buildroot构建根文件系统

2024-09-03 11:52

本文主要是介绍buildroot构建根文件系统,希望对大家解决编程问题提供一定的参考价值,需要的开发者们随着小编来一起学习吧!

目录

  • 嵌入式系统
    • 1. Bootloader(引导程序,如U-Boot)
    • 2. Linux内核
    • 3. 根文件系统
  • 根文件系统
  • 使用buildroot编译文件系统
    • Buildroot目录简介
    • 选择配置文件
    • Buildroot其他分析

嵌入式系统

嵌入式系统的三大部分:bootloader(如U-Boot)、Linux内核和根文件系统,各自有其特定的作用和功能。以下是对这三部分的详细说明:

1. Bootloader(引导程序,如U-Boot)

作用:

  • 硬件初始化:在系统上电或复位后,bootloader首先运行,负责初始化硬件设备,如CPU、内存、时钟、串口等。
  • 加载内核:bootloader的主要任务是将操作系统内核从存储设备(如Flash、SD卡)加载到内存中,并将控制权交给内核。
  • 引导配置:可以通过bootloader设置一些启动参数,如内核命令行参数、根文件系统位置等。
  • 调试和维护:bootloader通常提供一些调试和维护功能,如内存读写、Flash编程、网络引导等。

说明:
U-Boot是一个常用的开源bootloader,支持多种架构(如ARM、x86、MIPS等),具有高度的可配置性和可扩展性。

2. Linux内核

作用:

  • 硬件抽象:内核负责管理和抽象底层硬件资源,如CPU、内存、I/O设备等,使得上层应用无需直接操作硬件。
  • 进程管理:内核负责创建、调度和终止进程,提供多任务处理能力。
  • 内存管理:内核管理系统的内存资源,包括内存分配、回收、虚拟内存管理等。
  • 设备驱动:内核包含各种设备驱动程序,负责与硬件设备的交互。
  • 文件系统:内核提供对文件系统的支持,管理文件和目录的读写操作。
  • 网络功能:内核提供网络协议栈,实现网络通信功能。

说明:
Linux内核是一个开源的、模块化的操作系统内核,广泛应用于嵌入式系统中。内核可以根据具体需求进行裁剪和配置,以适应不同的硬件平台和应用场景。

3. 根文件系统

作用:

  • 系统启动:根文件系统包含系统启动所需的基本文件和目录结构,如/bin、/sbin、/etc、/lib等。
  • 库和工具:根文件系统包含运行应用程序所需的库文件和系统工具,如glibc、busybox等。
  • 配置文件:根文件系统包含系统配置文件,如网络配置、用户配置、启动脚本等。
  • 应用程序:根文件系统可以包含各种用户应用程序和服务。

说明:
根文件系统是操作系统运行时的基础环境,通常存储在Flash、SD卡或其他非易失性存储介质中。常见的根文件系统格式有ext4、jffs2、ubifs等。


总结

  • Bootloader:负责系统启动的第一阶段,初始化硬件并加载内核。

  • Linux内核:负责硬件抽象、资源管理和提供系统服务。

  • 根文件系统:提供系统运行所需的基本环境、库、工具和应用程序。

这三部分共同构成了一个完整的嵌入式Linux系统,各自承担不同的职责,协同工作以实现系统的正常运行。

根文件系统

制作根文件系统有三大神器:busybox、buildroot、yocto。
BusyBox:

  • 特点:BusyBox 是一个集成了许多常用 Unix 工具的小型软件包,被称为 “Linux 工具箱”。它将许多标准的 Unix 命令(如 ls、cp、mv 等)集成到一个单一的可执行文件中。
  • 优点:体积小、资源占用少,非常适合嵌入式系统和资源受限的环境。
  • 适用场景:适用于需要一个基本的、轻量级的根文件系统的场景,特别是在嵌入式设备中。

Buildroot:

  • 特点:Buildroot 是一个简单、易用的工具,用于生成嵌入式 Linux 系统的根文件系统、内核和工具链。它通过配置文件和 Makefile 来管理构建过程。

  • 优点:易于配置和使用,支持多种架构,能够快速生成一个完整的嵌入式 Linux 系统。它的配置界面类似于 Linux 内核的配置界面(menuconfig)。

  • 适用场景:适用于需要快速生成一个嵌入式 Linux 系统的场景,特别是对于中小型项目和开发周期较短的项目。

Yocto:

