博創(chuàng)嵌入式培訓(xùn)—第3章 嵌入式Linux內(nèi)核文件系統(tǒng)與存儲(chǔ)(模板)ppt課件

1、第3章 嵌入式Linux內(nèi)核文件系統(tǒng)與存儲(chǔ).第三章 嵌入式Linux內(nèi)核文件系統(tǒng)與存儲(chǔ)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)方法與建議本章主要引見(jiàn)了三個(gè)部分，分別是嵌入式linux內(nèi)核、引導(dǎo)系統(tǒng)引見(jiàn)和文件系統(tǒng)等相關(guān)內(nèi)容。該章節(jié)詳細(xì)引見(jiàn)了關(guān)于嵌入式系統(tǒng)如何構(gòu)建以及內(nèi)核部分的運(yùn)用操作等內(nèi)容，可以更好的協(xié)助了解嵌入式系統(tǒng)的相關(guān)內(nèi)容，具有一定的運(yùn)用價(jià)值。. 內(nèi)容：一、概述 二、內(nèi)核目錄引見(jiàn) 三、配置文件和配置工具 四、內(nèi)核的編譯命令 第一節(jié) Linux內(nèi)核定制、裁剪和添加 .第一節(jié) Linux內(nèi)核定制、裁剪和添加

2、一、概述 操作系統(tǒng)構(gòu)造操作系統(tǒng)Operating System，OS是一組可以管理電腦軟硬件資源的程序，它可以管理內(nèi)存、決議系統(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(jì)算機(jī)軟硬件之間的紐帶，操作系統(tǒng)可以使計(jì)算機(jī)系統(tǒng)資源得到最大限制的利用。利用運(yùn)轉(zhuǎn)在某臺(tái)計(jì)算機(jī)宿主機(jī)上的編譯器編譯某個(gè)源程序，生成在另一臺(tái)機(jī)器目的機(jī)上運(yùn)轉(zhuǎn)的目的代碼的過(guò)程。操作系統(tǒng)是一套復(fù)雜的管理控制程序，包括五個(gè)方面的管理功能：進(jìn)程與處置機(jī)管理、存儲(chǔ)管理、設(shè)備管理、文件管理與用戶管理。普通來(lái)說(shuō)，操作系統(tǒng)具有四個(gè)共同特征：并發(fā)性concurrence、共享性sharing、虛擬性(virtual)和不確定性asynchr

3、onism。其中,并發(fā)是指兩個(gè)或者多個(gè)事件在同一時(shí)間間隔之內(nèi)發(fā)生；共享指系統(tǒng)中的資源可以供多個(gè)用戶用戶程序共同運(yùn)用；虛擬指經(jīng)過(guò)某種技術(shù)把一個(gè)物理上的實(shí)體映射為假設(shè)干個(gè)邏輯上的對(duì)應(yīng)；而不確定性那么指內(nèi)存中的多個(gè)進(jìn)程均按照各自獨(dú)立的方式執(zhí)行，其執(zhí)行速度由于遭到操作系統(tǒng)的自動(dòng)控制，因此是無(wú)法預(yù)知的。 .一個(gè)操作系統(tǒng)至少具有如以下圖所示的構(gòu)造。引導(dǎo)系統(tǒng)就是在操作系統(tǒng)內(nèi)核運(yùn)轉(zhuǎn)之前運(yùn)轉(zhuǎn)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)核預(yù)備好正確的環(huán)境；內(nèi)核是一個(gè)操作系統(tǒng)的中心，擔(dān)任管理系統(tǒng)的進(jìn)程、存儲(chǔ)、設(shè)備和文件等，它決議著系統(tǒng)的性能和穩(wěn)定性；根文件系統(tǒng)并不是一個(gè)詳細(xì)的

