1、第第3章章 嵌入式嵌入式Linux內(nèi)核文件內(nèi)核文件系統(tǒng)與存儲系統(tǒng)與存儲第三章第三章 嵌入式嵌入式LinuxLinux內(nèi)核文件內(nèi)核文件系統(tǒng)與存儲系統(tǒng)與存儲主要內(nèi)容主要內(nèi)容 第一節(jié) Linux內(nèi)核定制、裁剪和添加 第二節(jié) 嵌入式引導(dǎo)系統(tǒng)（BootLoader）技術(shù) 第三節(jié) 文件系統(tǒng)的構(gòu)建 學(xué)習(xí)方法與建議學(xué)習(xí)方法與建議本章主要介紹了三個部分，分別是嵌入式linux內(nèi)核、引導(dǎo)系統(tǒng)介紹和文件系統(tǒng)等相關(guān)內(nèi)容。該章節(jié)詳細介紹了關(guān)于嵌入式系統(tǒng)如何構(gòu)建以及內(nèi)核部分的應(yīng)用操作等內(nèi)容，可以更好的幫助理解嵌入式系統(tǒng)的相關(guān)內(nèi)容，具有一定的應(yīng)用價值。 內(nèi)容：內(nèi)容：一、概述一、概述 二、內(nèi)核目錄介紹二、內(nèi)核目錄介紹 三、配

2、置文件和配置工具三、配置文件和配置工具 四、內(nèi)核的編譯命令四、內(nèi)核的編譯命令 第一節(jié)第一節(jié) Linux內(nèi)核定制、裁剪和添加內(nèi)核定制、裁剪和添加 第一節(jié)第一節(jié) Linux內(nèi)核定制、裁剪和添加內(nèi)核定制、裁剪和添加 一、概述一、概述操作系統(tǒng)結(jié)構(gòu)操作系統(tǒng)結(jié)構(gòu)操作系統(tǒng)（操作系統(tǒng)（Operating System，OS）是一組能夠管理電腦軟硬件資源的程序，它能夠管理內(nèi)存、決定系統(tǒng)資源分配、控制輸入輸出設(shè)備以及管理網(wǎng)絡(luò)文件等。作為計算機軟硬件之間的紐帶，操作系統(tǒng)能夠使計算機系統(tǒng)資源得到最大限度的利用。利用運行在某臺計算機（宿主機）上的編譯器編譯某個源程序，生成在另一臺機器（目標機）上運行的目標代碼的過程。操

3、作系統(tǒng)是一套復(fù)雜的管理控制程序，包括五個方面的管理功能：進程與處理機管理、存儲管理、設(shè)備管理、文件管理與用戶管理。一般來說，操作系統(tǒng)具有四個共同特征：并發(fā)性（并發(fā)性（concurrence）、共享性）、共享性（sharing）、虛擬性）、虛擬性(virtual)和不確定性（和不確定性（asynchronism）。）。其中,并發(fā)是指兩個或者多個事件在同一時間間隔之內(nèi)發(fā)生；共享指系統(tǒng)中的資源能夠供多個用戶（用戶程序）共同使用；虛擬指通過某種技術(shù)把一個物理上的實體映射為若干個邏輯上的對應(yīng)；而不確定性則指內(nèi)存中的多個進程均按照各自獨立的方式執(zhí)行，其執(zhí)行速度由于受到操作系統(tǒng)的自動控制，因此是無法預(yù)知的。

4、 一個操作系統(tǒng)至少具有如下圖所示的結(jié)構(gòu)。引導(dǎo)系統(tǒng)就是在操作系統(tǒng)內(nèi)核運行之前運行的一段小程序，其作用是初始化硬件設(shè)備、建立內(nèi)存空間的映射圖，并且為最終調(diào)用操作系統(tǒng)內(nèi)核準備好正確的環(huán)境；內(nèi)核是一個操作系統(tǒng)的核心，負責(zé)管理系統(tǒng)的進程、存儲、設(shè)備和文件等，它決定著系統(tǒng)的性能和穩(wěn)定性；根文件系統(tǒng)并不是一個具體的文件類型，而是一個理論性的概念，它作為VFS（Virtual Filesystem Switcher）的根節(jié)點，可以幫助后者管理文件系統(tǒng)。VFS是內(nèi)核中提供的一種軟件機制，能夠提供實際各個文件系統(tǒng)的掛載點。 引導(dǎo)系統(tǒng)BootLoader內(nèi)核Kernel根文件系統(tǒng)Rootfs第一節(jié)第一節(jié) Linux

