1 引言
随着电子产业的不断发展，基于 ARM 技术的系统设计和开发平台越来越多地在控制 类、消费类、通信类等电子产品中广泛应用。从软件角度上看，构建基于ARM 技术的linux 系统要涉及到引导加载程序、Linux 内核、文件系统、用户应用程序几部分的设计。 文件系统是操作系统中用来管理用户文件的内核软件层。文件可能存在于磁盘、网络或 者是一些虚拟的文件。文件系统包括根文件系统和建立于内存设备之上文件系统。根文件系 统是linux 系统的核心部分，包含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。由于嵌入式设备中Flash 资源很 紧张，如何有效地使用有限的存储空间是嵌入式开发者必须考虑的，合适的文件系统格式是 解决这一问题的关键所在。本文讨论了只读型压缩Cramfs 根文件系统的特点，并详细的说 明了NAND FLASH 上建立一个可读可写型嵌嵌入式Linux 的Cramfs 根文件系统的新方法。
2 Linux 根文件系统概述
2.1 Linux根文件系统
根文件系统不同于普通文件系统，它是在内核启动时挂载（mount）的第一个文件系统， 内核代码映像文件保存在根文件系统中，而系统引导启动程序会在根文件系统挂载之后把一 些基本的初始化脚本和服务程序等加载到内存中。
Linux 根文件系统是树型结构组织[1,3]，它包含了内核和系统管理所需要的各种文档和程序等。一般来说，根目录“/”下顶层目录都有一些比较固定命名和用途，下面列出一
个Linux 根文件系统中的比较常见的目录结构。
/bin：存放二进制可执行命令的目录。
/dev：存放设备文件和目录。
/etc：存放系统管理和配置文件和目录。
/home：用户主目录，比如用户user 的主目录就是/home/user,可以用~user 来表示。
/lib：存放动态链接共享库的目录。
/sbin：存放系统管理员使用的管理程序的目录。
/tmp：公用的临时文件存储点。
/root：系统管理员的主目录。
/mnt：用以临时挂载其他的文件系统。
/proc：虚拟文件系统，可直接访问这个目录来获取系统信息。
/var：某些大文件溢出区。
/usr：存放应用程序和文件。
对于嵌入式 Linux 系统的根文件系统来说，由于受系统资源的限制，一般没有上述 那么复杂，仅保留一些常用的目录即可。如/bin、/dev、/etc、/lib、/proc、/var、/tmp、/usr、 /mnt 等[2]。 由于嵌入式系统的设计冗余度小、系统紧凑，通常存储容量有限，因此，必须选择 一个合适的根文件系统以使系统运行最佳。目前，嵌入式Linux 根文件系统主要的根文件系 统类型有：Romfs, JFFS2, RAMDISK, YAFFS/YAFFS2, Cramfs, Squashfs 等[1]。本文主要对 Cramfs 根文件系统进行讨论。
2.2 Cramfs根文件系统及其在实际应用中存在的问题
Cramfs 是Linux 的创始人 Linus Torvalds 参与开发的一种只读的压缩文件系统，它基于 MTD(Memory Technology DevICe,存储技术设备)驱动程序。在cramfs 文件系统中，每一页 (4KB)被单独压缩，可以随机页访问，其压缩比高达2:1,为嵌入式系统节省大量的FLASH 存储 空间，使系统可通过更低容量的FLASH 存储相同的文件，从而降低系统成本。
Cramfs 并不 需要一次性地将文件系统中的所有内容都解压到内存中，而只是在系统需要访问某个位置的 数据时，立即计算出该数据在Cramfs 中的位置，将其实时地解压缩到内存中，然后通过对 内存的访问来获取文件系统中需要读取的数据。Cramfs 中的解压缩以及解压缩之后内存中 的数据存放位置都是由Cramfs 文件系统本身进行维护的，用户并不需要了解具体实现过程， 因此这种方式增强了透明度，对开发人员来说，既方便又节省了存储空间。
由于 Cramfs 是只读型文件系统，而大多嵌入式应用程序需要在临时目录/tmp 进行创建 临时文件等写操作，如不对Cramfs 进行配置，则应用程序将不能正常运行，导致系统崩溃。 目前，解决些问题的方法是复合文件系统法，即使用YAFFS/YAFFS2 等可写型文件系统与 Cramfs 复合而成的文件系统作为嵌入式系统的根文件系统，使Cramfs 根文件系统启动时挂 载YAFFS/YAFFS2 文件系统，同时将应用程序存放在YAFFS/YAFFS2 文件系统中。这种方 法解决了应用程序对根文件系统的写操作问题，但由于在通常的根文件系统之外还增加了一 个额外的可写型文件系统，必然会增大整个根文件系统所占的存储空间，造成嵌入式系统存 储资源紧张。本文在实践的基础上，通过对Linux Cramfs 根文件系统的研究，发现了一种通 过修改根文件系统启动脚本和配置文件来实现根文件系统的可读、可写性的新方法，它不需 要新增额外的文件系统来支持应用程序的读、写要求，而是利用根文件系统本身的特性来构 造一个局部可写的根文件系统。
3 嵌入式Linux 根文件系统的配置
3.1 Cramfs根文件系统配置文件的分析
Cramfs 根文件系统中的配置文件存放在/etc 目录下，有22 个文件及文件夹，可分为以 下几类：