4、文件類型，而是一個(gè)實(shí)際性的概念，它作為VFSVirtual Filesystem Switcher的根節(jié)點(diǎn)，可以協(xié)助后者管理文件系統(tǒng)。VFS是內(nèi)核中提供的一種軟件機(jī)制，可以提供實(shí)踐各個(gè)文件系統(tǒng)的掛載點(diǎn)。 引導(dǎo)系統(tǒng)BootLoader內(nèi)核Kernel根文件系統(tǒng)Rootfs第一節(jié) Linux內(nèi)核定制、裁剪和添加 一、概述 .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，而且具有協(xié)助編譯驅(qū)動(dòng)程序等功能。完好的內(nèi)核普通規(guī)模較大，可以從官方網(wǎng)站下載。下載的內(nèi)核普通是tar.gz或者是.bz2緊縮文件，運(yùn)用時(shí)需求解壓。在編譯內(nèi)核留意需求root權(quán)限。以下

5、為內(nèi)核源碼的安裝步驟：1將需求晉級(jí)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-2.4.18.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) Linux內(nèi)核定制、裁剪和添加 一、概述 .第一節(jié) Linux內(nèi)核定制、裁剪和添加 一、概述 內(nèi)核版本號(hào)闡明 可以運(yùn)用uname a命令或者cat /proc/version命令來(lái)查看系統(tǒng)的內(nèi)核版本號(hào)，如以下圖所示。該系統(tǒng)內(nèi)核版本號(hào)為2.4.20-8。

6、其中第一個(gè)數(shù)字為主版本號(hào)，第二個(gè)數(shù)字為次版本號(hào)，第三個(gè)數(shù)字為修訂號(hào)。假設(shè)次版本號(hào)為偶數(shù)，那么闡明是該版本是穩(wěn)定發(fā)行版本；假設(shè)次版本號(hào)是奇數(shù)，那么闡明該系統(tǒng)內(nèi)核仍在開(kāi)發(fā)中。 .現(xiàn)代的操作系統(tǒng)普通由進(jìn)程管理、內(nèi)存管理、文件系統(tǒng)、驅(qū)動(dòng)程序和網(wǎng)絡(luò)等幾個(gè)功能模塊組成。Linux內(nèi)核源碼的各個(gè)目錄大致與此相對(duì)應(yīng)，如以下圖所示。第一節(jié) Linux內(nèi)核定制、裁剪和添加 二、內(nèi)核目錄引見(jiàn) .內(nèi)核源碼目錄闡明 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(gè)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

7、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(dòng)程序。ipc包含核心進(jìn)程間的通信代碼。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(kù)代碼。scripts包含用于配置核心的腳本文件。Documentation一些文檔，是對(duì)每個(gè)目錄作用的具體說(shuō)明。第一節(jié) Linux內(nèi)核定制、裁剪和添加 二、內(nèi)核目錄引見(jiàn) .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) Linux內(nèi)核定制、裁剪和添加 三、配置文件和配置工具 配置文件名功能各級(jí)Makefile和.depend文件各級(jí)目錄的make文件和依

8、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(lái)進(jìn)展相關(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 運(yùn)用命令： Make config 該方法簡(jiǎn)單且不需求調(diào)用Xwindows，不過(guò)操作費(fèi)事，用戶界面不友好。 10第一節(jié) Linux內(nèi)核定制、裁剪和添加 三、配置文件和配置工具 .2基于Ncurses的文本方式圖形用戶界面運(yùn)用命令： makemenuconfig 該方法簡(jiǎn)單且不需求調(diào)用Xwindows，而且操作簡(jiǎn)單，用戶界面友好后面的實(shí)驗(yàn)就運(yùn)用該方法進(jìn)展內(nèi)核的相關(guān)配置。11第一節(jié) Linux內(nèi)核定制、裁剪和添加 三、配置文件和配