5、內(nèi)核定制、裁剪和添加內(nèi)核定制、裁剪和添加 一、概述一、概述內(nèi)核源碼安裝內(nèi)核源碼安裝 將ARM Linux 系統(tǒng)內(nèi)核源碼安裝到操作系統(tǒng)之中不僅可以方便學(xué)習(xí)內(nèi)核的相應(yīng)內(nèi)容，而且具有幫助編譯驅(qū)動程序等功能。完整的內(nèi)核一般規(guī)模較大，可以從官方網(wǎng)站下載。下載的內(nèi)核一般是tar.gz或者是.bz2壓縮文件，使用時需要解壓。在編譯內(nèi)核注意需要root權(quán)限。以下為內(nèi)核源碼的安裝步驟：1）將需要升級的內(nèi)核拷貝到/usr/src/下：#cp linux-2.4.18.tar.gz /usr/src2）解壓下載的源程序文件，命令如下所示：#tar -zxvf linux-2.

6、4.18.tar.gz3）文件將解壓到/usr/src/linux目錄中，建立鏈接：#ln -s linux-2.4.18 linux第一節(jié)第一節(jié) Linux內(nèi)核定制、裁剪和添加內(nèi)核定制、裁剪和添加 一、概述一、概述第一節(jié)第一節(jié) Linux內(nèi)核定制、裁剪和添加內(nèi)核定制、裁剪和添加 一、概述一、概述內(nèi)核版本號說明內(nèi)核版本號說明可以使用uname a命令或者cat /proc/version命令來查看系統(tǒng)的內(nèi)核版本號，如下圖所示。該系統(tǒng)內(nèi)核版本號為2.4.20-8。其中第一個數(shù)字為主版本號，第二個數(shù)字為次版本號，第三個數(shù)字為修訂號。如果次版本號為偶數(shù)，則表明是該版本是穩(wěn)定發(fā)行版本；如果次版本號是奇

7、數(shù)，則說明該系統(tǒng)內(nèi)核仍在開發(fā)中。 現(xiàn)代的操作系統(tǒng)一般由進程管理、內(nèi)存管理、文件系統(tǒng)、驅(qū)動程序和網(wǎng)絡(luò)等幾個功能模塊組成 。Linux內(nèi)核源碼的各個目錄大致與此相對應(yīng)，如下圖所示。第一節(jié)第一節(jié) Linux內(nèi)核定制、裁剪和添加內(nèi)核定制、裁剪和添加 二、內(nèi)核目錄介紹二、內(nèi)核目錄介紹 內(nèi)核源碼目錄說明目錄名稱目錄功能arch包括了所有和體系結(jié)構(gòu)相關(guān)的核心代碼。它下面的每一個子目錄都代表一種Linux支持的體系結(jié)構(gòu)。include包括編譯內(nèi)核所需要的大部分頭文件。init包含內(nèi)核的初始化代碼（不是系統(tǒng)的引導(dǎo)代碼mm包含所有的內(nèi)存管理代碼。drivers包含系統(tǒng)中所有的設(shè)備驅(qū)動程序。ipc包含核心進程間的通

8、信代碼。fs存放Linux支持的文件系統(tǒng)代碼。kernel包含內(nèi)核管理的核心代碼。net內(nèi)核的網(wǎng)絡(luò)部分代碼。lib包含核心的庫代碼。scripts包含用于配置核心的腳本文件。Documentation一些文檔，是對每個目錄作用的具體說明。第一節(jié)第一節(jié) Linux內(nèi)核定制、裁剪和添加內(nèi)核定制、裁剪和添加 二、內(nèi)核目錄介紹二、內(nèi)核目錄介紹 1配置文件給用戶提供配置選擇的功能，主要包括如下配置文件第一節(jié)第一節(jié) Linux內(nèi)核定制、裁剪和添加內(nèi)核定制、裁剪和添加 三、配置文件和配置工具三、配置文件和配置工具 配置文件名配置文件名功能各級各級Makefile和和.depend文件文件各級目錄的make文

