CramFS根文件系统的移植解析

根文件系统是构建一个uCLinux嵌入式系统的重要组成部分。目前嵌入式系统可以选择的根文件系统有：Romfs、CramFS、Ramfs、Jffs2、Ext2等等，本系统采用CramFS作为uCLinux嵌入式系统的只读根文件系统。本文讨论了CramFS文件系统的特点，并详细的说明了Nor Flash上建立一个uClinux的Cramfs根文件系统的一般步骤。
　　一、引言
　　随着电子产业的不断发展，基于ARM技术的系统设计和开发平台越来越多地在控制类、消费类、通信类等电子产品中广泛应用。从软件角度上看，构建基于ARM技术的uClinux系统要涉及到引导加载程序、Linux 内核、文件系统、用户应用程序几部分的设计。
　　文件系统是操作系统中用来管理用户文件的内核软件层。文件可能存在于磁盘、网络或者是一些虚拟的文件。文件系统包括根文件系统和建立于内存设备之上文件系统。根文件系统是uClinux系统的核心部分，包含系统使用的软件和库，以及所有用来为用户提供支持架构和用户使用的应用软件，并作为存储数据读写结果的区域。由于嵌入式设备中Flash资源很紧张，如何有效地使用有限的存储空间是嵌入式开发者必须考虑的，合适的文件系统格式是解决这一问题的关键所在。本文讨论了只读压缩CramFS文件系统的特点，并详细的说明了Nor Flash上建立一个uClinux的Cramfs根文件系统的一般步骤。
　　二、开发环境简介
　　本系统采用的是宿主机+目标板的开发模式，宿主机为PC+Cygwin1.5.1 ，目标板为采用203MHz的ARM920T内核的处理器S3C2410x+uClinux， uClinux版本为2.4.18。在宿主机上将uClinux和应用程序编译后，下载到目标板的Nor Flash中，启动运行。使用的SDRAM是2片16MB的HY57v561620，工作在16bit双字节模式下；使用的Flash是2片AMD AM29LV160DB，大小为2M字节，工作在16bit双字节模式下。在开发的时候，将Boot Loader烧入AM29LV160DB的1-5扇区；将Linux内核映象文件zImage烧入6-17扇区；将CramFS文件系统映象文件烧入18-35扇区。
　　三、 Cramfs文件系统简介
　　CramFS（Compressed Rom File System）是Linux Torvalds在Transmeta任职时，所参与开发的文件系统。它是针对Linux内核2.4之后的版本所设计的一种新型只读文件系统，采用了zlib 压缩，压缩比一般可以达到1：2，但仍可以作到高效的随机读取，Linux系统中，通常把不需要经常修改的目录压缩存放，并在系统引导的时候再将压缩文件解开。因为Cramfs不会影响系统的读取文件的速度，而且是一个高度压缩的文件系统。因此非常广泛应用于嵌入式系统中。
　　在嵌入式的环境之下，内存和外存资源都需要节约使用。如果使用RAMDISK方式来使用文件系统，那么在系统运行之后，首先要把Flash上的映像文件解压缩到内存中，构造起RAMDISK环境，才可以开始运行程序。但是它也有很致命的弱点。在正常情况下，同样的代码不仅在Flash中占据了空间（以压缩后的形式存在），而且还在内存中占用了更大的空间（以解压缩之后的形式存在），这违背了嵌入式环境下尽量节省资源的要求。
　　使用CramFS文件系统就是一种解决这个问题的方式。CramFS是一个压缩格式的文件系统，它并不需要一次性地将文件系统中的所有内容都解压缩到内存之中，而只是在系统需要访问某个位置的数据的时候，马上计算出该数据在CramFS中的位置，将它实时地解压缩到内存之中，然后通过对内存的访问来获取文件系统中需要读取的数据。CramFS中的解压缩以及解压缩之后的内存中数据存放位置都是由CramFS文件系统本身进行维护的，用户并不需要了解具体的实现过程，因此这种方式增强了透明度，对开发人员来说，既方便，又节省了存储空间。
　　一个完整的cramfs文件系统通常包含以下几个目录：