9、置工具 .3基于Xwindows圖形界面的用戶配置界面運(yùn)用命令： Make xconfig12第一節(jié) Linux內(nèi)核定制、裁剪和添加 三、配置文件和配置工具 .1在該級(jí)目錄下的Config.in中添加對(duì)該模塊的編譯條件，該變量可以設(shè)置為三種形狀 Y-將該功能模塊編譯進(jìn)內(nèi)核 N-不將該功能模塊編譯進(jìn)內(nèi)核M-將該功能編譯成模塊方式，可以在需求時(shí)動(dòng)態(tài)插入到內(nèi)核中的模塊13第一節(jié) Linux內(nèi)核定制、裁剪和添加 四、內(nèi)核的編譯命令.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(xiàng)# make dep -提供變量依賴關(guān)系信息. # make clean

10、 -刪除生成的模塊和目的文件. # make zImage -編譯內(nèi)核生成緊縮的映象. # 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緊縮內(nèi)核映象的途徑為arch/arm/boot/zImage，之后拷貝新內(nèi)核文件zImage到啟動(dòng)目錄，并改為適宜的名字，即可啟動(dòng)新完成的內(nèi)核鏡像。14第一節(jié) Linux內(nèi)核定制、裁剪和添加 四、內(nèi)核的編譯命令. 內(nèi)容：一、引導(dǎo)系統(tǒng)概述 簡(jiǎn)單引見(jiàn)引導(dǎo)系統(tǒng)的概念和方式二、Linux的Bootloader vivi與uboot vivi和uboot作為ARM平臺(tái)常用的引導(dǎo)程序，具

11、有構(gòu)造簡(jiǎn)單但是功能強(qiáng)大的特點(diǎn) 第二節(jié) 嵌入式引導(dǎo)系統(tǒng)BootLoader技術(shù) 15.1引導(dǎo)系統(tǒng)引見(jiàn)所謂的引導(dǎo)程序BootLoader，即系統(tǒng)加電后運(yùn)轉(zhuǎn)的第一段軟件代碼。普通來(lái)說(shuō)嵌入式系統(tǒng)的Bootloader擔(dān)任加載整個(gè)啟動(dòng)義務(wù)。整個(gè)過(guò)程包括初始化硬件設(shè)備、建立內(nèi)存空間的映射圖、配置適宜的軟硬件環(huán)境以便可以調(diào)用操作系統(tǒng)的內(nèi)核。第二節(jié) 嵌入式引導(dǎo)系統(tǒng)BootLoader技術(shù) 一、引導(dǎo)系統(tǒng)概述 16.2引導(dǎo)系統(tǒng)的操作方式大多數(shù)引導(dǎo)系統(tǒng)都包含兩種不同的操作方式： 啟動(dòng)加載方式 下載方式1啟動(dòng)加載方式啟動(dòng)加載方式也稱為“自主autonomous方式。引導(dǎo)系統(tǒng)從目的機(jī)上的某個(gè)固態(tài)存儲(chǔ)設(shè)備中將操作系統(tǒng)加載

12、到 RAM 中運(yùn)轉(zhuǎn)。這種方式是引導(dǎo)系統(tǒng)的正常任務(wù)方式。2下載方式在下載方式下，目的機(jī)上的引導(dǎo)系統(tǒng)將經(jīng)過(guò)串口銜接或網(wǎng)絡(luò)銜接等通訊手段從主機(jī)下載文件。從主機(jī)下載的文件通常首先被引導(dǎo)系統(tǒng)保管到目的機(jī)的RAM中，然后再被引導(dǎo)系統(tǒng)寫到目的機(jī)上的FLASH類固態(tài)存儲(chǔ)設(shè)備中。這種方式通常在第一次安裝內(nèi)核與根文件系統(tǒng)時(shí)運(yùn)用；此外，以后的系統(tǒng)更新也會(huì)運(yùn)用引導(dǎo)系統(tǒng)的這種任務(wù)方式。 第二節(jié) 嵌入式引導(dǎo)系統(tǒng)BootLoader技術(shù) 一、引導(dǎo)系統(tǒng)概述 17.3. 引導(dǎo)系統(tǒng)的主要義務(wù)與典型構(gòu)造框架 大多數(shù)引導(dǎo)系統(tǒng)都分為 stage1 和 stage2 兩大部分。依賴于處置器體系構(gòu)造和板級(jí)初始化的代碼通常都放在 stage

