（四）根文件系统--从零开始自制linux掌上电脑（F1C200S)＜嵌入式项目＞

目录

一、根文件系统介绍

二、根文件系统移植

1、buildroot下载

2、根文件系统制作

3、根文件系统移植

4、根文件系统加载

5、mmc设备问题分析

6、mmc功能开启

7、设备树编译与下载

三、参考内容

---

一、根文件系统介绍

文件系统是对一个存储设备上的数据和元数据进行组织的机制，这种机制有利于用户和操作系统的交互。在Linux没有文件系统的话，用户和操作系统的交互也就断开了。

Unix没有盘符的概念，要求自己的文件系统是单一的一棵树。直接挂载在整棵树根上的那个盘里面的文件系统，就是根文件系统。

文件系统不是指某一个文件系统类型，而是指任何可以将文件目录组织成特定系统所需结构的文件系统，然后把它挂载在系统的根上。

Linux中的根文件系统像是一个文件夹管理系统，或者说像是一本书的目录，在某种意义上讲，根文件系统就是一个文件夹，只不过是这是一个特殊的文件夹，在这个目录里面会有很多的子目录，如下图所示。

下面是虚拟机中Ubuntu系统的根文件系统，根文件系统的目录名字为 ‘/’ ，也就是一个斜杠，各个目录的功能在下面的表格中做了详细介绍。

---

二、根文件系统移植

1、buildroot下载

我们使用buildroot制作根文件系统，之前imx6ull使用的busybox，这里换一下，哈哈，首先进入官网，下载根文件系统buildroot2018.2.11版本，与墨云保持一致，下载后放到Ubuntu中解压。https://buildroot.org/download.htmlhttps://buildroot.org/download.html

这个网站比较友好，不需要魔法，buildroot体积较小，直接下载即可，下面是几个不同后缀的文件。

 上面的四个选项，下载后是下面的文件，sign是什么文件我不清楚，嘿嘿，欢迎评论区指出，选择一个压缩包，到Ubuntu中解压

2、根文件系统制作

 解压完成后进入根目录，清理工程后，进入图形界面配置：

make clean
make menuconfig

图形配置界面如下图所示，使用方向键选择不同选项，空格进行选中，回车进行确认。

Target options选项的配置如下图所示，每个选项的含义墨云解释过了，我就不造轮子了。  

• 第一个选项为架构选择，这里选择ARM架构小端模式，
• 第二个为输出的二进制文件格式，这里选择EFL格式，
• 第三个为架构体系，这里选择arm926t，因为F1C200S/F1C100S的架构就是这个架构，
• 第四个为矢量浮点处理器，这里不勾选，因为对于F1C200S/F1C100S而言，其内部没有浮点运算单元，只能进行软浮点运算，也就是模拟浮点预运算。
• 第五个为应用程序二进制接口，这里选择EABI，原因是该格式支持软件浮点和硬件实现浮点功能混用。
• 第六个为浮点运算规则，这里使用软件浮点
• 第七个选择指令集，这里选择ARM指令集，因为thumb主要针对Cortex M系列而言的，对于运行操作系统的A系列以及ARM9和ARM11而言，使用的都是32位的ARM指令集。

来自：小白自制Linux开发板 三. Linux内核与文件系统移植 - 淡墨青云 - 博客园

据说Toolchain按照下方配置（打开了一些功能）可以在开发板上直接编译程序。 

登录的时候会显示 “Wecome to kashine linux system.” ，并且我们设置了root用户密码为“good luck!”。

配置完成后，使用make命令进行编译，从下面可以看出，buildroot的编译需要网络支持，以通过网络配置我们选择的内容。 当然如果你的虚拟机无法连接网络，请看虚拟机ubuntu桥接怎么联网，或者是虚拟机net模式访问互联网。

此处是漫长的等待..........，建议来一道力扣中等！复杂链表的复制！力扣https://leetcode.cn/problems/fu-za-lian-biao-de-fu-zhi-lcof/?envType=study-plan&id=lcof&plan=lcof&plan_progress=y16046r

这个下载速度真的是奇慢无比！如果下载依赖包或者软件速度非常慢，可以尝试（不要试了，我试过不管用，哈哈）Ubuntu20.04换源之后依旧慢？Ubuntu16.04找不到Software&Updates（软件更新），但我试了一下仍然很慢，这不科学呀！魔法也不管用。

终于编译完成了！已经是第二天了，昨天搞到1：00还没有编译完，我就直接挂起虚拟机，今天早晨打开Ubuntu没大会，就已经编译完成了，大概两个多小时。编译完成后，在buildroot根目录的output/images目录下生成一个rootfs.rar文件，这个就是我们心心念念的根文件系统。