  • 特点:Yocto 是一个开源项目,提供了一个灵活的工具集,用于创建自定义的 Linux 发行版。它使用 BitBake 构建系统和 OpenEmbedded 元数据来管理构建过程。
  • 优点:高度可定制化,支持多种架构和复杂的依赖关系管理。适合构建高度定制化和复杂的嵌入式 Linux 系统。
  • 适用场景:适用于需要高度定制化和复杂的嵌入式 Linux 系统的场景,特别是对于大型项目和需要长期维护的项目。

总结:

  • BusyBox 适合需要一个基本、轻量级的根文件系统的场景。
  • Buildroot 适合需要快速生成一个完整的嵌入式 Linux 系统的中小型项目。
  • Yocto 适合需要高度定制化和复杂的嵌入式 Linux 系统的大型项目。

使用 busybox 构建文件系统,仅仅只是帮我们构建好了一些常用的命令和文件,像 lib 库、/etc 目录下的一些文件都需要自己手动创建,我们还要自己去移植一些第三方软件和库,比如 alsa、iperf、mplayer 等等。而且 busybox 构建的根文件系统默认没有用户名和密码设置。

如果想要构建完整的根文件系统,大家一般都是使用buildroot,它不仅包含了 busybox 的功能,而且里面还集成了各种软件,需要什么软件就选择什么软件,不需要我们去移植。buildroot 极大的方便了我们嵌入式 Linux 开发人员构建实用的根文件系统。

至于 yocto 构建根文件系统,过于复杂,需要时间也很久,我们一般不会选择这一种方式。

使用buildroot编译文件系统

手把手教你用 buildroot 构建根文件系统
使用buildroot编译文件系统
Buildroot对于嵌入式开发人员来说是一个非常好用的工具,因为嵌入式不像x86平台(PC)一样硬件基本是统一的,嵌入式平台的硬件是根据需求进行裁剪,而不同的硬件对应的程序必然是不同,所以使用Buildroot来配置是一个非常好的选择。
整个Buildroot是由Makefile脚本和Kconfig配置文件构成的,用户可以和编译Linux内核一样,通过config文件进行配置要编译的参数,也可以通过make menuconfig等界面进行修改,然后通过make命令编译出一个完整的,可以直接烧写到开发板上运行的Linux系统软件(如ubootzimagedtb以及文件系统)。

Buildroot目录简介

在这里插入图片描述

  • arch:存放CPU架构相关的配置脚本,如arm、mips、x86等,这些与CPU相关的脚本在Buildroot制作编译工具链、编译uboot时起关键作用。

  • board:针对不同硬件平台的特有配置文件、脚本与补丁。

  • boot:存放的是引导系统相关的配置文件。

  • configs:这里存放的是一些针对不同硬件平台的特有配置文件合集(xxxx_deconfig),我们在开发过程中为自己开发板配置的文件也可以放入该目录下,比如野火提供的imx6ull开发板的配置文件ebf6ull_s1_pro_defconfig就可以放入该目录下。

  • docs:存放相关的参考文档。

  • fs:存放各种文件系统的配置相关的文件,比如ext2、yassf2等。

  • linux:存放着Linux 内核的自动构建脚本。

  • package:该目录下存放着应用软件包的配置文件,每个应用软件包的配置文件有Config.in和xxxx.mk以及一些补丁文件,其中xxxx.mk文件可以去下载对应名字的应用软件包,这个文件其实就是Makefile脚本的自动构建脚本,根据文件中的描述去下载。

  • support:一些Buildroot支持相关的配置文件,比如docker、kconfig、下载辅助工具、补丁等。

  • system:这里就是根目录的主要骨架,以及启动的初始化配置文件,当制作根目录时就是将此处的文件拷贝到output目录下,然后再下载安装工具链的动态库和用户勾选的package。

  • toolchain:该目录主要存放编译交叉工具的配置文件。

  • utils:存放Buildroot一些通用工具。

  • dl:虽然一开始并没有dl(download)目录,但是在开始使用Buildroot后,会自动生成一个dl目录,它主要用于存放Buildroot工具下载的内容,因为Buildroot是一系列工具的管理集合,它本身并不存在这些编译工具,所以在使用时它自动会下载需要的工具,比如交叉编译器、依赖的库、以及一些软件源码包等(以压缩包的形式存放,Buildroot在使用时会自动解压),都会放在dl目录下。

