作者：盧劍翔，劉成安，胡和智，劉振剛

根文件系統是構建一個 uCLinux嵌入式系統的重要組成部分。目前嵌入式系統可以選擇的根文件系統有：Romfs、CramFS、Ramfs、Jffs2、Ext2等等，本系統采用 CramFS作為uCLinux嵌入式系統的只讀根文件系統。本文討論了CramFS文件系統的特點，并詳細的說明了Nor Flash上建立一個uClinux的Cramfs根文件系統的一般步驟。

一、引言

隨著電子產業的不斷發展，基于 ARM技術的系統設計和開發平臺越來越多地在控制類、消費類、通信類等電子產品中廣泛應用。從軟件角度上看，構建基于ARM技術的uClinux系統要涉及到引導加載程序、Linux 內核、文件系統、用戶應用程序幾部分的設計。

文件系統是操作系統中用來管理用戶文件的內核軟件層。文件可能存在于磁盤、網絡或者是一些虛擬的文件。文件系統包括根文件系統和建立于內存設備之上文件系統。根文件系統是uClinux系統的核心部分，包含系統使用的軟件和庫，以及所有用來為用戶提供支持架構和用戶使用的應用軟件，并作為存儲數據讀寫結果的區域。由于嵌入式設備中Flash資源很緊張，如何有效地使用有限的存儲空間是嵌入式開發者必須考慮的，合適的文件系統格式是解決這一問題的關鍵所在。本文討論了只讀壓縮CramFS文件系統的特點，并詳細的說明了Nor Flash上建立一個uClinux的Cramfs根文件系統的一般步驟。

二、開發環境簡介

本系統采用的是宿主機+目標板的開發模式，宿主機為PC+Cygwin1.5.1 ，目標板為采用203MHz的ARM920T內核的處理器S3C2410x+uClinux， uClinux版本為2.4.18。在宿主機上將uClinux和應用程序編譯后，下載到目標板的Nor Flash中，啟動運行。使用的SDRAM是2片16MB的HY57v561620，工作在16bit雙字節模式下；使用的Flash是2片AMD AM29LV160DB，大小為2M字節，工作在16bit雙字節模式下。在開發的時候，將Boot Loader燒入AM29LV160DB的1-5扇區；將Linux內核映象文件zImage燒入6-17扇區；將CramFS文件系統映象文件燒入18-35扇區。

三、 Cramfs文件系統簡介

CramFS（Compressed Rom File System）是Linux Torvalds在Transmeta任職時，所參與開發的文件系統。它是針對Linux內核2.4之后的版本所設計的一種新型只讀文件系統，采用了zlib 壓縮，壓縮比一般可以達到1：2，但仍可以作到高效的隨機讀取，Linux系統中，通常把不需要經常修改的目錄壓縮存放，并在系統引導的時候再將壓縮文件解開。因為Cramfs不會影響系統的讀取文件的速度，而且是一個高度壓縮的文件系統。因此非常廣泛應用于嵌入式系統中。

在嵌入式的環境之下，內存和外存資源都需要節約使用。如果使用RAMDISK方式來使用文件系統，那么在系統運行之后，首先要把Flash上的映像文件解壓縮到內存中，構造起RAMDISK環境，才可以開始運行程序。但是它也有很致命的弱點。在正常情況下，同樣的代碼不僅在Flash中占據了空間（以壓縮后的形式存在），而且還在內存中占用了更大的空間（以解壓縮之后的形式存在），這違背了嵌入式環境下盡量節省資源的要求。

使用CramFS文件系統就是一種解決這個問題的方式。CramFS是一個壓縮格式的文件系統，它并不需要一次性地將文件系統中的所有內容都解壓縮到內存之中，而只是在系統需要訪問某個位置的數據的時候，馬上計算出該數據在CramFS中的位置，將它實時地解壓縮到內存之中，然后通過對內存的訪問來獲取文件系統中需要讀取的數據。CramFS中的解壓縮以及解壓縮之后的內存中數據存放位置都是由CramFS文件系統本身進行維護的，用戶并不需要了解具體的實現過程，因此這種方式增強了透明度，對開發人員來說，既方便，又節省了存儲空間。

一個完整的cramfs文件系統通常包含以下幾個目錄：

/linuxrc 啟動腳本文件，由Boot Loader核心命令行確定init=/linuxrc，加載/etc目錄為ramfs，（cramfs為只讀文件系統），拷貝/mnt/etc到/etc，配置文件目錄重新加載根文件系統和/etc文件系統，執行init進程。

/bin 引導啟動所需的命令或用戶可能用的命令。

/sbin 系統管理員服務程序，其中最重要的是供內核初始化之后執行的/sbin/init進程，系統啟動時由init解釋并運行/etc/inittab， inittab將指導int去調用一個系統初始化程序/etc/init.d/rcS。

/etc 特定機器的配置文件以及用戶數據存放目錄，其中的所有內容是在內核運行后，由linuxrc 從/mnt/etc拷貝得到的。

/lib 文件系統上的程序所需的動態庫。

/dev 驅動程序存放目錄，可以在這里存放自己編寫的驅動程序。

/usr 用于存放用戶程序和配置文件的目錄，可以根據需要進行設置。目錄下的/usr/etc/rc.local執行本地所需要的初始化，如安裝核心模塊，進行網絡，運行應用程序，啟動圖形界面等。/etc/modules.conf在系統運行期間自動加載模塊。

/mnt 用于設備安裝的目錄。/mnt/etc/init.d/rcS完成各個文件系統的Mount，執行/usr/etc/rc.local；通過rcS可以調動dhcp程序配置網絡。rcS執行完以后，就會打開Shell。

