一张软盘装下嵌入式Linux

　　嵌入式Linux由一个几百KB的kernel(内核)和一些根据需要进行定制的系统模块组成。由于Linux是开放源代  码的操作系统，因此，其在嵌入式领域有其不可替代的成本和高度灵活性等优势。 

　　将Linux系统裁减到就像DOS一样只要一张软盘就能启动，是制作嵌入式Linux的基础。网络上有许多实现方法  的介绍，但是在实践过程中都或多或少存在着一些问题或不方便之处。我们结合自己在这方面的实践经验，详细介绍基于软盘Linux的制作过程。 

　　三个基本元素 

　　一个嵌入式Linux系统只需要下面三个基本元素：引导程序、Linux微内核(由内存管理、进程管理和事务处理  构成)和初始化进程。如果要让它有更多的功能且保持小型化，还可以加上文件系统、TCP/IP网络支持、GUI(图形用户界面)和设计精简的应用程序，并将其放在ROM、RAM、FLASH或Disk On Chip中启动。由于嵌入式Linux操作系统的高度灵活性，开发者可以很容易地对它进行定制或作适当开发，来满足实际应用需要。 

　　将Linux的系统裁减到只要一张软盘就能启动，不但是制作嵌入式Linux的基础，而且自己也有广泛的应用前景。 这些应用包括简单路由器管理、三层交换机管理、floppy-boot防火墙管理等。国外有专门的组织致力于这方面的工作，如LOAF(Linux on a floopy)等组织。 

　　选择内核 

　　创建一个启动盘首先必须创建系统内核。由于软盘容量有限，因此常采用对内核进行手工配置，去掉不必要的模块的方法来裁减内核。 

　　要想裁减内核体积，创建它时就得把不必要的功能去掉，如去掉对网络的支持和对不必要设备的支持。但是一定要记住保留内核对RAMDISK和ext2的支持，否则启动盘将不能工作。其过程如下： 

　　1)以root超级用户登录，进入目录/usr/src/linux。 

　　2)执行#make menuconfig来对内核模块进行配置(也可以在X Window中运行make xconfig)。 

　　3)依次执行#make dep和#make bzImage (如果内核不大则执行#make zImage),执行该命令后，将在 /usr/src/linux/arch/i386/boot目录下生成内核文件bzImage(或zImage)。若配置中加入了模块的支持(选项为M)，还需要执行#make modules和#make modules_install。 

　　4)用命令#cp usr/src/linux/arch/i386/ boot/bzImage /boot拷贝新内核到/boot目录,修改文件 

    /etc/lilo.conf，加入： 

　　image = /boot/bzImage 

　　label = new 

　　root =/dev/hdxx(你自己的启动硬盘分区) 

　　read-only 

　　执行命令#lilo载入新内核，#reboot重启系统，在出现“lilo:”时键入new。若系统正常引导，则执行下一步，  若不行则用老内核引导后，到步骤1)重新配置编译内核。 

　　5)插入软盘执行 

　　#dd bs=1k if=/usr/src/linux/arch/i386/ boot/bzImage of=/dev/fd0  

　　这样将内核拷贝到软盘上。 

　　6)用命令#ls -s将在/usr/src/linux/ arch/i386/boot/bzImage得到内核的大小(假定为476)，将这个大小记录下来以备后用。 

　　这样就制作了包含裁减内核的可供启动的Linux启动软盘。但是由于没有root文件系统，使用这张软盘启动系统后，系统会显示“VFS: cannot open root device x:x”和 
“kernel panic: VFS: unalbe to boot root fs on x:x”的错误。 

　　root文件系统 

　　一个root文件系统必须包括支持完整Linux系统的全部东西，因此，它至少应包括：基本文件系统结构；至少含有目录/dev、/proc、/bin、/etc、/lib、/usr、/tmp；最基本的应用程序，如sh、ls、cp、mv等；最低限度的 配置文件，如rc、inittab、fstab等；设备：/dev/hd*、/dev/ tty*、/dev/fd0；基本程序运行所需的函数库。 

　　由于以上所需文件远超过1.44M，因此我们通常的做法是在准备好内容后将其压缩到软盘中。当用软盘启动时，再把文件解压到内存中，形成一个虚拟盘(RAMDISK)，通过RAMDISK控制系统启动。如果你使用LILO控制启动，先检 
查一下LILO的配置文件/etc/lilo.conf中定义的RAMDISK的大小： 

　　RAMDISK_SIZE = nnn 

　　创建root文件系统 

　　回到根目录或用户的缺省目录，用#mkdir flop建立工作目录flop。在这个目录下用mkdir建立以下一些目录： 
/dev，设备；/proc - proc，文件系统所需目录；/etc，系统配置文件；/sbin，重要的系统程序；/bin，基本应 用程序；/lib，共享函数库；/mnt，装载其他磁盘节点；/usr，附加应用程序。 