注意：第二次编译就会快很多，比如误删，别问我怎么知道的，唔哈哈哈。 

 3、根文件系统移植

将上面得到的rootfs.rar解压到TF卡的第二个分区，也就是rootfs分区，不要解压完成在复制过去，因为解压出来好多文件夹。两种选择，要么把压缩包复制到rootfs分区，解压后删除压缩包，要么直接解压到第二分区。使用如下命令将压缩包解压到rootfs分区后如下图所示：

sudo tar -vxf rootfs.tar -C /media/project01/rootfs/

其中tar解压缩命令格式如下：

4、根文件系统加载

TF卡第二个分区内已经放置了我们制作好的根文件系统，将TF卡插到开发板上并上电启动，打开串口调试助手，设置波特率115200，可以看到下面的内容，uboot和内核启动成功。

但是并没有启动Linux的根文件系统，我们看最后打印出的提示代码为： Waiting for root device /dev/mmcblk0p2...，看来是mmcblk0p2表示mmc设备（MultiMedia Card，多媒体存储卡）没有被内核启动成功，mmcblk0是我们的TF卡，p2代表第二个分区，我们最终确定是mmc设备出了问题。

 5、mmc设备问题分析

我们先来分析一下出现这个问题的原因，如果说mmcblk0p2设备出现问题，那么为什么在启动Linux内核的时候没有出错的，内核文件和设备树文件存放在mmcblk0p1中，如果是mmcblk0p2加载出错，也就表示TF卡的设备树或者是驱动出了问题，那么mmcblk0p1不应该也是错的吗？那Linux内核不应该能够启动才对的？

小朋友，你是否有很多问号？好的，现在来说一下我对上面问题的理解。其实上面的问题有点不太对，不知道大家是否有相同的疑问，所以我对上面也进行了保留。下面分析：首先是uboot的启动，在TF卡的8k处，我们硬件没有问题，也就是说TF卡接在F1C200s的指定引脚，bootROM启动的时候一定会读取TF卡的8k位置，成功启动uboot，而在uboot启动后，进入倒计时，倒计时结束后，执行bootcmd命令，bootcmd命令如下所示：

load mmc 0:1 0x80008000 zImage;load mmc 0:1 0x80c08000 suniv-f1c100s-licheepi-nano.dtb;bootz 0x80008000 - 0x80c08000;

该命令的主要作用是将zImage和设备树从mmc的第一个分区拷贝到内存中执行，这个应该好理解哈，Linux内核启动成功了，说明uboot能够将两个文件拷贝到内存中执行，进一步说明uboot的TF卡驱动是没有问题的，拷贝结束后，uboot生命周期结束，Linux内核启动，但是Linux内核TF卡启动出错，导致无法加载TF卡第二分区中的根文件系统。

至此，我们大致分析出导致无法启动Linux根文件系统的原因是：TF卡设备树或者驱动出错。对于设备树来讲，我们只需要提供对应的硬件信息，即可在不同的开发板可以使用相同的驱动。形象一点讲就是：对某个LED点灯程序（驱动），我宏定义了一个LED管脚（设备树），程序是官方给的，也就是说确定这个程序可以点灯，现在我们将这套程序放到另一个相同主控的开发板上运行，出问题的话就很可能是我们的宏定义出错了，也就是说，很可能是设备树出错。

通过上面的分析，我们怀疑很可能是设备树出了问题，那下面我们对设备树进行检查。首先介绍一下设备树相关文件，打开/arch/arm/boot/dts可以看到我们我们前面拷贝到TF卡KERNEL分区的设备树文件，其中.dtsi文件为“头文件”，储存一个主控芯片的共同信息，供针对相同主控芯片不同开发板的设备树源文件.dts文件调用，编译后生成设备树文件.dtb。

打开/arch/arm/boot/dts目录下的suniv-f1c100s-licheepi-nano.dts、suniv-f1c100s.dtsi，在dtsi文件中并没有发现mmc的内容，也就是如orange2c所说，是因为我们使用的主线Linux内核源码，而主线Linux设备树中并没有开启mmc。

6、mmc功能开启

参考荔枝派设备树源码，进行以下修改。首先添加头文件：

#include <dt-bindings/clock/suniv-ccu-f1c100s.h>
#include <dt-bindings/reset/suniv-ccu-f1c100s.h>

然后在soc结点下的pio添加如下代码，其中PF0、PF1、PF2、PF3、PF4、PF5为TF卡相关引脚，详见https://blog.csdn.net/qq_41709234/article/details/124389957。

mmc0_pins: mmc0-pins {
                pins = "PF0", "PF1", "PF2", "PF3", "PF4", "PF5";
                function = "mmc0";
            };