  • output:虽然一开始Buildroot也并没有output目录,但是在开始使用Buildroot后,就会自动生成output目录,它是编译出来的输出文件夹,里面存放着解压后的各种软件包编译完后的现场。同时output目录下还有各种文件夹,如host文件夹是由各类源码编译后在主机上运行工具的安装目录,如arm-linux-gcc就是安装在这里;build文件夹是所有源码包解压出来的文件存放地和编译的发生地;images文件夹则是在我们编译完成后存放uboot、内核镜像、设备树以及文件系统等结果的。

    提示:对于其他的未列出来的目录,暂时不用去理会。

选择配置文件

Buildroot为了方便用户使用,在configs目录下提前配置好了很多平台的配置,我们可以在这里找一个与我们开发板最符合的配置文件,然后根据文件中的配置来修改出我们开发板的配置文件即可。
比如我们直接选择 imx6ull_ebf_pro_defconfig 作为我们编译的配置文件,那么可以运行以下命令将其写入到 .config 文件:

make imx6ull_ebf_pro_defconfig# 输出
#
# configuration written to /home/jiejie/ebf_6ull_buildroot/.config
#

很显然这操作过程与我们编译内核的过程是一样的,都是将配置文件的信息写入当前目录下的 .config文件中,然后通过make menuconfig命令进行配置:
在这里插入图片描述
每个部分的详细说明查看原链接
当配置完成,退出后会发现所有的配置都被写入当前目录下的 .config文件:

configuration written to /home/jiejie/ebf_6ull_buildroot/.config*** End of the configuration.
*** Execute 'make' to start the build or try 'make help'.

如果你想将这次配置的文件保存起来,那么可以通过以下命令保存:

make savedefconfig

然后我们可以执行 make 命令进行编译操作, make 命令通常会执行以下步骤:

  1. 根据配置需要下载源文件
  2. 配置、构建和安装交叉编译工具链,或者只是导入外部工具链
  3. 配置、构建和安装选定的目标软件包
  4. 则构建内核镜像
  5. 构建引导加载程序镜像
  6. 以所选格式创建根文件系统

执行 make 命令后就等待它编译完成即可,在编译完成后可以在 output/images 目录下找到编译产生的镜像,具体见
在这里插入图片描述
编译生成的设备树、内核、文件系统等都可以烧录到野火imx6ull开发板上,具体的烧录过程在烧录测试小节中已经讲解,此处就不再重复赘述。

Buildroot其他分析

正如前面所说的Buildroot是一个非常强大的工具,它可以随意依赖第三方的库以及工具,能快速构建我们需要的内容,如果你想了解一下Buildroot编译生成的内容的一些时间、依赖、大小等情况,通过代码肯定是不方便,Buildroot还提供可视化分析的工具,我们只需一句命令即可使用它们。
当然,按照官方文档的说明,需要在主机上安装必须的软件包python-matplotlib 和python-numpy,我们可以通过以下命令进行安装:

sudo apt-get install -y python-matplotlib python-numpy graphviz

Buildroot的工作之一是了解包之间的依赖关系,并确保它们以正确的顺序构建。 这些依赖关系有时可能非常复杂,对于给定的系统,通常不容易理解为什么这样或那样的包被Buildroot引入并且成功构建。为了帮助理用户解依赖关系,从而更好地理解嵌入式Linux系统中不同组件的作用,Buildroot能够生成依赖关系图,通过make graph-depends命令即可生成对应的依赖文件(默认是PDF格式),具体情况如下:

命令
make graph-depends最后输出提示:
-o /home/ embedfire /buildroot/buildroot-2019.02.4/output/graphs/graph-depends.pdf  /home/embedfire/buildroot/buildroot-2019.02.4/output/graphs/graph-depends.dot

当然,Buildroot还能生成关于编译时间与编译占用资源大小的分析图,只需要通过make graph-build与make graph-size命令生成即可,具体见(已删减输出信息):

命令
make graph-buildmake graph-size

然后可以看到在output/graphs目录下多了一些pdf文件,这些就是Buildroot生成的可视化分析文件,可以直接打开他们,具体见:
在这里插入图片描述
在这里插入图片描述

这篇关于buildroot构建根文件系统的文章就介绍到这儿,希望我们推荐的文章对编程师们有所帮助!



http://www.chinasem.cn/article/1132894

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