9、件和依賴工具.config內(nèi)核配置文件，保存配置結(jié)果Rules.make規(guī)則文件2配置工具用來進行相關(guān)配置的工具，包括配置命令解釋器，其中配置用戶界面如下： （1）基于字符的界面 使用命令： Make config 該方法簡單且不需要調(diào)用Xwindows，不過操作麻煩，用戶界面不友好。第一節(jié)第一節(jié) Linux內(nèi)核定制、裁剪和添加內(nèi)核定制、裁剪和添加 三、配置文件和配置工具三、配置文件和配置工具 （2）基于Ncurses的文本模式圖形用戶界面使用命令： make menuconfig該方法簡單且不需要調(diào)用Xwindows，而且操作簡單，用戶界面友好后面的實驗就使用該方法進行內(nèi)核的相關(guān)配置。第一節(jié)

10、第一節(jié) Linux內(nèi)核定制、裁剪和添加內(nèi)核定制、裁剪和添加 三、配置文件和配置工具三、配置文件和配置工具 （3）基于Xwindows圖形界面的用戶配置界面使用命令： Make xconfig第一節(jié)第一節(jié) Linux內(nèi)核定制、裁剪和添加內(nèi)核定制、裁剪和添加 三、配置文件和配置工具三、配置文件和配置工具 1 1在該級目錄下的Config.in中添加對該模塊的編譯條件，該變量可以設(shè)置為三種狀態(tài)Y-將該功能模塊編譯進內(nèi)核 N-不將該功能模塊編譯進內(nèi)核M-將該功能編譯成模塊方式，可以在需要時動態(tài)插入到內(nèi)核中的模塊第一節(jié)第一節(jié) Linux內(nèi)核定制、裁剪和添加內(nèi)核定制、裁剪和添加 四、內(nèi)核的編譯命令四、內(nèi)核

11、的編譯命令2內(nèi)核的編譯操作下面給出了用于內(nèi)核編譯的主要命令：# make menuconfig -配置編譯選項# make dep -提供變量依賴關(guān)系信息. # make clean -刪除生成的模塊和目標文件. # make zImage -編譯內(nèi)核生成壓縮的映象. # make modules -編譯模塊. # make modules_install -安裝編譯完成的模塊.編譯完成之后最終生成的壓縮內(nèi)核映象的路徑為arch/arm/boot/zImage，之后拷貝新內(nèi)核文件zImage到啟動目錄，并改為合適的名字，即可啟動新完成的內(nèi)核鏡像。第一節(jié)第一節(jié) Linux內(nèi)核定制、裁剪和添加內(nèi)核

12、定制、裁剪和添加 四、內(nèi)核的編譯命令四、內(nèi)核的編譯命令 內(nèi)容：內(nèi)容：一、引導(dǎo)系統(tǒng)概述一、引導(dǎo)系統(tǒng)概述 簡單介紹引導(dǎo)系統(tǒng)的概念和模式二、二、Linux的的Bootloader vivi與與uboot vivi和uboot作為ARM平臺常用的引導(dǎo)程序，具有結(jié)構(gòu)簡單但是功能強大的特點 第二節(jié)第二節(jié) 嵌入式引導(dǎo)系統(tǒng)（嵌入式引導(dǎo)系統(tǒng)（BootLoader）技術(shù)）技術(shù) 1引導(dǎo)系統(tǒng)介紹引導(dǎo)系統(tǒng)介紹所謂的引導(dǎo)程序（BootLoader），即系統(tǒng)加電后運行的第一段軟件代碼。一般來說嵌入式系統(tǒng)的Bootloader負責(zé)加載整個啟動任務(wù)。整個過程包括初始化硬件設(shè)備、建立內(nèi)存空間的映射圖、配置合適的軟硬件環(huán)境以便能夠