13、1 中，用匯編實(shí)現(xiàn)；而 stage2 那么通常用C言語(yǔ)來(lái)實(shí)現(xiàn)，這樣可以實(shí)現(xiàn)更復(fù)雜的功能，同時(shí)代碼具有更好的可讀性和可移植性。 第二節(jié) 嵌入式引導(dǎo)系統(tǒng)BootLoader技術(shù) 一、引導(dǎo)系統(tǒng)概述 18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 預(yù)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(diǎn)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(cè)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(dòng)參數(shù)。5調(diào)用內(nèi)

14、核。.1vivi的常用命令 協(xié)助命令vivi help 顯示啟動(dòng)參數(shù)vivi param show 啟動(dòng)參數(shù)協(xié)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) 嵌入式引導(dǎo)系統(tǒng)BootLoader技術(shù) 二、 Linux的Bootloader vivi與uboot 19.1vivi的常用命令 顯示分區(qū)協(xié)助vivi part help 顯示分區(qū)vivi part

15、show 存儲(chǔ)器分區(qū)vivi bon help 引導(dǎo)協(xié)助vivi boot help 啟動(dòng)操作系統(tǒng)vivi boot 第二節(jié) 嵌入式引導(dǎo)系統(tǒng)BootLoader技術(shù) 二、 Linux的Bootloader vivi與uboot 20.2Uboot 的常用命令1protect：protect命令用于對(duì)Flash進(jìn)展寫維護(hù)，可以使能和解除寫維護(hù)。2erase：erase命令可以擦除Flash。3setenv：setenv命令可以設(shè)置環(huán)境變量。4printenv：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。5tftpboot：tftpboot命令可以運(yùn)用TFTP協(xié)議經(jīng)

16、過(guò)網(wǎng)絡(luò)下載二進(jìn)制格式的文檔。另外，運(yùn)用這個(gè)命令，必需配置好相關(guān)的環(huán)境變量。例如serverip和ipaddr。其命令格式為：tftpboot loadAddress bootfilename6bootm：bootm命令可以引導(dǎo)啟動(dòng)存儲(chǔ)在內(nèi)存中的程序映像。這些內(nèi)存包括RAM和可以永久保管的Flash。其命令格式為：bootm addr arg .第二節(jié) 嵌入式引導(dǎo)系統(tǒng)BootLoader技術(shù) 二、 Linux的Bootloader vivi與uboot 21.2Uboot 的常用命令6bootm：bootm命令可以引導(dǎo)啟動(dòng)存儲(chǔ)在內(nèi)存中的程序映像。這些內(nèi)存包括RAM和可以永久保管的Flash。其命

17、令格式為：bootm addr arg .7go：go命令可以執(zhí)行運(yùn)用程序。其命令格式為：go addr arg .8loadb：loadb命令可以經(jīng)過(guò)串口線下載二進(jìn)制格式的文檔。其命令格式為：loadb off baud 9loads：loads命令可以經(jīng)過(guò)串口線下載S-Record格式的文件。10flinfo：flinfo命令打印全部Flash組的信息，也可以只打印其中某個(gè)組的信息。普通嵌入式系統(tǒng)的Flash只需一個(gè)組。11cp：cp命令可以在內(nèi)存中復(fù)制數(shù)據(jù)塊，包括對(duì)Flash的讀寫操作。第二節(jié) 嵌入式引導(dǎo)系統(tǒng)BootLoader技術(shù) 二、 Linux的Bootloader vivi與ub

18、oot 22.2Uboot 的常用命令12cmp：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(zhǎng)字為單位。13mw：mw命令可以按照字節(jié)、字、長(zhǎng)字寫內(nèi)存，.b ，w，l的用法與cp命令一樣。14nfs：nfs命令可以運(yùn)用NFS網(wǎng)絡(luò)協(xié)議經(jīng)過(guò)網(wǎng)絡(luò)啟動(dòng)映像。15nm：nm命令用于修正內(nèi)存，可以按照字節(jié)、字、長(zhǎng)字操作。 16run：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(gè)環(huán)境變量名。17sleep：sleep命令可以延遲N秒鐘執(zhí)行，N為十進(jìn)制數(shù)。第二節(jié) 嵌入式引導(dǎo)系統(tǒng)BootLoader技術(shù) 二、 Linux的Bootloader vivi與u