在soc结点下添加如下代码，使用pinctrl子系统初始化引脚，其中compatible变量保存着mmc对应的驱动。其他时钟总线之类的我就不详细解释了，因为我也不懂，哈哈。但是一定要注意，.dtsi文件里面是默认关闭mm功能的（可以看到下面的status是disabled状态），需要在.dts里面使能。

mmc0: mmc@1c0f000 {
            compatible = "allwinner,suniv-f1c100s-mmc",
                     "allwinner,sun7i-a20-mmc";
            reg = <0x01c0f000 0x1000>;
            clocks = <&ccu CLK_BUS_MMC0>,
                 <&ccu CLK_MMC0>,
                 <&ccu CLK_MMC0_OUTPUT>,
                 <&ccu CLK_MMC0_SAMPLE>;
            clock-names = "ahb",
                          "mmc",
                          "output",
                          "sample";
            resets = <&ccu RST_BUS_MMC0>;
            reset-names = "ahb";
            interrupts = <23>;
            pinctrl-names = "default";
            pinctrl-0 = <&mmc0_pins>;
            status = "disabled";
            #address-cells = <1>;
            #size-cells = <0>;
        };

 .dtsi文件修改完成后如下所示：

// SPDX-License-Identifier: (GPL-2.0+ OR X11)
/*
 * Copyright 2018 Icenowy Zheng <icenowy@aosc.io>
 * Copyright 2018 Mesih Kilinc <mesihkilinc@gmail.com>
 */
 
// modify by kashine
#include <dt-bindings/clock/suniv-ccu-f1c100s.h>
#include <dt-bindings/reset/suniv-ccu-f1c100s.h>
 
/ {
	#address-cells = <1>;
	#size-cells = <1>;
	interrupt-parent = <&intc>;
 
	clocks {
		osc24M: clk-24M {
			#clock-cells = <0>;
			compatible = "fixed-clock";
			clock-frequency = <24000000>;
			clock-output-names = "osc24M";
		};
 
		osc32k: clk-32k {
			#clock-cells = <0>;
			compatible = "fixed-clock";
			clock-frequency = <32768>;
			clock-output-names = "osc32k";
		};
	};
 
	cpus {
		cpu {
			compatible = "arm,arm926ej-s";
			device_type = "cpu";
		};
	};
 
	soc {
		compatible = "simple-bus";
		#address-cells = <1>;
		#size-cells = <1>;
		ranges;
 
		sram-controller@1c00000 {
			compatible = "allwinner,suniv-f1c100s-system-control",
				     "allwinner,sun4i-a10-system-control";
			reg = <0x01c00000 0x30>;
			#address-cells = <1>;
			#size-cells = <1>;
			ranges;
 
			sram_d: sram@10000 {
				compatible = "mmio-sram";
				reg = <0x00010000 0x1000>;
				#address-cells = <1>;
				#size-cells = <1>;
				ranges = <0 0x00010000 0x1000>;
 
				otg_sram: sram-section@0 {
					compatible = "allwinner,suniv-f1c100s-sram-d",
						     "allwinner,sun4i-a10-sram-d";
					reg = <0x0000 0x1000>;
					status = "disabled";
				};
			};
		};
 
		ccu: clock@1c20000 {
			compatible = "allwinner,suniv-f1c100s-ccu";
			reg = <0x01c20000 0x400>;
			clocks = <&osc24M>, <&osc32k>;
			clock-names = "hosc", "losc";
			#clock-cells = <1>;
			#reset-cells = <1>;
		};
 
		intc: interrupt-controller@1c20400 {
			compatible = "allwinner,suniv-f1c100s-ic";
			reg = <0x01c20400 0x400>;
			interrupt-controller;
			#interrupt-cells = <1>;
		};
 
		pio: pinctrl@1c20800 {
			compatible = "allwinner,suniv-f1c100s-pinctrl";
			reg = <0x01c20800 0x400>;
			interrupts = <38>, <39>, <40>;
			clocks = <&ccu 37>, <&osc24M>, <&osc32k>;
			clock-names = "apb", "hosc", "losc";
			gpio-controller;
			interrupt-controller;
			#interrupt-cells = <3>;
			#gpio-cells = <3>;
 
			uart0_pe_pins: uart0-pe-pins {
				pins = "PE0", "PE1";
				function = "uart0";
			};
 