引导和登录/注销类，包括/etc/issue、/etc/issue.net、/etc/rc.d/rc、/etc/rc.d/rc.LOCal、 /etc/rc.d/rc.sysinit、/etc/rc.d/rc/rcX.d 等文件，它们主要记录系统的启动信息及运行级别等。
文件系统类，包括/etc/mtab、/etc/fstab、/etc/mtools.conf 文件等，它们记录着系统文 件系统的安装、卸载信息，系统启动时可以被安装的文件系统以及在这些文件系统上所定 义的操作。
系统管理类，包括/etc/group、/etc/nologin、/etc/passwd、/etc/rpmrc、/etc/securetty、 /etc/usertty、/etc/shadow、/etc/shells、/etc/motd 等文件，它们记录着系统用户和用户组的登 录信息、加密后的用户帐号密码信息、用户组的权限信息等。
网络类，包括/etc/gated.conf、/etc/networks、/etc/protocols、/etc/gateway、/etc/services、 /etc/inetd.conf、/etc/sysconfig/netword、/etc/recolv.conf、/etc/rpc、/etc/exports 等文件，它们 记录着系统对网络接口的配置信息、网络服务程序、网络协议、网络文件系统配置等信息。
系统命令类，包括/etc/lilo.conf、/etc/logrotate.conf、/et/identd.conf、/etc/ld.SO.conf、 /etc/inittab、/etc/termcp 等文件，这些文件记录着要独占地控制系统的系统命令及动态链接 程序配置等信息等。
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系统初始化脚本类，包括/etc/init.d 和/etc/rc/init.d 等文件，它们包含一些系统服务类 程序及系统启动脚本。
根文件系统对挂载文件系统的配置主要由两个文件决定，即fstab、init.d/rcS[3]，fstab 描述了当前系统中已被定义好的可以被系统挂载的文件系统，init.d/rcS 文件描述了系统启 动时将启动的命令、服务程序及将要挂载的的文件系统。
由此可见，要使 Cramfs 根文件系统能满足应用程序的读写要求，必须在系统启动 时为应用程序挂载一个可写型的文件系统，即配置/etc/fstab 及/etc/init.d/rcS 文件来挂载可写 型的文件系统。
3.2 为Crmafs文件系统添加应用程序
要发布应用程序到嵌入式系统中，须将应用程序及应用程序所需要的共享库文件一起 添加到根文件系统中。根文件系统可以根据需要定制，但这样需要花费大量时间且工作量 大；也可以修改已有的根文件系统，这样可以节省大量的时间和精力，且不易出错[4]。
以下 是以蓝海微芯LJD-2410DVK-I 嵌入式开发板所提供的root.cramfs 根文件系统为基础进行修 改和配置的，root.cramfs 是只读型的文件系统，为了能向里边加入用户应用程序，需要将其 重新挂载、压缩及解压缩成新的目录，步骤如下：
在root.cramfs 的相同目录下新建立一个目录，如myroot。
在终端中执行命令：mount -o loop root.cramfs myroot, tar –cvf myroot.tar myroot。这两条 命令的功能分别是将已有的root.cramfs 以块设备的方式挂载到myroot 并将myroot 压缩为 myroot.tar。
为不出现目录重名，将 myroot.tar 拷贝到另一目录进行解压：tar –xvf myroot.tar，解压 出来的文件夹myroot 即是即将作为根文件系统的目录，它是可读可写的。
将已经交叉编译并调试过的用户目标程序拷贝到myroot 目录下的/usr/bin 目录下，此目 录为根文件系统中为用户程序准备的目录。同时将用户程序所需要用到的关联库文件拷贝到 myroot 目录下的/usr/lib 目录下，用户程序的关联库文件可通过ldd 命令查看，ldd 命令格式 如下：
Ldd [选项] 文件
选项有-v：打印ldd 的版本号；-d：执行符号重部署，并报告缺少的目标对象（只对ELF 格式适用）；-r：对目标对象和函数执行重新部署，并报告缺少的目标对象和函数（只对ELF 格式适用）；-h：帮助信息。
执行如下命令来查看应用程序所关联的库：
Ldd –v 程序名
将交叉编译工具目录下的/3.4.1/arm-linux/lib 下的libgCC-s.SO.*,libstdc++.so.6 复制到 myroot 目录下的/root/lib 目录下。
3.3 配置Cramfs根文件系统
为使Cramfs 能支持应用程序的写操作，需要修改文件系统的配置文件，即/etc 目录下的 文件。
(1) 修改/etc/init.d/rcS 文件
/etc/init.d/rcS 是Linux 的系统初始化脚本，修改步骤如下：
用 vi 或其它文本工具打开myroot 目录下的/etc/init.d/rcS 文件；
在文件中增加：
/bin/mount –n –t ramfs ramfs /mnt/yaffs(yaffs 是文件系统的一个目录)；
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