Buildroot 构建根文件系统(Jz2440)

1. Buildroot 简介

Buildroot是Linux平台上一个构建嵌入式Linux系统的框架。整个Buildroot是由Makefile脚本和Kconfig配置文件构成的。你可以和编译Linux内核一样，通过buildroot配置，menuconfig修改，编译出一个完整的可以直接烧写到机器上运行的Linux系统软件(包含boot、kernel、rootfs以及rootfs中的各种库和应用程序)。

下载地址：https://buildroot.org/download.html

2. 开发环境

Buildroot 版本：buildroot-2020.02.9.tar.gz
虚拟机：ubuntu 18.04.5 LTS
交叉编译器：arm-linux-gcc 4.4.3
Linux 内核：linux-4.15

3. buildroot 构建根文件系统

3.1 配置 buildroot

(1) 将 buildroot 源码 buildroot-2020.02.9.tar.gz 拷贝到 ubuntu 虚拟机中，解压源码：

tar xzf buildroot-2020.02.9.tar.gz

(2) 进入解压好的源码的目录中，配置 buildroot：

cd buildroot-2020.02.9/
make menuconfig

输入make menuconfig 命令配置，最后会出现如下错误：

make[2]: *** [Makefile:253: /home/ubuntu/works/buildroot-2020.02.9/output/build/buildroot-config/dochecklxdialog] Error 1
make[1]: *** [Makefile:960: /home/ubuntu/works/buildroot-2020.02.9/output/build/buildroot-config/mconf] Error 2
make: *** [Makefile:84: _all] Error 2

错误的原因：由于我的是新安装的ubuntu虚拟机，没有安装配置界面相关的库。
解决方法：sudo apt install libncurses-dev

(3) 重新执行 make menuconfig 命令后，弹出的配置界面如下图所示：
在这里插入图片描述
(4) 接下来我们一次配置 buildroot：

① 配置 Target options：首先配置 Target options 选项，需要配置的项目和其对应的内容如下(“=”号后面是配置项
要选择的内容，“//”号后面是注释 )：

Target options
	->Target Architecture = ARM (little endian)  // 目标架构，这里选择 ARM(little endian)，ARM小端模式
	->Target Binary Format = ELF                 // 二进制格式，为 ELF
	->Target Architecture Variant = arm920t      // s3c2440 的 CPU 核心架构为 arm920t
	->Target ABI = EABI                          // 应用程序二进制接口，为EABI
	->Floating point strategy = Soft float       // 浮点数的策略，s3c2440没有硬件浮点运算，所以选择为 Soft float
	->ARM instruction set = ARM                  // arm 汇编指令集，选择为 ARM 指令集

配置完成后，如下图所示：
在这里插入图片描述

② 配置 Build option：主要是一些编译时用到的选项,比如dl的路径,下载代码包使用的路径,同时运行多个编译的上限,是否使能编译器缓冲区等等,这里按照默认就行了。

③ 配置 Toolchain：此配置项用于配置交叉编译工具链，也就是交叉编译器，这里设置为我们自己所使用的交叉编译器即可。 buildroot 其实是可以自动下载交叉编译器的，但是都是从国外服务器下载的，速度比较慢。配置内容如下：

Toolchain
	->Toolchain type = External toolchain         // 工具链的类型，有 Buildroot toolchain 和 External toolchain 两个选择，前者是使用buildroot自动下载的编译器，后者是使用我们自己的编译器，所以我们选择External toolchain 
	->Toolchain = Custom toolchain                // 用户自己的交叉编译器
	->Toolchain origin = Pre-installed toolchain  // 预装的编译器
	->Toolchain path = /tools/arm-linux-gcc-4.4.3 // 编译器的路径
	->Toolchain prefix = $(ARCH)-linux            // 编译器的前缀
	-> External toolchain gcc version = 4.4.x     // 工具链的版本，这里使用的编译器的是 arm-linux-gcc 4.4.3
	->External toolchain kernel headers series = 4.15.x   // 内核头文件，本人使用的linux内核为 kernel 4.15
	->External toolchain C library = glibc/eglibc
	->[*] Toolchain has SSP support? (NEW)       // 选中
	->[*] Toolchain has RPC support? (NEW)       // 选中
	->[*] Toolchain has C++ support?             // 选中
	->[*] Enable MMU support (NEW)               // 选中

配置完后后，如下图所示：
在这里插入图片描述

④ 配置 System configuration：此选项用于设置一些系统配置，比如开发板名字、欢迎语、用户名、密码等。需要配置的
项目和其对应的内容如下：

System configuration
	->System hostname = Jz2440                          // 系统名字
	->System banner = Welcome to Jz2440                 // 欢迎语
	-> Init system = BusyBox                            // 使用busybox
	-> /dev management = Dynamic using devtmpfs + mdev  // 使用 mdev 
	-> [*] Enable root login with password (NEW)        // 使能登录密码
		-> Root password = 123456                       // 登录密码为 123456
	其他选项保持默认状态