　　其中/proc、/mnt和/usr在此情况下都是空的，只需要用mkdir创建它们即可。其余的目录应根据需要分别创建。
 
下面对它们一个一个地详细叙述。 

　　/dev：这个目录中含有系统不可缺少的设备文件。你可以把现有系统中/dev的文件拷贝过来，然后删除不必要的文件。不过一定要保留console、kmem、mem、null、ram、tty*等文件。其余的都可以根据需要删除。 

　　/etc：这个目录中含有一些必不可少的系统配置文件。一般可以包含rc.d/* (系统启动脚本)、fstab(列出要登录的文件系统)、inittab(包含启动过程参数)、passwd (用户名和目录)、group(用户组)、shadow(用户加密密码)。 
如果不使用init作为登录进程，而将init链接到/bin/bash，则/etc目录下可以不含有任何文件。 

　　/bin和/sbin：该目录中包含有必不可少的应用程序，如ls、mv、cat、cp、getty(mingettty)。也可以根据自己的需要选择，不过一定要记住包括以下程序：init、getty、login、mount、bash。 

　　/lib:该目录中包含有你的启动盘启动过程中所需要的共享函数库。在/lib目录下还必须有函数库装载器，这个装载器或是ld.so (对a.out库)或是ld-linux.so (对ELF库)。 

　　模块 

　　如果有一个模块化的内核，你还得必须考虑需要加载的模块。它们都位于/lib/modules。你可以把不是很重要的模块放到别的盘上，当系统启动后再加载，这样会节省启动盘的空间。 

　　打包 

　　1)建立loop设备的临时挂接点和一个大小为4.6兆(大小可以调节)的临时文件，并将其清零： 

　　#mkdir /mnt/loop 2>/dev/null 

　　#dd if=/dev/zero of=/tmp/loop_tmp bs=1k count=4600 >/dev/null 

　　2)将loop设备与临时文件联系起来 

　　#losetup /dev/loop0 /tmp/loop_tmp 

　　3)Linux内核识别两种可以直接拷贝到RAMDISK的文件系统，它们是minix和ext2，ext2性能更好： 

　　#mke2fs -m 0 /dev/loop0 2>/dev/null 

　　#mke2fs将会自动判断设备容量的大小并相应地配置自身，-m 0参数防止它给root保留空间，这样会腾出更多 
的有用空间。 

　　4)接着把虚拟盘挂在节点/mnt上： 

　　#mount /dev/loop0 /mnt/loop -t ext2 

　　5)将制作好的root文件系统拷贝到所挂的节点上，卸下挂接点，删除建立的挂接点，再取消loop设备与临时挂接点的联系。 

　　#cp -a ./tree/* /mnt/loop 

　　#umount /mnt/loop 

　　#rmdir /mnt/loop 2>/dev/null 

　　#losetup -d /dev/loop0 

　　6)压缩文件系统后，就拥有了一个压缩的root文件系统，删除建立的临时文件。 

　　#dd if=/tmp/loop_tmp | gzip -9 > rootfs.gz 

　　#rm -f /tmp/loop_tmp 

　　7)检查压缩后的root文件系统的大小，如果大了，还得去掉一些东西。 

　　#ls -s ./zImage|cut -f2 -d 

　　整合 

　　有了root文件系统和内核之后，最后的工作就是把它们整合在一起。 

　　先检查总文件的大小，包括已经制作的内核和打包的root文件系统。如果超出1.44M，就得考虑重新创建。root文  件系统所需的所有文件都准备就绪，你就可以运行它了，运行结果应该没有错误，否则就应该仔细检查一下。 

　　真正的嵌入式Linux系统 

　　到这里基于软盘的Linux盘已经做好了，剩下的工作就是测试这张盘的正确性，如果有问题还得从头再来。 

　　现在许多Linux的发行套件中都有厂家做好的启动盘，它们的制做原理和以上介绍的大同小异，但是它们常常使用  许多不同的技巧，因为它们要面对更多的硬件和各种可能发生的情况。 

　　真正的基于IA应用的嵌入式Linux还必须加入GUI(图形用户界面)和设计精简的应用程序，如网络浏览器等。GUI方面开放源代码的，国外有Microwindows(可访问www.microwindows.org)，国内有miniGUI(可访问 www.minigui.org )。 
它们的源代码都可以在网上找到。浏览器方面用得较广的是ViewMLwww.viewml.org)，它也是开放源代码的。结合以上一些工具，再加上对硬件驱动程序的开发，就可以形成一套嵌入式的Linux操作系统。