13、調(diào)用操作系統(tǒng)的內(nèi)核。第二節(jié)第二節(jié) 嵌入式引導(dǎo)系統(tǒng)（嵌入式引導(dǎo)系統(tǒng)（BootLoader）技術(shù)）技術(shù) 一、引導(dǎo)系統(tǒng)概述一、引導(dǎo)系統(tǒng)概述 2引導(dǎo)系統(tǒng)的操作模式引導(dǎo)系統(tǒng)的操作模式大多數(shù)引導(dǎo)系統(tǒng)都包含兩種不同的操作模式： 啟動加載模式啟動加載模式 下載模式下載模式1）啟動加載模式啟動加載模式啟動加載模式也稱為“自主”（autonomous）模式。引導(dǎo)系統(tǒng)從目標機上的某個固態(tài)存儲設(shè)備中將操作系統(tǒng)加載到 RAM 中運行。這種模式是引導(dǎo)系統(tǒng)的正常工作模式。2）下載模式下載模式在下載模式下，目標機上的引導(dǎo)系統(tǒng)將通過串口連接或網(wǎng)絡(luò)連接等通信手段從主機下載文件。從主機下載的文件通常首先被引導(dǎo)系統(tǒng)保存到目標機的RA

14、M中，然后再被引導(dǎo)系統(tǒng)寫到目標機上的FLASH類固態(tài)存儲設(shè)備中。這種模式通常在第一次安裝內(nèi)核與根文件系統(tǒng)時使用；此外，以后的系統(tǒng)更新也會使用引導(dǎo)系統(tǒng)的這種工作模式。 第二節(jié)第二節(jié) 嵌入式引導(dǎo)系統(tǒng)（嵌入式引導(dǎo)系統(tǒng)（BootLoader）技術(shù)）技術(shù) 一、引導(dǎo)系統(tǒng)概述一、引導(dǎo)系統(tǒng)概述 3. 引導(dǎo)系統(tǒng)的主要任務(wù)與典型結(jié)構(gòu)框架引導(dǎo)系統(tǒng)的主要任務(wù)與典型結(jié)構(gòu)框架 大多數(shù)引導(dǎo)系統(tǒng)都分為 stage1 和 stage2 兩大部分。依賴于處理器體系結(jié)構(gòu)和板級初始化的代碼通常都放在 stage1 中，用匯編實現(xiàn)；而 stage2 則通常用C語言來實現(xiàn)，這樣可以實現(xiàn)更復(fù)雜的功能，同時代碼具有更好的可讀性和可移植性。

15、第二節(jié)第二節(jié) 嵌入式引導(dǎo)系統(tǒng)（嵌入式引導(dǎo)系統(tǒng)（BootLoader）技術(shù)）技術(shù) 一、引導(dǎo)系統(tǒng)概述一、引導(dǎo)系統(tǒng)概述 引導(dǎo)系統(tǒng)的 stage1:1）硬件設(shè)備初始化。2）為加載引導(dǎo)系統(tǒng)的 stage2 準備 RAM 空間。3）拷貝引導(dǎo)系統(tǒng)的 stage2 到 RAM 空間中。4）設(shè)置好堆棧。5）跳轉(zhuǎn)到 stage2 的 C 入口點引導(dǎo)系統(tǒng)的 stage2 :1）初始化本階段要用到的硬件設(shè)備。2）檢測系統(tǒng)內(nèi)存映射(memory map)。3）將內(nèi)核映像和根文件系統(tǒng)映像從 flash 上讀到 RAM 空間中。4）為內(nèi)核設(shè)置啟動參數(shù)。5）調(diào)用內(nèi)核。1vivi的常用命令的常用命令 幫助命令vivi help

16、 顯示啟動參數(shù)vivi param show 啟動參數(shù)幫助vivi param help 設(shè)置參數(shù)vivi param set boot_delay 10000000Change boot_delay value. 0 x00989680(10000000) to 0 x00989680(10000000)vivi param save第二節(jié)第二節(jié) 嵌入式引導(dǎo)系統(tǒng)（嵌入式引導(dǎo)系統(tǒng)（BootLoader）技術(shù)）技術(shù) 二、二、 Linux的的Bootloader vivi與與uboot 1vivi的常用命令的常用命令 顯示分區(qū)幫助vivi part help 顯示分區(qū)vivi part show