配置完成如下图所示：
在这里插入图片描述

注：当我们配置时需要输入内容时，输错了，可以按 ctrl + backspace 组合键删除输错的信息。

⑤ 配置 Filesystem images：此选项配置我们最终制作的根文件系统为什么格式的，配置如下：
```
Filesystem images
	->[*] yaffs2 root filesystem    // 配置根文件系统的格式为 yaffs2
```
配置完成如下图所示：
⑥ 禁止编译 Linux 内核和 uboot：buildroot 不仅仅能构建根文件系统，也可以编译 linux 内核和 uboot。当配置 buildroot，使能 linux 内核和 uboot 以后 buildroot 就会自动下载最新的 linux 内核和 uboot 源码并编译。但是我们一般都不会使用 buildroot 下载的 linux 内核和 uboot，因为 buildroot 下载的 linux 和 uboot官方源码，里面会缺少很多驱动文件，而且最新的 linux 内核和 uboot 会对编译器版本号有要求，可能导致编译失败。因此我们需要配置 buildroot，关闭 linux 内核和 uboot 的编译，只使用buildroot 来构建根文件系统，首先是禁止 Linux 内核的编译，配置如下：
```
 Kernel
 	->[ ] Linux Kernel (NEW)  // 不要选择编译 Linux Kernel 选项
```
配置完成如下图所示：

禁止编译 uboot：
```
Bootloaders
	->[ ] U-Boot // 不要选择编译 U-Boot 选项
```
配置完成如下图所示：
⑦ 配置 Target packages：此选项用于配置要选择的第三方库或软件、比如 alsa-utils、 ffmpeg、 iperf 等工具，但是现
在我们先不选择第三方库，防止编译不下去！先编译一下最基本的根文件系统，如果没有问题
的话再重新配置选择第三方库和软件。

3.2 编译

(1) 配置完成以后就可以编译 buildroot 了，编译完成以后 buildroot 就会生成编译出来的根文件系统压缩包，我们可以直接使用。输入如下命令开始编译：

make    // 不能通过-jx 来指定多核编译

(2) 编译时产生了如下错误：

Incorrect selection of kernel headers: expected 4.15.x, got 2.6.x
package/pkg-generic.mk:254: recipe for target '/home/ubuntu/works/buildroot-2020.02.9/output/build/toolchain-external-custom/.stamp_configured' failed
make[1]: *** [/home/ubuntu/works/buildroot-2020.02.9/output/build/toolchain-external-custom/.stamp_configured] Error 1
Makefile:84: recipe for target '_all' failed
make: *** [_all] Error 2

意思是我们在配置 buildroot 的 Toolchain 时，选择的内核头为4.15.x，而交叉编译器里的内核头为2.6.x，如下图所示：
在这里插入图片描述
解决方法：

① 打开交叉编译器的 version.h 文件，本人的交叉编译器 version.h 文件的路径为：/tools/arm-linux-gcc-4.4.3/arm-none-linux-gnueabi/sys-root/usr/include/linux/version.h，使用 vim 编辑器打开该文件：
```
sudo vim /tools/arm-linux-gcc-4.4.3/arm-none-linux-gnueabi/sys-root/usr/include/linux/version.h
```
② version.h 文件的内容如下图所示：

如上图所示：LINUX_VERSION_CODE 为 132640，此值为十进制值，转为为十六进制值为 20620，对应的内核版本为 2.6.32；这个值需要改为与 buildroot 中配置的一致，即 4.15.x，转换为十六进制为 40F00，对应的十进制为 265984，所以LINUX_VERSION_CODE 改为 265984：
```
#define LINUX_VERSION_CODE 265984
```
version.h 文件修改完后，重新 make 编译，错误消失。

3.3 测试

(1) 编译完成后，在 buildroot-2020.02.9/output/images 目录下可以看到以下文件：
在这里插入图片描述
其中，rootfs.tar 是打包好的根文件系统，rootfs.yaffs2 是用于烧写到 Fash 里的 yaffs2 格式的根文件系统。我们使用 rootfs.tar 进行测试，测试没问题我们就可以把 rootfs.yaffs2 文件系统烧写到 Flash。

(2) 把 rootfs.tar 拷贝到 nfs 网络文件系统，并解压：

cp rootfs.tar ~/works/nfs/rootfs
cd ~/works/nfs/rootfs
tar xf rootfs.tar
rm -rf rootfs.tar

