ubuntu 20.04 linux6.3.8 qemu arm64 平台 制作ext4根文件系统

前言

• 可以参考 ubuntu 20.04 qemu linux6.0.1 制作ext4根文件系统

• 因为需要验证 aarch64 平台下的 glib 库，所以重新搭建了 Linux qemu arm64 的 测试环境

• 这一篇，开始制作 rootfs 根文件系统，让qemu arm64 平台上的 Linux 系统跑起来

开发环境

• win10 64位 VMware Workstation Pro 16

• ubuntu 20.04

• qemu （虚拟ARM开发板），virt arm64 平台

• Linux 6.3.8

下载并解压busybox

• 当前使用 busybox，可以快速制作Linux 根文件系统需要的常用命令，所以这里使用当前最新版本的busybox：busybox-1.36.1.tar.bz2

• busybox 官方下载地址：https://busybox.net/downloads/busybox-1.36.1.tar.bz2，当前可以直接到官方 https://busybox.net/downloads/ 下载最新的版本

• 把下载好的 busybox 放在 ubuntu 中，解压缩

$ ls
busybox-1.36.1.tar.bz2

$ tar xjvf busybox-1.36.1.tar.bz2

编译busybox

• 这里强调一点，如果需要一次性编译通过，需要使用 linux gcc 交叉编译工具链，如：aarch64-linux-gnu-xxx 这样的工具链中，集成了依赖Linux 相关的头文件

• 编译 busybox-1.36.1，推荐的linux gcc 为： gcc-linaro-12.2.1-2023.04-x86_64_aarch64-linux-gnu.tar.xz

• 这里是qemu 的模拟器，直接编译即可，暂时不需要 menuconfig 手动修改配置

• 编译命令如下：

/* menuconfig 配置，直接保存即可 */
$ make ARCH=arm64 CROSS_COMPILE=aarch64-linux-gnu- menuconfig

/* 创建 busybox 输出的路径 */
$ mkdir /home/zhangsz/linux/rootfs/1016

/* 编译， install，这样就可以把 busybox 的编译产物放在CONFIG_PREFIX的路径下  */
$ make ARCH=arm64 CROSS_COMPILE=aarch64-linux-gnu- CONFIG_PREFIX=/home/zhangsz/linux/rootfs/1016/ install

busybox 编译的产物：

$ cd /home/zhangsz/linux/rootfs/1016/

$ ls
bin  linuxrc  sbin  usr

• 注意 busybox 直接编译的产物，还是缺少很多lib库与命令，需要不断的丰富，Linux 内核启动控制台相关的一些东西，需要再补充

完善 rootfs

• 首先创建 rootfs 目录，然后把 busybox 的产物，全部复制到 rootfs 下

• 首先在 rootfs 下新创建一个 lib 目，复制 gcc 交叉编译工具链 libc/lib/ 下的库文件到 rootfs/lib 目录

• sudo cp -rf ../../tools/gcc-linaro-12.2.1-2023.04-x86_64_aarch64-linux-gnu/aarch64-linux-gnu/libc/lib/* rootfs/lib

• 在Linux 内核目录执行生成 modules_install 的命令：

• make ARCH=arm64 CROSS_COMPILE=aarch64-linux-gnu- INSTALL_MOD_PATH=../_install modules_install

• 然后 把 Linux 的 模块目录 lib 下的所有文件 复制到 rootfs/lib 下

制作根文件系统

• 制作Linux 根文件系统目录的过程，各个平台其实都是大同小异的，不同的平台，选择相应的编译器。

• 这里使用脚本，快速的制作一个根文件系统目录模板，然后再把 busybox 的编译产物、gcc 交叉编译环境下的 lib 拷贝过来，就可以打包成制定的文件系统镜像了

• create_rootfs.sh 生成 rootfs 的各个目录结构

#!/bin/bash
echo "------Create rootfs start...--------"

rootfs=$1
sudo rm -rfv $rootfs
sudo mkdir -v $rootfs
cd $rootfs

echo "--------Create root,dev....----------"
sudo mkdir root dev etc boot tmp var sys proc lib mnt home usr
sudo mkdir etc/init.d etc/rc.d

echo "make node in dev/console dev/null"
sudo mknod -m 600 dev/console c 5 1
sudo mknod -m 600 dev/null  c 1 3

# create etc config /etc/inittab
echo -e "::sysinit:/etc/init.d/rcS " >etc/inittab
echo -e "::askfirst:-/bin/sh " >>etc/inittab
echo -e "::ctrlaltdel:/sbin/reboot " >>etc/inittab
echo -e "::shutdown:/bin/umount -a -r " >>etc/inittab

