linux文件系统移植

A. 小白自制linux开发板 三. Linux内核与文件系统移植

Linux内核移植与文件系统构建过程

对于F1C100S/F1C200S，Linux官方源码提供了licheepi nano的支持。我们可以通过使用licheepi nano的配置文件来完成内核移植。

首先，进入Linux系统官网下载最新长时间支持版本（推荐5.10.69）或根据个人需要选择其他版本。在新页面中，选择【summary】，点击【tag】中的【...】进行下载。下载完成后，将代码复制到Ubuntu虚拟机并解压。

接下来配置编译过程。在VS中打开Linux内核代码，找到Makefile文件并进行如下配置：指定架构为Arm，使用已安装的编译工具。修改Makefile中的ARCH 和 CROSS_COMPILE字段，或直接在make命令中加上对应参数。进行内核配置，使用licheepi_nano的配置文件替换sunxi_defconfig，并完成内核和设备树的编译。

为了确保TF卡设备树的正确配置，我们需要修改suniv-f1c100s.dtsi和suniv-f1c100s-licheepi-nano.dts文件。通过在根节点添加代码确保设备树正确识别硬件。

在编译过程中，可能会因Ubuntu系统差异遇到编译错误，可以通过复制错误信息并安装缺失组件解决。首次编译可能需要较长时间，完成后，内核文件zImage和设备树文件suniv-f1c100s-licheepi-nano.dtb将生成。

为TF卡配置分区，通过Gparted软件新建两个分区，一个用于存放内核文件和设备树文件，另一个用于根文件系统。选择fat16和ext4格式，并配置相应卷标。完成分区后，使用文件管理器查看挂载的两个分区。

将生成的内核文件和设备树文件复制到TF卡的BOOT分区。插入开发板，重启后，系统将自动进入内核启动环节，此时需要确保文件系统正确挂载。

接下来进行文件系统移植。选择Buildroot工具制作文件系统，通过官网下载buildroot2018.2.11版本并解压。配置Target options、Build options、Toolchain和System configuration，确保系统兼容性。执行构建文件系统命令，等待完成。

将最终生成的rootfs.tar文件解压到TF卡的第二分区。插入TF卡，进入root账号后，系统将成功挂载根文件系统，进入shell交互环境。

对于命令行前置显示#号的问题，修改/etc/profile文件以实现与常规Linux相同的操作体验。在开发板运行过程中，需执行命令正常关闭系统，否则可能造成文件系统损坏。

完成内核和文件系统的移植后，我们可以通过Linux的GPIO系统在小开发板上实现LED灯的点灯实验。配置文件系统，修改相关命令，编译完成rootfs后重新写入开发板。了解GPIO编号和值的计算方式，通过shell命令操作LED灯。

最后，虽然当前实现的点灯实验较为基础，但它是Linux内核功能的初步应用。未来，我们计划升级硬件设备并进行更深入的开发。让我们期待接下来的探索吧！

B. Linux文件系统的演变

说起文件系统的演变与发展，不得不从最早期的 Minix 操作系统开始说起。

Minix(MINI-UNIX) 是早期的一个迷你版本的 “类UNIX操作系统” ，由荷兰阿姆斯特丹自由大学计算机科学系的塔能鲍姆教授自行开发的可以与UNIX操作系统兼容的一个操作系统，因其小型，该操作系统被命名为 MINIX 。

MINIX 系统在设计之初，采用程序模块化的思想，将一众程序放在用户空间运行，而不是在操作系统的内核中运行。如 “文件系统” 和 “存储器管理” 等程序均是如此。

受 MINIX 操作系统的影响，早期的Linux操作系统也曾采用由塔能鲍姆教授开发的MINIX的文件系统。

然而，不只因为早期的 MINIX 操作系统并为真正意义上的开源软件(在保护着作的前提下进行收费)，而且基于 MINIX 的内部使用16位的偏移量，使文件系统能够支持的最大空间只有64MB，支持的最大文件名为14字符，导致后来 Linux 操作系统转而开发出了 ext(Extended File System) 第一代可扩展文件系统。

ext(Extended File System) 为Linux系统最早的扩展文件系统，采用 “UNIX文件系统” 的元数据结构，克服了 “MINIX” 操作系统性能不佳的问题。

ext 文件系统采用 虚拟文件系统(VFS) ，最大可支持2GB的文件系统。与 MINIX 文件系统不同的是， ext 可以使用最高2GB的存储空间并同时处理255个字符的文件名。

但，在 ext 文件系统中，文件创建时生成的 inode 信息是不变的，这导致文件发生修改后 inode 中储存的文件时间戳并不会发生变化；而且 ext 并不会为文件妥善分配空间，磁盘上的多个文件四散分布，严重制约了文件系统的性能。

ext 文件系统推出后不久，其开发者便意识到 ext 文件系统中存在很大缺陷( inode不变性 和 文件空间碎片化 )，并在一年后推出了 ext2 (Second Extened File System) 第二代扩展文件系统，用来代替 ext 文件系统。

ext2 吸取了 “UNIX文件系统” 的众多优点，并且因其良好的可扩展性( 为系统在磁盘上存储的数据结构预留了很多空间提供给开发者使用 )，在20世纪90年代众多文件系统中脱颖而出。

