2.3.0 .patch

-rw-r--r-- 1 zjujoe zjujoe   872947 2007-08-29 18:27 mpfr- 2.3.0 .tar.bz2

-rw-r--r-- 1 zjujoe zjujoe  2134864 2007-05-06 17:45 uClibc- 0.9.29 .tar.bz2

100M 左右， 如果你的网络不是很快，需要较长的时间，另外， 编译 gcc 等也很花时间，所以最好在下班后执行这项活动。第二天早上过来一些已经OK。

 

提示 3

memuconfig 时， 某些配置会导致编译失败， 某些则编译成功后 再编译出来的busybox 不能正常使用， 本人第一次编译就遇到了一个编译出错：

make[4]: Entering directory `/home/zjujoe/buildroot/toolchain_build_arm/binutils-2.18-build/bfd/doc'

restore=: && backupdir=".am$$" && /

        rm -rf $backupdir && mkdir $backupdir && /

        if (/home/zjujoe/buildroot/toolchain_build_arm/binutils-2.18/missing makeinfo --split-size=5000000 --split-size=5000000 --version) >/dev/null 2>&1; then /

          for f in bfd.info bfd.info-[0-9] bfd.info-[0-9][0-9] bfd.i[0-9] bfd.i[0-9][0-9]; do /

            if test -f $f; then mv $f $backupdir; restore=mv; else :; fi; /

          done; /

        else :; fi && /

        if /home/zjujoe/buildroot/toolchain_build_arm/binutils-2.18/missing makeinfo --split-size=5000000 --split-size=5000000   -I /home/zjujoe/buildroot/toolchain_build_arm/binutils-2.18/bfd/doc /

         -o bfd.info `test -f 'bfd.texinfo' || echo '/home/zjujoe/buildroot/toolchain_build_arm/binutils-2.18/bfd/doc/'`bfd.texinfo; /

        then /

          rc=0; /

        else /

          rc=$?; /

          $restore $backupdir/* `echo "./bfd.info" | sed 's|[^/]*$||'`; /

        fi; /

        rm -rf $backupdir; exit $rc

WARNING: `makeinfo' is missing on your system.  You should only need it if

         you modified a `.texi' or `.texinfo' file, or any other file

         indirectly affecting the aspect of the manual.  The spurious

         call might also be the consequence of using a buggy `make' (AIX,

         DU, IRIX).  You might want to install the `Texinfo' package or

         the `GNU make' package.  Grab either from any GNU archive site.

make[4]: *** [bfd.info] Error 1

make[4]: Leaving directory `/home/zjujoe/buildroot/toolchain_build_arm/binutils-2.18-build/bfd/doc'

Making info in po

make[4]: Entering directory `/home/zjujoe/buildroot/toolchain_build_arm/binutils-2.18-build/bfd/po'

make[4]: Nothing to be done for `info'.

make[4]: Leaving directory `/home/zjujoe/buildroot/toolchain_build_arm/binutils-2.18-build/bfd/po'

make[4]: Entering directory `/home/zjujoe/buildroot/toolchain_build_arm/binutils-2.18-build/bfd'

make[4]: Nothing to be done for `info-am'.

make[4]: Leaving directory `/home/zjujoe/buildroot/toolchain_build_arm/binutils-2.18-build/bfd'

make[3]: *** [info-recursive] Error 1

make[3]: Leaving directory `/home/zjujoe/buildroot/toolchain_build_arm/binutils-2.18-build/bfd'

make[2]: *** [all-bfd] Error 2

make[2]: Leaving directory `/home/zjujoe/buildroot/toolchain_build_arm/binutils-2.18-build'

make[1]: *** [all] Error 2

make[1]: Leaving directory `/home/zjujoe/buildroot/toolchain_build_arm/binutils-2.18-build'

make: *** [/home/zjujoe/buildroot/toolchain_build_arm/binutils-2.18-build/binutils/objdump] Error 2

 

google 一下， 得到一个 workaround:

doc>pwd

/home/zjujoe/buildroot/toolchain_build_arm/binutils-2.18/bfd/doc

doc>makeinfo --split-size=5000000 --split-size=5000000 -I `pwd` -o bfd.info `test -f 'bfd.texinfo' || echo '/home/zjujoe/buildroot/toolchain_build_arm/binutils-2.18/bfd/doc '`bfd.texinfo

 

另外， 用第一次编译编译出来的 ucLibc 编译出的 busybox, init 会失败：

process '-/bin/sh' (pid 16) exited. Scheduling it for restart.

