📚 课程目录第2章车载Linux内核源码获取与首次编译

2. 车载Linux内核源码获取与首次编译

任务目标

在嵌入式Linux开发中，根文件系统是系统启动后挂载的第一个文件系统，包含init进程、Shell及必要工具。本案例使用BusyBox构建一个最小根文件系统，并通过initramfs方式让内核直接挂载启动，验证系统能够正常进入Shell交互界面。

环境与依赖

Linux主机（Ubuntu 20.04+，x86_64或aarch64均可）
交叉编译工具链（若目标为ARM，使用arm-linux-gnueabihf-gcc；本机运行则使用系统自带gcc）
BusyBox源码（busybox-1.36.1.tar.bz2）
Linux内核源码（用于编译测试内核，可选，若已有内核可跳过）

实现步骤

1. 下载并配置BusyBox

wget https://busybox.net/downloads/busybox-1.36.1.tar.bz2
tar -xjf busybox-1.36.1.tar.bz2
cd busybox-1.36.1
make defconfig
# 如需静态编译（推荐，避免动态库依赖）：
sed -i 's/# CONFIG_STATIC is not set/CONFIG_STATIC=y/' .config
make -j$(nproc)

2. 构建根文件系统目录结构

# 创建根文件系统目录
mkdir -p rootfs/{bin,sbin,usr/bin,usr/sbin,etc/init.d,proc,sys,dev,lib,root,tmp}
# 安装BusyBox到rootfs
make CONFIG_PREFIX=$PWD/rootfs install
# 添加必要设备节点（静态编译时devtmpfs会自动挂载，但保留基本节点更稳妥）
sudo mknod -m 666 rootfs/dev/console c 5 1
sudo mknod -m 666 rootfs/dev/null c 1 3

3. 创建init脚本

cat > rootfs/init << 'EOF'
#!/bin/sh
mount -t proc none /proc
mount -t sysfs none /sys
mount -t devtmpfs devtmpfs /dev
echo "=== Minimal Rootfs Booted ==="
exec /bin/sh
EOF
chmod +x rootfs/init

4. 打包为initramfs并启动

# 打包为cpio归档
cd rootfs
find . | cpio -H newc -o --owner root:root > ../initramfs.cpio
cd ..
gzip -9 initramfs.cpio

# 使用QEMU启动（以x86_64为例，需先安装qemu-system-x86）
qemu-system-x86_64 -kernel /path/to/bzImage -initrd initramfs.cpio.gz -append "console=ttyS0 rdinit=/init" -nographic

验证方法

启动后观察串口输出，若出现以下内容则判定成功：

内核完成初始化后挂载initramfs，执行/init脚本；
控制台打印=== Minimal Rootfs Booted ===；
进入/bin/sh交互Shell，输入ls、pwd等命令能正常返回结果；
执行cat /proc/mounts可看到proc、sysfs、devtmpfs已挂载。

预期输出（确定性结果）

=== Minimal Rootfs Booted ===
/ # ls
bin  dev  etc  init  lib  proc  root  sbin  sys  tmp  usr
/ # cat /proc/mounts
proc /proc proc rw,relatime 0 0
sysfs /sys sysfs rw,relatime 0 0
devtmpfs /dev devtmpfs rw,relatime 0 0

常见问题

QEMU提示内核未找到：需先编译内核（make defconfig && make -j$(nproc) bzImage），或使用发行版自带内核镜像（如Ubuntu的/boot/vmlinuz-*）。
Shell无法执行：确认BusyBox为静态编译（file rootfs/bin/busybox显示statically linked），否则需将动态库复制到rootfs/lib。
设备节点缺失：若devtmpfs未自动挂载，需在init脚本中手动mknod创建console和null节点。

本案例以最小可运行闭环验证了BusyBox根文件系统的构建与启动流程，实际项目中可在此基础上添加应用层库、配置文件及自定义启动服务。