19、boot 23. 內(nèi)容：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)的目錄構(gòu)造二、BusyBoxBusyBox的引見(jiàn)以及相關(guān)命令第三節(jié) 文件系統(tǒng)的構(gòu)建24.1根文件系統(tǒng)描畫Linux引導(dǎo)啟動(dòng)時(shí)，默許運(yùn)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(dòng)過(guò)程的最后一個(gè)步驟。文件系統(tǒng)包含兩大類：根文件系統(tǒng)和附加文件系統(tǒng)。根文件系統(tǒng)是操作系統(tǒng)至少應(yīng)該引導(dǎo)的一個(gè)文件系統(tǒng)，它包含了構(gòu)建整個(gè)操作系統(tǒng)的根本程序和相關(guān)目錄附加文件系統(tǒng)那么是除了根文件系統(tǒng)之外的一切文件系統(tǒng)，本身無(wú)法直接運(yùn)用，需求掛載到根文件系統(tǒng)的某個(gè)目錄下方可運(yùn)用。第三節(jié) 文件系統(tǒng)的構(gòu)建 一、文件系統(tǒng)概述25.第三節(jié) 文件系統(tǒng)的構(gòu)建

20、 一、文件系統(tǒng)概述262根文件系統(tǒng)目錄構(gòu)造 根文件系統(tǒng)呈倒掛樹(shù)狀層次構(gòu)造，普通包括如下幾個(gè)目錄：/etc、 /dev、/usr、/bin、 /var等。 如以下圖所示：.第三節(jié) 文件系統(tǒng)的構(gòu)建 一、文件系統(tǒng)概述27各目錄功能如下：/bin包含每個(gè)用戶使用的系統(tǒng)下最常用的命令/sbin主要在超級(jí)用戶管理系統(tǒng)時(shí)使用/lib存放系統(tǒng)的鏈接庫(kù)文件/boot系統(tǒng)啟動(dòng)時(shí)的內(nèi)核文件和其他一些信息文件/dev包含著代表硬件設(shè)備的設(shè)備文件/etc包含著整個(gè)系統(tǒng)的各種配置文件/home包含各用戶的主目錄/root超級(jí)用戶root的默認(rèn)主目錄/mnt裝載其他非標(biāo)準(zhǔn)文件系統(tǒng)的裝載點(diǎn)/proc一個(gè)虛擬目錄，其中保存內(nèi)核

21、和進(jìn)程的信息，文件存放在系統(tǒng)內(nèi)存中/tmp該目錄為程序和用戶提供臨時(shí)空間/usr包含UNIX系統(tǒng)的眾多資源，占用空間較大/var系統(tǒng)記錄文件的存放地，同時(shí)也存放著一些系統(tǒng)的配置文件/lost+found存在于所有的文件系統(tǒng)中，保存文件碎片/opt由一些外部應(yīng)用程序使用的目錄.1BusyBox引見(jiàn)BusyBox combines tiny versions of many common UNIX utilities into a single small executable. It provides replacements for most of the utilities you usua

22、lly find in GNU fileutils, shellutils, 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.現(xiàn)實(shí)上，BusyBox提供了相當(dāng)多的工具。從最簡(jiǎn)單的顯示工具到最強(qiáng)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(gè)可以運(yùn)用這些工具的鏈接。 第三節(jié) 文件系統(tǒng)的構(gòu)建 二、BusyBox28.2. BusyBox的相關(guān)命令BusyBox的相關(guān)配置和編譯內(nèi)核類似，需求首先運(yùn)用make menuconfig命令進(jìn)展手工配置。敲下make menuconfig命令之后，進(jìn)入如下界面：第三節(jié) 文件系