17、存儲器分區(qū)vivi bon help 引導(dǎo)幫助vivi boot help 啟動操作系統(tǒng)vivi boot 第二節(jié)第二節(jié) 嵌入式引導(dǎo)系統(tǒng)（嵌入式引導(dǎo)系統(tǒng)（BootLoader）技術(shù)）技術(shù) 二、二、 Linux的的Bootloader vivi與與uboot 2Uboot 的常用命令的常用命令1）protect：protect命令用于對Flash進行寫保護，可以使能和解除寫保護。2）erase：erase命令可以擦除Flash。3）setenv：setenv命令可以設(shè)置環(huán)境變量。4）printenv：printenv命令可以打印全部環(huán)境變量，也可以只打印參數(shù)中列出的環(huán)境變量。5）tftpboot

18、：tftpboot命令能夠使用TFTP協(xié)議通過網(wǎng)絡(luò)下載二進制格式的文檔。另外，使用這個命令，必須配置好相關(guān)的環(huán)境變量。例如serverip和ipaddr。其命令格式為：tftpboot loadAddress bootfilename6）bootm： bootm命令可以引導(dǎo)啟動存儲在內(nèi)存中的程序映像。這些內(nèi)存包括RAM和可以永久保存的Flash。其命令格式為：bootm addr arg .第二節(jié)第二節(jié) 嵌入式引導(dǎo)系統(tǒng)（嵌入式引導(dǎo)系統(tǒng)（BootLoader）技術(shù)）技術(shù) 二、二、 Linux的的Bootloader vivi與與uboot 2Uboot 的常用命令的常用命令6）bootm： bo

19、otm命令可以引導(dǎo)啟動存儲在內(nèi)存中的程序映像。這些內(nèi)存包括RAM和可以永久保存的Flash。其命令格式為：bootm addr arg .7）go：go命令能夠執(zhí)行應(yīng)用程序。其命令格式為：go addr arg .8）loadb：loadb命令能夠通過串口線下載二進制格式的文檔。其命令格式為：loadb off baud 9）loads：loads命令可以通過串口線下載S-Record格式的文件。10）flinfo：flinfo命令打印全部Flash組的信息，也可以只打印其中某個組的信息。一般嵌入式系統(tǒng)的Flash只有一個組。11）cp：cp命令可以在內(nèi)存中復(fù)制數(shù)據(jù)塊，包括對Flash的讀寫操

20、作。第二節(jié)第二節(jié) 嵌入式引導(dǎo)系統(tǒng)（嵌入式引導(dǎo)系統(tǒng)（BootLoader）技術(shù)）技術(shù) 二、二、 Linux的的Bootloader vivi與與uboot 2Uboot 的常用命令的常用命令12）cmp：cmp命令可以比較兩塊內(nèi)存中的內(nèi)容。.b表示以字節(jié)為單位；.w表示以字為單位；.l表示以長字為單位。13）mw：mw命令可以按照字節(jié)、字、長字寫內(nèi)存，.b ，w，l的用法與cp命令相同。14）nfs：nfs命令可以使用NFS網(wǎng)絡(luò)協(xié)議通過網(wǎng)絡(luò)啟動映像。15）nm：nm命令用于修改內(nèi)存，可以按照字節(jié)、字、長字操作。 16）run：run命令可以執(zhí)行環(huán)境變量中的命令，后面參數(shù)可以是幾個環(huán)境變量名。17

21、）sleep：sleep命令可以延遲N秒鐘執(zhí)行，N為十進制數(shù)。第二節(jié)第二節(jié) 嵌入式引導(dǎo)系統(tǒng)（嵌入式引導(dǎo)系統(tǒng)（BootLoader）技術(shù)）技術(shù) 二、二、 Linux的的Bootloader vivi與與uboot 內(nèi)容：內(nèi)容：一、文件系統(tǒng)概述一、文件系統(tǒng)概述包括根文件系統(tǒng)的概述以及根文件系統(tǒng)的目錄結(jié)構(gòu)二、二、BusyBoxBusyBox的介紹以及相關(guān)命令第三節(jié)第三節(jié) 文件系統(tǒng)的構(gòu)建文件系統(tǒng)的構(gòu)建1根文件系統(tǒng)描述根文件系統(tǒng)描述Linux引導(dǎo)啟動時，默認使用的文件系統(tǒng)是根文件系統(tǒng)。裝載根文件系統(tǒng)也是引導(dǎo)系統(tǒng)啟動過程的最后一個步驟。文件系統(tǒng)包含兩大類：根文件系統(tǒng)根文件系統(tǒng)和附加文件系統(tǒng)附加文件系統(tǒng)。根