众多新的特性， POSIX(可移植操作系统接口) 、 访问控制表 等都是在这一代扩展文件系统上实现的。直至今天， POSIX 仍被众多操作系统所沿用。

不仅如此， ext2 还在 ext 的基础上进行了完善，能够最大支持的单个文件达到 2TB。

ext2 文件系统与20世纪90年代的众多文件系统一样，将数据写入到磁盘的过程中如果发生系统奔溃或断电，极容易导致文件损坏或丢失。

正是因为类似 ext2 等同时期的一众文件系统，在遭遇系统奔溃或断电时会出现文件损坏或丢失。尽管 ext2 文件系统拥有开机后对文件系统中文件的一致性校验，但校验的过程极为耗时，且校验的过程中，操作系统上的任何卷组都是不可访问的。

然而 ext2 遗留的问题在 ext3(Third Extended File System) 中得到了解决。

ext3 文件系统采用日志记录的方式，记录下了操作系统运行中的所有事件，这意味着即便遇到操作系统非正常关机后也无须对文件系统进行校验，从而防止了文件系统中数据丢失的可能。

尽管 ext3 使用日志系统进行记录文件系统的变化，但这并没有影响 ext3 文件系统处理数据的速度。基于日志系统在磁盘上的优化，在 ext3 中数据的传输效率是高于 ext2 的，并且可以通过重新设置日志的级别来提升文件系统的性能。

其次， ext3 在设计之初就吸收了 ext2 的很多思想，这使得 ext2 文件系统迁移到 ext3 变得极为便利。事实上， ext3 可以在从 ext2 迁移 ext3 的过程中，无须进行文件系统资料的备份，且无须担心升级后的数据恢复问题。

也正是因为 ext3 设计之初沿用了众多 ext2 的功能，这使得 ext3 缺乏变通。例如， “inode的动态分配” 和 “可变块大小” 等问题并没有得到解决。不仅如此， ext3 文件系统在被挂载为写入时，无法对文件系统进行完整性校验。

第四代扩展文件系统( Fourth Extended File System, ext4 ) 是继 ext3 文件系统的后续版本，不仅支持 ext3 的日志文件体系 ，同样支持 大文件系统 ，不仅提高了文件系统对于存储碎片化的抵抗，而且改进了 inode固一化 的问题。

同时， ext4 文件系统在开发之初就考虑到很多问题，对众多问题的优化和改进也使得 ext4 拥有了众多新的特性。例如， 大文件系统 、 使用Extent文件存储的方式 、 预分配空间 、 延迟文件获取空间的时间 、 突破原有子目录限制 、 增加日志校验和 、 在线整理磁盘 、 文件系统快速检查 、 向下兼容其他ext文件系统`。

时至今天， ext4 文件系统已经成为Linux发行版默认使用的文件系统。

与 ext2 文件系统同一时期出现的，还有 xfs 文件系统。 xfs 文件系统是高性能的文件系统，最早在 IRIX 操作系统上开发，后期被移植到 Linux 操作系统上。现在所有的 Linux发行版 都支持 xfs 的使用。

相比 32位 Linux 的操作系统来说，64位 xfs 的文件系统能够支持的单个文件系统要远远超出 32位 操作系统。

xfs 对文件系统元数据提供了日志支持，当文件系统发生变化后，总是会保证源数据在数据块写入磁盘之前被写入日志中，磁盘中有一处缓冲区专门用来存放日志，从而不会影响正常的文件系统。

xfs 同样支持 “条带化分配” 。在条带化RAID阵列上创建 xfs 文件系统时，可以指定 条带化数据单元。通过配置条带化单元，使 数据分配、inode分配、日志等与RAID条带单元对齐，来提高文件系统的性能。

与 ext4 文件系统不同的是， xfs 文件系统还支持在线恢复。 xfs 文件系统提供了 xfsmp 和 xfsrestore 工具协助备份 xfs 文件系统中的数据。

以下为各文件系统的出现时间及特性：

参考自: https://zh.wikipedia.org/wiki/Ext4

C. 嵌入式linux系统移植包含哪三部分内容

嵌入式Linux系统的移植主要有U-Boot、Linux内核、文件系统这三部分。
Uboot是在系统上电时开始执行，初始化硬件设备，准备好软件环境，然后才调用Linux操作系统内核。文件系统是Linux操作系统中用来管理用户文件的内核软件层。文件系统包括根文件系统和建立于Flash内存设备之上文件系统。根文件系统包括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。
可将Linux系统移植过程大致需要分成6个步骤：
1) 准备工作，包括下载源码、建立交叉编译环境等。交叉开发是指在开发主机上安装开发工具，编辑、编译目标板的引导程序、内核和文件系统，使其能在目标板上运行。
2) 配置和编bootloader（引导装载程序）。通过这段小程序，可以初始化硬件设备、建立内存空间的映射表，从而建立适当的系统硬件环境，为最终调用操作系统内核做好准备。
3) 配置和编译Linux内核，对其进行相应的裁剪，修改内核以支持相关的硬件设备。
4) 为大容量NAND Flash移植YAFFS文件系统，并将该文件系统加入Linux内核中；
5) 制作RAMdisk来挂载根文件系统。Linux系统中的文件和设备是通过文件系统来组织的。文件系统的存在使得数据和设备可以被有效而透明地存取访问。一个linux的最简根文件系统应该包括支持linux系统正常运行的基本内容，包括系统使用的软件和库，以及所有用来为用户提供基本支持的架构和指令。
6) 烧写、调试系统；如果调试出错，则需要重新配置，返回上述步骤（2）。