# create etc config /etc/init.d/rcs
echo -e "#! /bin/sh " >etc/init.d/rcS
echo -e "mount -t sysfs none /sys " >>etc/init.d/rcS
echo -e "mount -t proc none /proc " >>etc/init.d/rcS
echo -e "mount -t tmpfs tmpfs /tmp" >>etc/init.d/rcS
echo -e "mdev -s " >>etc/init.d/rcS
chmod +x etc/init.d/rcS

# create etc config /etc/fstab
echo -e "proc       /proc       proc        defaults 0 0 " >etc/fstab
echo -e "sysfs      /sys        sysfs       defaults 0 0 " >>etc/fstab
echo -e "devtmpfs   /dev        devtmpfs    defaults 0 0 " >>etc/fstab
echo -e "tmpfs      /tmp        tmpfs       defaults 0 0 " >>etc/fstab
echo -e "tmpfs      /var        tmpfs       defaults 0 0 " >>etc/fstab

cd ..
echo "-------make rootfs done---------"

• make_boot.sh 脚本：制作 rootfs ext4 镜像

#!/bin/bash

echo "---------- make boot.img ------------"

img_ext=".img"
img_mnt="_mnt"

boot_img=$1${img_ext}
boot_img_mnt=$1${img_mnt}

echo ${boot_img}
echo ${boot_img_mnt}

sudo rm -rf ${boot_img}
sudo rm -rf ${boot_img_mnt}


dd if=/dev/zero of=${boot_img} bs=1M count=1024
mkfs.ext4 ${boot_img}
sudo mkdir ${boot_img_mnt}

sudo mount ${boot_img} ${boot_img_mnt}
sudo cp -rv $1/* ${boot_img_mnt}
sudo cp -rv rootfs/* ${boot_img_mnt}
sudo umount ${boot_img_mnt}

echo "------------ make boot.img end ---------"

• boot_qemu.sh ：通过 qemu-system-aarch64 启动 qemu

#!/bin/bash
echo "---------- boot qemu ----------"
echo $1

sudo qemu-system-aarch64 \
        -M virt \
        -cpu cortex-a57 \
        -smp 4 \
        -m 4G \
        -kernel Image.gz \
        -drive format=raw,file=$1 \
        -nographic \
        -append "noinitrd root=/dev/vda rw console=ttyAMA0 init=/linuxrc ignore_loglevel" \

• run.sh ： 运行 qemu，第一次运行 sudo ./run.sh 即可，后面可以通过 sudo ./boot_qemu.sh rootfs_qemu.img 启动

#!/bin/bash

source create_rootfs.sh rootfs_qemu
source make_boot.sh rootfs_qemu
source boot_qemu.sh rootfs_qemu.img

启动 qemu

• 把 Linux 内核，当前是 linux-6.3.8 的内核镜像文件： linux-6.3.8/arch/arm64/boot/Image.gz 复制到 qemu 的启动目录下

• qemu 启动的目录如下：

• 上面的制作rootfs 与启动 qemu 的脚本， Linux 内核镜像 Image.gz，以及上面创建的 rootfs，基于这个 rootfs 去生成 qemu 需要的 ext4 镜像

-rwxr-xr-x  1 zhangsz zhangsz        292 6月  18 17:22 boot_qemu.sh
-rwxr-xr-x  1 zhangsz zhangsz       1335 6月  18 12:39 create_rootfs.sh

-rw-r--r--  1 zhangsz zhangsz   13141574 6月  18 12:37 Image.gz
-rwxr-xr-x  1 zhangsz zhangsz        517 6月  18 12:39 make_boot.sh
-rw-r--r--  1 zhangsz zhangsz        463 6月  18 18:05 readme.md
drwxr-xr-x  7 zhangsz zhangsz       4096 6月  18 18:00 rootfs

-rwxr-xr-x  1 zhangsz zhangsz        118 6月  18 12:39 run.sh

• 第一次运行：会根据 rootfs 制作镜像 rootfs_qemu.img，并调用 qemu 启动脚本 boot_qemu.sh 启动，执行命令为： sudo ./run.sh

• 启动信息如下：

• 进程 Linux shell 命令行， 基于 qemu arm64 平台的 Linux ext4 根文件系统， 正确运行起来了

小结

• 以上是 基于 linux6.3.8 qemu arm64 平台 制作ext4根文件系统，Linux 内核的编译，参考 ubuntu 20.04 qemu arm64 linux6.3.8 开发环境搭建

• qemu 可以用于嵌入式Linux 系统的开发前期的一些技术评估、功能验证，尤其是一些硬件平台无关的软件的功能开发验证，使用 qemu 模拟运行，会大大提高开发的效率

• 当前 qemu 不仅可以运行 Linux，还可以运行在 rt-smart 等系统上