buildroot构建根文件系统

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uboot、zimage、dtb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：

根据配置需要下载源文件
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
配置、构建和安装选定的目标软件包
则构建内核镜像
构建引导加载程序镜像
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-build

make 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