			// modify by kashine
			mmc0_pins: mmc0-pins {
                pins = "PF0", "PF1", "PF2", "PF3", "PF4", "PF5";
                function = "mmc0";
            };
		};
 
		timer@1c20c00 {
			compatible = "allwinner,suniv-f1c100s-timer";
			reg = <0x01c20c00 0x90>;
			interrupts = <13>;
			clocks = <&osc24M>;
		};
 
		wdt: watchdog@1c20ca0 {
			compatible = "allwinner,suniv-f1c100s-wdt",
				     "allwinner,sun4i-a10-wdt";
			reg = <0x01c20ca0 0x20>;
		};
 
		uart0: serial@1c25000 {
			compatible = "snps,dw-apb-uart";
			reg = <0x01c25000 0x400>;
			interrupts = <1>;
			reg-shift = <2>;
			reg-io-width = <4>;
			clocks = <&ccu 38>;
			resets = <&ccu 24>;
			status = "disabled";
		};
 
		uart1: serial@1c25400 {
			compatible = "snps,dw-apb-uart";
			reg = <0x01c25400 0x400>;
			interrupts = <2>;
			reg-shift = <2>;
			reg-io-width = <4>;
			clocks = <&ccu 39>;
			resets = <&ccu 25>;
			status = "disabled";
		};
 
		uart2: serial@1c25800 {
			compatible = "snps,dw-apb-uart";
			reg = <0x01c25800 0x400>;
			interrupts = <3>;
			reg-shift = <2>;
			reg-io-width = <4>;
			clocks = <&ccu 40>;
			resets = <&ccu 26>;
			status = "disabled";
		};
 
		// modify by kashine
		mmc0: mmc@1c0f000 {
            compatible = "allwinner,suniv-f1c100s-mmc",
                     "allwinner,sun7i-a20-mmc";
            reg = <0x01c0f000 0x1000>;
            clocks = <&ccu CLK_BUS_MMC0>,
                 <&ccu CLK_MMC0>,
                 <&ccu CLK_MMC0_OUTPUT>,
                 <&ccu CLK_MMC0_SAMPLE>;
            clock-names = "ahb",
                          "mmc",
                          "output",
                          "sample";
            resets = <&ccu RST_BUS_MMC0>;
            reset-names = "ahb";
            interrupts = <23>;
            pinctrl-names = "default";
            pinctrl-0 = <&mmc0_pins>;
            status = "disabled";
            #address-cells = <1>;
            #size-cells = <0>;
        };
	};
};

 在.dts文件里面进行以下修改，首先使能mmc：

&mmc0 {
        vmmc-supply = <&reg_vcc3v3>;
        bus-width = <4>;
        broken-cd;
        status = "okay";
};

然后这个是墨云在根节点下添加的一个结点，他并没有说明为什么添加，我百度了一下，这是一个电源管理相关的结点，使用regulator-fixed来实现使用GPIO控制某个电源开关 ，希望在开机时尽快输出高低电平来控制电源。详见。Rockchip RK3588 kernel dts解析之regulator-fixed。

reg_vcc3v3: vcc3v3 {
        compatible = "regulator-fixed";
        regulator-name = "vcc3v3";
        regulator-min-microvolt = <3300000>;
        regulator-max-microvolt = <3300000>;
    };

.dts文件修改完成之后下所示：

// SPDX-License-Identifier: (GPL-2.0+ OR X11)
/*
 * Copyright 2018 Icenowy Zheng <icenowy@aosc.io>
 */
 
/dts-v1/;
#include "suniv-f1c100s.dtsi"
 
/ {
	model = "Lichee Pi Nano";
	compatible = "licheepi,licheepi-nano", "allwinner,suniv-f1c100s";
 
	aliases {
		serial0 = &uart0;
	};
 
	chosen {
		stdout-path = "serial0:115200n8";
	};
	
	// modify by kashine
	reg_vcc3v3: vcc3v3 {
		compatible = "regulator-fixed";
		regulator-name = "vcc3v3";
		regulator-min-microvolt = <3300000>;
		regulator-max-microvolt = <3300000>;
	};
};
 
&uart0 {
	pinctrl-names = "default";
	pinctrl-0 = <&uart0_pe_pins>;
	status = "okay";
};
 
// modify by kashine
&mmc0 {
        vmmc-supply = <&reg_vcc3v3>;
        bus-width = <4>;
        broken-cd;
        status = "okay";
};

7、设备树编译与下载

在Linux内核根目录下，使用以下命令重新编译设备树，内核无需重新编译。

make dtbs

在内核源码根目录使用make dtbs编译变成后生成设备树文件，如下图所示。

编译完成后，将新的设备树文件（.dtb）拷贝到TF卡的第二分区，zImage无需修改，打开串口调试助手，上电复位，成功启动根文件系统！！！，成功打印出“Welcome to kashine linux system.”，root为管理员用户名，密码为前面设置的“good luck！”，将路径切换到根目录之后，查看根目录的文件夹，如下图所示。

 在上电成功启动根文件系统之后，不要直接拔掉USB断电，可能造成根文件系统损坏，使用poweroff命令关闭根文件系统后断电。

---

三、参考内容

1. 墨云uboot移植；

2. 正点原子《嵌入式Linux驱动开发指南》      

---