　　/linuxrc 启动脚本文件，由Boot Loader核心命令行确定init=/linuxrc，加载/etc目录为ramfs，（cramfs为只读文件系统），拷贝/mnt/etc到/etc，配置文件目录重新加载根文件系统和/etc文件系统，执行init进程。
　　/bin 引导启动所需的命令或用户可能用的命令。
　　/sbin 系统管理员服务程序，其中最重要的是供内核初始化之后执行的/sbin/init进程，系统启动时由init解释并运行/etc/inittab， inittab将指导int去调用一个系统初始化程序/etc/init.d/rcS。
　　/etc 特定机器的配置文件以及用户数据存放目录，其中的所有内容是在内核运行后，由linuxrc 从/mnt/etc拷贝得到的。
　　/lib 文件系统上的程序所需的动态库。
　　/dev 驱动程序存放目录，可以在这里存放自己编写的驱动程序。
　　/usr 用于存放用户程序和配置文件的目录，可以根据需要进行设置。目录下的/usr/etc/rc.local执行本地所需要的初始化，如安装核心模块，进行网络，运行应用程序，启动图形界面等。/etc/modules.conf在系统运行期间自动加载模块。
　　/mnt 用于设备安装的目录。/mnt/etc/init.d/rcS完成各个文件系统的Mount，执行/usr/etc/rc.local；通过rcS可以调动dhcp程序配置网络。rcS执行完以后，就会打开Shell。
　　/proc 系统状态文件目录， 目录中的文件可以用于访问有关内核的状态、计算机的属性、正在运行的进程的状态等信息。尽管 /proc 中的文件是虚拟的，但它们仍可以使用任何文件编辑器或像‘more’， ‘less’或 ‘cat’这样的程序来查看。
　　四、 Cramfs文件系统的移植过程
　　文件系统是紧跟uCLinux内核放置，由内核加载，主要存放用户应用程序和配置信息。CramFS文件系统的基本组成：初始化程序、Shell程序以及其他Linux常用工具、配置文件、链接库、图形界面程序和用户应用程序等。本节将介绍移植CramFS文件系统的具体操作方法。
　　4.1、在内核中加入对CramFS文件系统支持
　　想要在系统中提供CramFS的能力，我们必须要在编辑uCliunx内核时把支持CramFS的选项加入。尽管uCLinux可以以模块的形式加载各种类型的设备驱动上，但我们选择直接把设备驱动及CramFS文件系统静态地编译进内核中。
　　在Memory Technology Devices （MTD）选项中进行配置：
　　Memory Technology Device （MTD） support［Y/m/n/？］ Y 内存技术设备支持
　　MTD partitioning support ［Y/m/n/？］ Y 支持MTD分区
　　Direct char device access to MTD devices［Y/m/n/？］ Y MTD字符设备直接访问
　　Caching block device access to MTD devices［Y/m/n/？］ Y MTD块设备缓冲访问
　　在File Systems选项中进行配置：
　　Compressed ROM file system support ［Y/m/n/？］ Y ROM文件系统的支持
　　完成上述修改并编译后，完成uCliunx内核对CramFS文件系统的支持。
　　4.2、 拷贝需要加入的其他文件和链接库
　　（1）、Busybox 是 Debian GNU/Linux 的大名鼎鼎的 Bruce Perens 首先开发的。Busybox 编译出一个单个的独立执行程序，就叫做 busybox。但是它可以根据配置，执行 ash shell的功能，以及几十个各种小应用程序的功能。这其中包括有一个迷你的vi编辑器，系统不可或缺的/sbin/init程序，以及其他诸如 ifconfig， halt， reboot， mkdir， mount， ln， ls， echo， cat等等。而所有这一切功能却只有区区1M左右的大小，Busybox已经成为构建嵌入式Linux文件系统的必备软件。