应用Scratchbox构建基于CF卡的嵌入式Linux系统

 石涛 师卫

（太原理工大学信息工程学院 山西省 太原市 030024）

 

摘要： 本文介绍了一种应用Scratchbox构建Linux操作系统的新方法，详细论述了应用Scratchbox和Busybox等开源软件在CF卡上构建一个嵌入式Linux操作系统的全过程。

关键词：Busybox； Scratchbox ；CF ；嵌入式Linux操作系统

中图法分类号：TP399                文献标识码：A

 

Construction of embeded Linux on CF card using Scratchbox

SHI Tao, SHI Wei

(Department of Information Engineering，Taiyuan University of Technology，Shanxi Taiyuan，030024)

Abstract：This paper introduces a new method of building embedded Linux using Scratchbox. It also describes the whole process in detail of building a embedded Linux on CF card using Scratchbox and Busybox etc, open source software.

Key Words：Busybox ; Scratchbox; CF; embedded Linux

 

引言

Linux由于其内核的可裁剪性，而受到嵌入式市场应用领域的青睐。在某些领域，Linux实际上已经处于领导地位，成为最流行的嵌入式操作系统之一。然而，我们在应用嵌入式Linux操作系统时，都面临着如何快速方便的构建一个特定的嵌入式环境的问题。本文在这里探索了一种新的方法，利用Scratchbox、Busybox等开源软件实现基于CF卡的嵌入式linux系统的构建。

1、嵌入式Linux系统构建方法介绍

       嵌入式Linux系统包含引导程序、内核和文件系统3部分。对于嵌入式Linux系统来说，这三个部分是必不可少的。在这3个部分中，构建Linux的根文件系统是最困难的。在这里主要介绍一些构建Linux根文件系统的方法。

Linux的根文件系统具有非常独特的特点，就其基本组成来说，Linux的根文件系统应该包括支持Linux系统正常运行的基本内容，包含着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。因此，至少应该包括以下几项内容。

     1）基本的文件系统结构，包含一些必需的目录：/dev,/proc,/bin,/etc,/sbin,/usr,/lib,/tmp等。

     2）基本程序运行所需的库函数，如Glibc/uC-libc。

     3）基本的系统配置文件，比如rc，inittab等脚本文件。

     4）基本的应用程序，如sh，ls，cp，mv等。

     传统的构建Linux根文件系统方法，通常都是按照上面的4项内容，分别来构建Linux根文件系统，这样不仅增加了开发的时间和成本，而且增加了开发的难度，很难成功。在长期的摸索和实践中，我们发现了一种新的开源软件Scratchbox，利用他来构建嵌入式Linux系统可以达到事半功倍的效果。

     Scratchbox是一个交叉编译的工具组，可以简化嵌入式Linux应用开发。Scratchbox提供了一组工具，用这组工具我们可以构建一个完整的Linux交叉编译环境。用Scratchbox来构建嵌入式Linux系统具有以下优点：

     1）运行与chroot的环境中，完全独立于主机，编译过程将与主机系统无关。

     2）可以很容易的变换目标系统中的工具链。

     3）根据Linux系统的目标运行环境对chroot后的系统进行定制，这样就可以进行交叉编译，使软件误认为是在目标平台上进行编译。

     4）可以自动创建Linux的根文件系统所需的目录结构。

     基于Scratchbox以上几个优点，我们完全可以在自己的主机系统中用Scratchbox构建一个基于目标平台的虚拟系统，chroot进这个系统之后，对工具链和函数库进行定制编译。然后将Scratchbox创建好的根文件系统拷贝到目标平台上即可。

2、构建嵌入式Linux系统

2.1 Linux操作系统裁剪

       由于CF卡的容量大小有限,我们在CF卡上构建Linux操作系统时，需要对Linux内核进行裁剪。要得到一个精简的Linux操作系统，大致有二个步骤：编译裁剪内核，形成精简的内核映像；构建根文件系统，形成可以运行的新系统。

2.2.1 编译Linux内核

Linux内核裁剪主要是根据系统所需要的功能，缩减掉不需要的模块和组件，重新编译内核。Linux内核由专门的机构维护，我们可以从Linux官方网站（http://www.kernel.org）获得功能完善的最新内核。我们这里下载linux-2.4.26内核的压缩包文件linux-2.4.26.tar.gz。得到内核压缩包后，以root身份登录系统。

1、用tar命令释放内核源代码

# cd  /usr/src

# tar zxvf  linux-2.4.26.tar.gz

文件释放成功后，在/usr/src目录下会生成一个linux子目录。其中包括了源代码。

     2、配置内核

1）删除源代码目录中残留的.o文件和其它从属文件。 

# cd /usr/src/linux-2.4 

# make mrproper 

2）启动内核配置程序

# cd /usr/src/linux-2.4

# make  menuconfig

3）配置内核

根据目标系统的需要，选择相应的加载选项。

     3、编译内核

         1）建立编译时所需的从属文件

# cd  /usr/src/linux-2.4

# make  dep

2）清除内核编译的目标文件

# make  clean

3）编译内核

# make bzImage   (注意大小写)

内核编译成功后，会在/usr/src/linux/arch/i386/boot目录中生成一个新内核的映像文件bzImage。如果用make zImage编译，内核很大的话，系统会提示你使用make bzImage命令来编译。