跟踪一下， 发现 setjmp 函数调用失败。(后来发现，buildroot 里有跟此相关的编译选项)

 

提示 4

第二次编译， 仍然采用 buildroot-20081019.tar.bz2， 但是仔细的 check 了编译选项， 然后在下班时开始编译， 第二天早上过来，发现居然编译成功， 而且(后话)编译出来的 busybox 也没有任何问题。我的config 文件如下（删除了注释行）：

BR2_HAVE_DOT_CONFIG=y

BR2_VERSION=" 0.10.0 -svn"

BR2_arm=y

BR2_iwmmxt=y

BR2_ARM_TYPE="ARM_IWMMXT"

BR2_ARM_EABI=y

BR2_ARCH="arm"

BR2_ENDIAN="LITTLE"

BR2_GCC_TARGET_TUNE="iwmmxt"

BR2_GCC_TARGET_ARCH="iwmmxt"

BR2_GCC_TARGET_ABI="iwmmxt"

BR2_PROJECT="uclibc"

BR2_HOSTNAME="uclibc"

BR2_BANNER="Welcome to the Erik's uClibc development environment."

BR2_BOARD_NAME="arm"

BR2_BOARD_PATH="target/device/ARM"

BR2_TARGET_ARM=y

BR2_PRIMARY_SITE=""

BR2_WGET="wget --passive-ftp -nd"

BR2_SVN_CO="svn co"

BR2_SVN_UP="svn up"

BR2_GIT="git clone"

BR2_ZCAT="gzip -d -c"

BR2_BZCAT="bzcat"

BR2_TAR_OPTIONS=""

BR2_DL_DIR="$(BASE_DIR)/dl"

BR2_SOURCEFORGE_MIRROR="easynews"

BR2_KERNEL_MIRROR="http://www.kernel.org/pub/"

BR2_GNU_MIRROR="http://ftp.gnu.org/pub/gnu"

BR2_DEBIAN_MIRROR="http://ftp.debian.org"

BR2_ATMEL_MIRROR="ftp://www.at91.com/pub/buildroot/"

BR2_AT91_PATCH_MIRROR="http://maxim.org.za/AT91RM9200/2.6/"

BR2_STAGING_DIR="$(BUILD_DIR)/staging_dir"

BR2_TOPDIR_PREFIX=""

BR2_TOPDIR_SUFFIX=""

BR2_ROOTFS_PREFIX="rootfs"

BR2_ROOTFS_SUFFIX=""

BR2_GNU_BUILD_SUFFIX="pc-linux-gnu"

BR2_GNU_TARGET_SUFFIX="linux-uclibcgnueabi"

BR2_JLEVEL=1

BR2_RECENT=y

BR2_STRIP_strip=y

BR2_OPTIMIZE_2=y

BR2_UPDATE_CONFIG=y

BR2_TOOLCHAIN_BUILDROOT=y

BR2_TOOLCHAIN_SOURCE=y

BR2_EXT_GCC_VERSION_4_1_2=y

BR2_EXT_GCC_VERSION_4_2_1=y

BR2_EXT_GCC_VERSION_4_2_2=y

BR2_EXT_GCC_VERSION_4_2_3=y

BR2_EXT_BINUTILS_VERSION_2_17=y

BR2_EXT_UCLIBC_VERSION_0_9_29=y

BR2_EXT_UCLIBC_VERSION_0_9_28_3=y

BR2_KERNEL_HEADERS_2_6_26=y

BR2_DEFAULT_KERNEL_HEADERS=" 2.6.26 .6"

BR2_UCLIBC_VERSION_0_9_29=y

BR2_UCLIBC_CONFIG="toolchain/uClibc/uClibc- 0.9.29 .config"

BR2_PTHREADS_OLD=y

BR2_BINUTILS_VERSION_2_18=y

BR2_BINUTILS_VERSION="2.18"

BR2_EXTRA_BINUTILS_CONFIG_OPTIONS=""

BR2_GCC_VERSION_4_1_2=y

BR2_GCC_VERSION=" 4.1.2 "

BR2_GCC_USE_SJLJ_EXCEPTIONS=y

BR2_EXTRA_GCC_CONFIG_OPTIONS=""

BR2_GCC_SHARED_LIBGCC=y

BR2_SOFT_FLOAT=y

BR2_TARGET_OPTIMIZATION="-Os -pipe"

BR2_CROSS_TOOLCHAIN_TARGET_UTILS=y

BR2_KERNEL_none=y

提示 5

最终得到的文件系统及工具链位于：

文件系统: /opt/buildroot/project_build_arm/uclibc/root

工具链: /opt/buildroot/build_arm/staging_dir/usr/bin

 

将工具链列表路径加入 PATH。

 

编译 busybox

Buildroot 里自带了 busybox, 但是跟我们目前使用的版本相差较大，所以决定采用 busybox 1.6.1 .