22、文件系統(tǒng)是操作系統(tǒng)至少應(yīng)該引導(dǎo)的一個文件系統(tǒng)，它包含了構(gòu)建整個操作系統(tǒng)的基本程序和相關(guān)目錄附加文件系統(tǒng)則是除了根文件系統(tǒng)之外的所有文件系統(tǒng)，本身無法直接使用，需要掛載到根文件系統(tǒng)的某個目錄下方可使用。第三節(jié)第三節(jié) 文件系統(tǒng)的構(gòu)建文件系統(tǒng)的構(gòu)建 一、文件系統(tǒng)概述一、文件系統(tǒng)概述第三節(jié)第三節(jié) 文件系統(tǒng)的構(gòu)建文件系統(tǒng)的構(gòu)建 一、文件系統(tǒng)概述一、文件系統(tǒng)概述2根文件系統(tǒng)目錄結(jié)構(gòu)根文件系統(tǒng)目錄結(jié)構(gòu) 根文件系統(tǒng)呈倒掛樹狀層次結(jié)構(gòu)，一般包括如下幾個目錄：/etc、 /dev、/usr、/bin、 /var等。 如下圖所示：第三節(jié)第三節(jié) 文件系統(tǒng)的構(gòu)建文件系統(tǒng)的構(gòu)建 一、文件系統(tǒng)概述一、文件系統(tǒng)概述各目錄功能

23、如下：/bin/bin包含每個用戶使用的系統(tǒng)下最常用的命令/sbin/sbin主要在超級用戶管理系統(tǒng)時使用/lib/lib存放系統(tǒng)的鏈接庫文件/boot/boot系統(tǒng)啟動時的內(nèi)核文件和其他一些信息文件/dev/dev包含著代表硬件設(shè)備的設(shè)備文件/etc/etc包含著整個系統(tǒng)的各種配置文件/home/home包含各用戶的主目錄/root/root超級用戶root的默認主目錄/mnt/mnt裝載其他非標準文件系統(tǒng)的裝載點/proc/proc一個虛擬目錄，其中保存內(nèi)核和進程的信息，文件存放在系統(tǒng)內(nèi)存中/tmp/tmp該目錄為程序和用戶提供臨時空間/usr/usr包含UNIX系統(tǒng)的眾多資源，占用空間較

24、大/var/var系統(tǒng)記錄文件的存放地，同時也存放著一些系統(tǒng)的配置文件/lost+found/lost+found存在于所有的文件系統(tǒng)中，保存文件碎片/opt/opt由一些外部應(yīng)用程序使用的目錄1BusyBox介紹介紹BusyBox combines tiny versions of many common UNIX utilities into a single small executable. It provides replacements for most of the utilities you usually find in GNU fileutils, shellutils,

25、etc. The utilities in BusyBox generally have fewer options than their full-featured GNU cousins; however, the options that are included provide the expected functionality and behave very much like their GNU counterparts. BusyBox provides a fairly complete environment for any small or embedded system.事實上，BusyBox提供了相當(dāng)多的工具。從最簡單的顯示工具到最強大的搜索工具，BusyBox把這些工具存放在/bin和/sbin目錄之下，并且建立一個能夠使用這些工具的鏈接。 第三節(jié)第三節(jié) 文件系統(tǒng)的構(gòu)建文件系統(tǒng)的構(gòu)建 二、二、BusyBox2. BusyBox的相關(guān)命令的相關(guān)命令BusyBox的相關(guān)配置和編譯內(nèi)核類似，需要首先使用make menu