     至此，一个新的内核已经编译成功，下一步就是构建一个Linux文件系统了。

2.2.2 构建Linux文件系统

       在这里我们使用开源的软件Scratchbox和Busybox来构建Linux根文件系统。

     1、用scratchbox构建根文件系统目录结构

在使用scratchbox前，我们应该准备好如下程序安装包（我的Linux环境是Debian发行版本）：

scratchbox-core ：scratchbox环境, 常用工具及本地编译器。

scratchbox-libs  ：scratchbox-core, devkits和toolchains所需的库。

scratchbox-devkit-debian ：用于Debian包开发的环境和工具.

scratchbox-toolchain-i386-gcc3.2-uclibc20040229：用于交叉编译的工具链

     下载到相应的deb发行包后，使用如下命令安装scratchbox。

1）   #dpkg –i scratchbox-libs.deb

2）   #dpkg –i scratchbox-core.deb

3）   #dpkg –i scratchbox-devkit-debian.deb

4）   #dpkg –i scratchbox-toolchain-i386

-gcc3.2-uclibc20040229.deb

接下来运行

     #dpkg-reconfigure scratchbox-core 来配置scratchbox，添加用户组，如sbox。

至此，我会在当前系统的根目录下有一个/scratchbox目录文件，在/scratchbox/users/shitao

/target/sbox目录下得到了一个Linux根文件系统的目录结构。

2、用Busybox定制根文件系统所需的应用程序

     Busybox集成了一百多个最常用的Linux命令（比如init、getty、ls、cp、rm等）和工具软件，甚至还集成了一个http服务器和一个telnet服务器，并且支持Glibc和uClibc，用户可以方便的定制所需的应用程序。使用Busybox可以有效的减小bin程序的体积。

1）   下载Busybox。最新版本的Busybox可以在其官方网站www.busybox.net/download下载，这里下载busybox-1.4.1.tar.bz2。

2）   拷贝Busybox源码压缩文件到指定目录，并解压。

#cp / busybox-1.4.1.tar.bz2 /home

#cd /home

#tar xjf busybox-1.4.1.tar.bz2

#cd busybox-1.4.1

3）   对Busybox进行配置

            #make menuconfig

            在这里可以根据需要定制需要编译进busybox的应用程序和工具。

4）   编译

#make

5）   安装，在这里应该安装到我们使用Scratchbox构建的目标根文件系统的目录结构中，使用如下命令来完成

#make PREFIX=/scratchbox/users/shitao/target/sbox install

这样，我们就可以在/scratchbox/users/

shitao/target/sbox目录中的sbin，bin，usr文件目录中得到busybox文件。

4、拷贝Linux系统到CF卡

取一张CF卡，用读卡器连接到运行标准Linux操作系统的台式计算机上，首先用Fdisk命令格式化CF卡，fdisk /dev/sda1;然后建立文件格式，mkfs ext2 /dev/sda1，这里采用ext2格式，sda1代表我们通过USB口连接到计算机上的CF卡。接下来要将CF卡挂载到计算机上，以便将准备好的内核文件及根文件系统移植到CF卡上。

现在将建立好的根文件系统和编译生成的内核映像文件拷贝到CF卡上。我们可以用cp –dpR 将/scratchbox/users/shitao/target/sbox中的目录文件全部拷贝到CF卡上。

接下来是安装Grub引导程序到CF卡上，这样当CF卡插到带有bootloader引导程序的硬件设备上时，就会由Grub将内核文件进行引导并执行。安装的步骤如下：

首先，按照目标设备修改Grub安装包中的grub.conf文件。

其次，进入Grub的命令模式，在grub>提示符下输入root（hd1，0）

          最后，输入setup（hd1）

     至此，grub安装成功，CF卡上的Linux操作系统也构建成功了。

3、结论

       本文充分利用了开源软件Scratchbox和Busybox成功的在CF卡上构建了一个嵌入式Linux操作系统。通过使用Scratchbox，大大简化了Linux根文件系统的构建。Scratchbox利用自身提供的几个工具，简单的实现了工具链和函数库与根文件系统的整合。而有“瑞士军刀”之称的Busybox则为根文件系统提供了简小但丰富的应用程序命令。通过开源软件Scratchbox和Busybox的使用我们避免了传统模式需要花费大量时间和成本的弊端。

 

参考文献

[1]busybox 官方网站 http://www.busybox.net/

[2]scratchbox 官方网站 http://www.scratchbox.org/

[3]孙纪坤，张小全。嵌入式Linux系统开发技术详解-基于ARM，人民邮电出版社，2006

[4]杨延军。用busybox制作嵌入式Linux的文件系统，单片机与嵌入式系统应用，2005，4；8-10

[5] 许德新，谈振藩，胡文彬，曾薄文。嵌入式Linux在PC104平台上的构建与实现[J],应用科技，2006，33（10）；35-37

 

作者简介

石涛 男

出生日期：1980年10月24日

籍贯：山东章丘

太原理工大学信息工程学院，通信与信息系统专业，硕士，主要研究方向为嵌入式系统应用。

邮箱：[e-mail]

通信地址：太原理工大学北区3241信箱

邮编：030024

联系电话：[phone]

 

师卫 男

太原理工大学信息工程学院，电路与系统

硕士导师，主要研究方向嵌入式系统应用