 

Busybox 是嵌入式文件系统里的瑞士军刀， 这里就不多介绍了， 对我们而言，它是我们所需要的唯一的二进制文件。

 

修改 Makefile, 使其使用 uClibc 工具链：

CROSS_COMPILE   ?= arm-linux-uclibcgnueabi-

 

然后执行 Make menuconfig, 注意选择：Ash Mount Insmod Echo switch_root

配置文件如下：

CONFIG_HAVE_DOT_CONFIG=y

CONFIG_BUSYBOX_EXEC_PATH="/proc/self/exe"

CONFIG_STATIC=y

CONFIG_NO_DEBUG_LIB=y

CONFIG_INSTALL_NO_USR=y

CONFIG_INSTALL_APPLET_SYMLINKS=y

CONFIG_PREFIX="./_install"

CONFIG_PASSWORD_MINLEN=6

CONFIG_MD5_SIZE_VS_SPEED=1

CONFIG_FEATURE_EDITING_HISTORY=

CONFIG_ECHO=y

CONFIG_MKNOD=y

CONFIG_TEST=y

CONFIG_INSMOD=y

CONFIG_FEATURE_2_6_MODULES=y

CONFIG_MOUNT=y

CONFIG_SWITCH_ROOT=y

CONFIG_FEATURE_LESS_MAXLINES=

CONFIG_FEATURE_SH_IS_ASH=y

CONFIG_ASH=y

CONFIG_FEATURE_IPC_SYSLOG_BUFFER_SIZE=

 

执行 make install, 最终得到一个静态编译的 busybox。 (我们没有别的可执行二进制文件，也不需要执行外部程序)

 

制作一个 initramfs 文件系统

目录结构如下：

rootfs_initramfs>tree

.

|-- bin

|   |-- [ -> busybox

|   |-- [[ -> busybox

|   |-- ash -> busybox

|   |-- busybox

|   |-- echo -> busybox

|   |-- mknod -> busybox

|   |-- mount -> busybox

|   |-- sh -> busybox

|   `-- test -> busybox

|-- dev

|   |-- console

|   `-- stl4

|-- init

|-- lib

|   `-- modules

|       `-- 2.6.21

|           |-- rfs.ko

|           |-- xsr.ko

|           `-- xsr_stl.ko

|-- newroot

`-- sbin

    |-- insmod -> ../bin/busybox

`-- switch_root -> ../bin/busybox

 

其中 bin 以及 sbin 从 busybox 的 _install 子目录拷贝而来， dev 下的console 为启动必须的设备文件， stl4 则是我们未来的根分区：

crw------- 1 root root   5, 1 2008-01-01 08:04 console

brw-rw---- 1 root root 138, 4 2008-01-01 08:04 stl4

 

lib/modules/ 2.6.21 / 下为 rfs 相关的内核模块：

-rw-r--r-- 1 root root  79073 2008-10-29 17:56 rfs.ko

-rw-r--r-- 1 root root 194280 2008-10-29 17:56 xsr.ko

-rw-r--r-- 1 root root 128005 2008-10-29 17:56 xsr_stl.ko

 

newroot 目录用于mount 未来的根文件系统。

 

/init 脚本为我们启动时执行代码， 主要任务就是安装 rfs 模块并切换到新的根， 内容如下：

#! /bin/sh

insmod /lib/modules/ 2.6.21 /xsr.ko   

insmod /lib/modules/ 2.6.21 /xsr_stl.ko

insmod /lib/modules/ 2.6.21 /rfs.ko

mount -t rfs /dev/stl4 /newroot -o codepage=cp437

mount -t tmpfs none /newroot/dev

mknod /newroot/dev/console c 5 1

exec switch_root /newroot /sbin/init

 

编译内核

修改 CMDLINE:

CONFIG_CMDLINE="root=/dev/mtdblock4 rootfstype=jffs2 rw console=ttyS2,115200 mem= 128M lpj=3112960"

变为：

CONFIG_CMDLINE="console=ttyS2,115200 mem= 128M lpj=3112960"

 

添加 initramfs 相关选项:

ONFIG_BLK_DEV_INITRD=y

CONFIG_INITRAMFS_SOURCE="rootfs_initramfs"

CONFIG_INITRAMFS_ROOT_UID=0

CONFIG_INITRAMFS_ROOT_GID=0

 

其中CONFIG_INITRAMFS_SOURCE 指向我们前面制作的文件系统。

其它的改动按照自己的环境来。

 

Make 完内核后我们就得到一个包含一个小文件系统（大概 300K）的内核， 它会在启动后去 mount 位于 /dev/stl4 的 rfs 根分区。

 

结语

利用 Initramfs + ucLibc + busybox， 我们得到一个微型的文件系统（100k-500k），可以应用到各种嵌入式场景. 比如升级系统， 关机充电系统， 等等。或者作为启动部分（如我们上面这个情景）。

利用 ucLibc + busybox, 我们可以得到一个较小的文件系统 (500k – 5M ), 加上嵌入式 GUI, 比如 MiniGUI， 我们可以做一些简单的 GUI 应用。

再大些的系统由于本身比较复杂， 可能会用到 ucLibc 不支持的特性， 就不能也不该使用 ucLibc 了。比如 Qtopia/Meamo。