/proc 系統狀態文件目錄， 目錄中的文件可以用于訪問有關內核的狀態、計算機的屬性、正在運行的進程的狀態等信息。盡管 /proc 中的文件是虛擬的，但它們仍可以使用任何文件編輯器或像‘more’， ‘less’或 ‘cat’這樣的程序來查看。

四、 Cramfs文件系統的移植過程

文件系統是緊跟uCLinux內核放置，由內核加載，主要存放用戶應用程序和配置信息。CramFS文件系統的基本組成：初始化程序、Shell程序以及其他Linux常用工具、配置文件、鏈接庫、圖形界面程序和用戶應用程序等。本節將介紹移植CramFS文件系統的具體操作方法。

4.1、在內核中加入對CramFS文件系統支持

想要在系統中提供CramFS的能力，我們必須要在編輯uCliunx內核時把支持CramFS的選項加入。盡管uCLinux可以以模塊的形式加載各種類型的設備驅動上，但我們選擇直接把設備驅動及CramFS文件系統靜態地編譯進內核中。

在Memory Technology Devices （MTD）選項中進行配置：

Memory Technology device （MTD） support［Y/m/n/？］ Y 內存技術設備支持

MTD partitioning support ［Y/m/n/？］ Y 支持MTD分區

Direct char device access to MTD devices［Y/m/n/？］ Y MTD字符設備直接訪問

Caching block device access to MTD devices［Y/m/n/？］ Y MTD塊設備緩沖訪問

在File systems選項中進行配置：

Compressed ROM file system support ［Y/m/n/？］ Y ROM文件系統的支持

完成上述修改并編譯后，完成uCliunx內核對CramFS文件系統的支持。

4.2、拷貝需要加入的其他文件和鏈接庫

（1）、Busybox 是 Debian GNU/Linux 的大名鼎鼎的 Bruce Perens 首先開發的。Busybox 編譯出一個單個的獨立執行程序，就叫做 busybox。但是它可以根據配置，執行 ash shell的功能，以及幾十個各種小應用程序的功能。這其中包括有一個迷你的vi編輯器，系統不可或缺的/sbin/init程序，以及其他諸如 ifconfig， halt， reboot， mkdir， mount， ln， ls， echo， cat等等。而所有這一切功能卻只有區區1M左右的大小，Busybox已經成為構建嵌入式Linux文件系統的必備軟件。

首先我們從官方網站（http://www.busybox.org/）上下載BusyBox 的版本1.0.0。

#tar xvfz busybox-1.00.tar.gz

#cd busybox-1.00

#make menuconfig

下面是需要編譯進busybox的功能選項，其他的可以根據需要自選。

Build Options

Build BusyBox as a static binary （no shared libs）

這個選項是一定要選擇的，這樣才能把busybox編譯成靜態鏈接的可執行文件，運行時才獨立于其他函數庫，否則必需要其他庫文件才能運行，在單個linux內核不能使他正常工作。

Do you want to build BusyBox with a Cross Compiler

選擇你自己定義的交叉編譯環境。

installation Options

don’t use /usr

這個選項也一定要選，否則make install 后busybox將安裝在原系統的/usr下，這將覆蓋系統原有的命令。選擇這個選項后，make install后會在busybox目錄下生成一個叫_install的目錄，里面有busybox和指向他的鏈接。

其他選項都是一些linux基本命令選項，自己需要哪些命令就編譯進去，一般用默認的就可以了，配置好后退出并保存。編譯BusyBox，如果能成功編譯BusyBox，就將編譯好的busybox 復制到CramFS文件系統的/bin 目錄下，然后創建常用命令的建立快捷方式。建立快捷方式很簡單，只要建一個符號鏈接，比方ln -s /bin/busybox /bin/ls，那么，執行/bin/ls的時候，busybox 就會執行ls的功能，也會按照ls的方式處理命令行參數。

（2）、拷貝一些管理員控制程序到/sbin目錄下，最重要的就是要包含一個init命令，可以使用busybox提供的系統工具。比如 ln -s /bin/busybox /sbin/init，這樣我們就有了系統運行不可或缺的 /sbin/init 程序了。

（3）、拷貝應用程序運行時所需要的庫到/lib，庫文件可以從PC機上的交叉編譯工具安裝目錄下拷貝，如libc-2.2.2.so、libcryt-2.2.2.so、libm-2.2.2.so、libutil-2.2.2.so等，為部分相應庫建立快捷方式，提供一些應用程序按快捷方式名稱調用。值得注意的是C庫要采用C庫的版本glibc， glibc位于/lib/libc.so.6。

4.3 、利用mkcramfs工具生成cramfs壓縮文件系統

一般情況下都要把已經規劃好的目錄結構轉換成一個映象文件，創建Cramfs文件系統需要mkcramfs工具，mkcramfs能把相應的Cramfs目錄樹壓縮成為單一的映象文件，這個映象文件就是我們需要移植的文件系統。Mkcramfs的命令格式為：

Mkcramfs ［-h］ ［--e edition］ ［-I file］ ［-n name］ DirName OutFile

#mkcramfs root cramfs.Img

用以上的命令就可以生成我們需要的cramfs文件系統映象文件，我們可以發現原本為2.36Mbytes大小的目錄內容，被壓縮成一個1.08Mbytes的CramFS文件系統映象文件， 通過vivi或測試程序將其寫入Flash中就可以驗證是否移植成功。

五、小結

CramFS是一個壓縮格式的文件系統，如果系統存儲資源比較緊張的話，采用CramFS作為嵌入式Linux系統的根文件系統是一個不錯的選擇。

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