使用buildroot建立嵌入式根檔案系統

在嵌入式系統開發前期往往需要大量的除錯與測試工具，這些工具並不會引入到開發版或工程版中，主要為了減少韌體體積以及避免除錯或測試時對功能的影響，於是就產生了很多獨立小巧除錯工具集，類似PC上的DOC工具箱。busybox有嵌入式Linux環境除錯的瑞士軍力之稱，特點是工具豐富，體積小，可生成為靜態連結的執行檔案植入到目標系統中，也可以打包生成根檔案系統配合核心獨立完成各種測試。本文主要介紹使用busybox工具自動構建根檔案系統的buildroot軟體包，其集成了包括交叉編譯器、核心程式碼、根檔案系統生成以及補丁管理等各種功能，可以說是嵌入式開發的IDE。

Buildroot下載
Buildroot 是一種基於有序Makefile和patch等檔案構建完整嵌入式Linux系統的工具，目前由Peter Korsgaard維護，基於GPLv2釋出，專案主頁：buildroot, 我們可以使用下面命令下載最新程式碼，如果沒有額外的需求最好使用穩定分支。在寫這篇文章時的穩定分支是2013.08.x。

git clone git://git.buildroot.net/buildroot

cd buildroot

git checkout -b 2013.08 origin/2013.08.x

Buildroot配置與編譯
Buildroot有與linux相似的配置環境，可以使用menuconfig對各種選項配置，由於不同的平臺構架編譯相關的配置差異較大，配置前需要詳細瞭解所使用的平臺SOC相關資訊，下面以手頭上現有的ARM架構exynos5410開發板為例,說明平臺相關的內容。

在Target Architecture選項裡選擇ARM(little endian)，我們使用的SOC屬於小端，有關大小端的詳細解釋可以看這裡，如果你不清楚你使用的SOC，可以去供應商或ARM官網查詢。

接下來Target Architecture Variant選項使用cortex-A15，exynos5410是samsung最新推出的八核ARM處理器，採用大小核架構，4個A7針對日常應用，4個A15可滿足大型遊戲等複雜應用，提供低功耗高效能方案。

Target ABI是有關浮點模式的支援，這裡選擇EABI，也與工具鏈相關，VFP也支援VFPv5-D16，指令集用ARM標準。

完成了與體系結構相關的配置接下來就輕鬆多了，在Build options項下，可以enable compiler cache提高編譯速度，不過也可以不使用。不需要連結靜態庫，使用動態庫放在製作的根檔案系統裡，各種小工具都編譯成動態連結減小體積。是否在編譯時新增除錯資訊以及GCC優化選項等最好不要開啟如果沒有使用到。

由於是在x86環境編譯ARM目的碼，需要使用交叉工具鏈。為配置方便可以使用Sourcery CodeBench ARM 2013.05，在External toolchain下以選擇。為減小體積可以去掉不需要的locale支援，這裡選擇C en_US就可以。

在System configuration裡選擇使用mdev管理裝置，注意設定好除錯串列埠和波特率。接下來還有kernel、bootloader等配置，我們有單獨編譯這兩項，這裡只用來生成根檔案系統，有關busybox等工具配置可以使用預設。

注意Filesystem images需要根據我們的核心配置以及uboot支援來設定，在我使用的開發板uboot載入核心與ramdisk時需要image header，核心支援initial RAM filesystem，這裡使用cpio打包root filesystem並使用gzip壓縮。

根檔案系統分析
如果不出意外，完成上面的配置後使用make命令就能生成一個xx.cpio.gz的映像檔案，可配合核心啟動到我們需要的除錯模式。由於開發板上uboot需要image header才能正確處理檔案，可以使用下面命令新增。

mkimage -A arm -O linux -T ramdisk -C none -a 0x30800000 -n “buildroot” \

-d output/images/rootfs.cpio.gz buildroot-ramdisk.img
啟動後使用root登入就可以使用我們則剛剛製作的系統了，如果缺少工具可以使用上面的配置進入packages等新增，另外也可以使用cpio等工具解壓，再修改或新增自己的檔案重新打包。

mkdir init_rfs

cd init_rfs

gzip -dc < path_to_image/rootfs.cpio.gz | cpio --extract

ls

bin etc init lib32 media opt root sbin tmp var
dev home lib linuxrc mnt proc run sys usr
initrd RAM就是使用cpio打包並gzip壓縮的普通檔案，上述解壓後可以看到類似我們正在使用系統的目錄結構。如果要新增自己靜態編譯的測試工具，可以放在bin或usr/bin目錄，當然有原始碼也可以使用buildroot中的編譯器動態連結後再放進去，再方便也可以利用buildroot框架自動編譯，不需要重新拆包打包的，請參考官方手冊。修改完成後再打包回去。

find . | cpio -oc | gzip -c -9 >| path_to_image/rootfs_v1.cpio.gz

注意: 最後還需要新增image header才能被uboot支援。

總結
Buildroot是嵌入式系統開發的IDE，可以將bootloader、kernel等開發環境都整合到裡頭，其中也有豐富的工具包供除錯或應用使用，特別適合構建智慧閘道器、家用小型伺服器、物聯網路節點等專用裝置。想起在學校時做過一個便攜陣列，當時使用非公開的LTIB，不能更新核心以及複雜的互動等，如果有時間我會用buildroot重新整理，也是對以前老闆的交待吧！

相關連結
The Buildroot user manual
Step-by-step Buildroot/Busybox Root File System