解压完成后，目录下的内容如下：
在这里插入图片描述
(3) 在 uboot 修改内核启动参数 bootargs，让开发板通过 nfs 挂载根文件系统，可以在 uboot 输入一些命令修改启动参数：

setenv bootargs "console=ttySAC0,115200 rw root=/dev/nfs nfsroot=192.168.0.110:/home/ubuntu/works/nfs/rootfs ip=192.168.0.200:192.168.0.103:192.168.0.1:255.255.255.0::eth0:off"
saveenv

当然，本人的是在设备树文件通过修改 chosen 节点来修改 bootargs 内核启动参数的，该节点内容如下：

	/*设置内核启动参数*/
	 chosen {
    
    
		bootargs = "console=ttySAC0,115200 rw root=/dev/nfs nfsroot=192.168.0.110:/home/ubuntu/works/nfs/rootfs ip=192.168.0.200:192.168.0.103:192.168.0.1:255.255.255.0::eth0:off";
	 };

注：关于通过 nfs 挂载根文件系统，在内核 Documentation/filesystems/nfs/nfsroot.txt 有如下说明：

root=/dev/nfs
nfsroot=[< server-ip >:]< root-dir >[,< nfs-options >]
ip=< client-ip >:< server-ip >:< gw-ip >:< netmask >:< hostname >:< device >:< autoconf >

其中：

[< server-ip >:] 服务器 ip 地址；
< root-dir > 服务器上哪个目录设置成被单板挂载；
[< nfs-options >] 用中括号表示的参数可以省略。尖括号的不可省略。
< client-ip > 表示单板的 ip 地址；
< server-ip > 服务器 ip 地址；
< gw-ip > 网关，单板和服务器同一网段；
< netmask > 子网掩码；
< hostname > 不关心这个，不要；
< device > 网卡，如 eth0\eth1；
< autoconf > 自动配置，这个不需要，写成 off。

(4) 设置好内核启动参数后，重启开发板，进入根文件系统后，如下图所示：
在这里插入图片描述
使用 root 用户，输入密码 123456 登录后，进入到文件系统中，如下图所示：

从上图可以看出的 buildroot 构建的根文件系统运行基本没有问题，但是这个根文件系统是最简单的，我们并没有在 buildroot 里面配置任何第三方的库和软件，后续我们需要再继续添加。

附：从上图可以发现，输入命令的时候命令行前面一直都是 “#”，如果我们进入到某个目录后，前面并不会显示当前目录的路径，这样不利于我们自己查看当前所处的路径。最好能像 Ubuntu 一样，可以指出当前登录的用户名，主机名以及所处的目录，如下图所示：
在这里插入图片描述
这需要通过 “PS1” 这个这个环境变量来设置，PS1 用于设置命令提示符格式，格式如下：

PS1 = '命令列表'

命令列表中可选的参数如下：

\! 显示该命令的历史记录编号。
\# 显示当前命令的命令编号。
\$ 显示$符作为提示符，如果用户是 root 的话，则显示#号。
\\ 显示反斜杠。
\d 显示当前日期。
\h 显示主机名。
\n 打印新行。
\nnn 显示 nnn 的八进制值。
\s 显示当前运行的 shell 的名字。
\t 显示当前时间。
\u 显示当前用户的用户名。
\W 显示当前工作目录的名字。
\w 显示当前工作目录的路径

我们打开/etc/profile 文件，找到如下所示内容：


if [ "$PS1" ]; then
        if [ "`id -u`" -eq 0 ]; then
                export PS1='# '
        else
                export PS1='$ '
        fi
fi

修改为：


if [ "$PS1" ]; then
        if [ "`id -u`" -eq 0 ]; then
                export PS1='[\u@\h]:\w# '
        else
                export PS1='[\u@\h]:\w$ '
        fi
fi

/etc/profile 文件修改完成以后重启开发板，这个时候我们跳转到某个目录的时候命令行就会有提示，如下图所示：
在这里插入图片描述

4. Buildroot 实用技巧与指令

在 buildroot 的顶层目录输入以下命令，可以查看到一些帮忙信息：

make help

打印出来的信息如下：
在这里插入图片描述
从上图可以看出，使用 make 可以做很多的事情，例如：

命令/目标	描述
make < pkg >	单独编译某个pkg模块以及其依赖的模块，例如 make demo_app
make < pkg >-source	只下载某pkg，然后不做任何事情
make < pkg >-extract	只下载解压pkg,不编译，pkg解压后放在 output/build/目录对应的pkg-dir目录下
make < pkg >-patch	应用补丁，如果有的话添加补丁
make busybox-menuconfig	进入busybox配置选项

剩余的指令，可以那上面截图对应的英文解释。