根文件系统构建

1. 概述

1.1 功能简介

根文件系统（Rootfs）是 Linux 系统启动后挂载的第一个文件系统，包含操作系统运行所需的所有用户空间程序、库、配置文件和工具。RK3576 Linux SDK 支持两种根文件系统方案：Buildroot（轻量级嵌入式）和 Debian（通用桌面级），开发者可根据产品需求灵活选择。

1.2 应用场景

根文件系统	适用场景	特点
Buildroot	存储受限的嵌入式设备、IoT 终端、工业控制	体积小（~64MB~256MB），启动快，定制灵活
Debian	桌面级应用、多媒体终端、AI 边缘计算	生态丰富，apt 包管理，易于开发调试

1.3 工作原理

根文件系统构建的核心流程为：工具链 → 基础系统 → 软件包安装 → 文件系统镜像生成。Buildroot 使用 Makefile/Kconfig 系统自动下载源码、交叉编译并打包；Debian 使用 live-build 和 debootstrap 创建基础 Debian 系统，再叠加 Rockchip 定制的 deb 包。

原理类内容优先引用 RK 官方文档，此处仅做要点提炼。详见 RK 官方文档：[《Rockchip_Developer_Guide_Linux_Software_CN.pdf》]

2. 硬件准备

2.1 硬件清单

组件	型号/规格	数量	备注
主控板	C-3576BQ 核心板 + M4-R2 底板	1
调试串口线	USB 转 TTL（3.3V）	1	波特率 1500000
存储设备	eMMC / SD 卡（16GB+）	1	保存根文件系统
电源适配器	5V 电源适配器（Type-C 或 6pin 输入）	1	空载最小 1000mA

2.2 硬件确认

# 确认当前根文件系统信息
df -h
# 查看根文件系统类型
mount | grep " / "
# 查看分区表
cat /proc/partitions

3. 软件准备

3.1 开发环境

Ubuntu 20.04/22.04 LTS（64 位）
RK3576 Linux SDK 已正确配置
磁盘空间充足（Buildroot 需 ~20GB，Debian 需 ~40GB）

3.2 依赖包安装

# Buildroot 通用依赖
sudo apt-get install sed make binutils build-essential gcc g++ bash \
  patch gzip bzip2 perl tar cpio unzip rsync file bc wget python3

# Debian 构建额外依赖
sudo apt-get install binfmt-support qemu-user-static live-build
sudo dpkg -i debian/ubuntu-build-service/packages/*
sudo apt-get install -f

3.3 SDK 目录结构（根文件系统相关）

<SDK>/
├── buildroot/                 # Buildroot 构建系统
│   ├── configs/               # 默认配置
│   │   └── rockchip_rk3576_defconfig
│   ├── output/                # 编译输出
│   │   ├── rockchip_rk3576/   # 目标镜像
│   │   └── build/             # 编译中间文件
│   ├── package/               # 软件包定义
│   │   ├── rockchip/          # Rockchip 专用包
│   │   └── ...                # 上游包
│   └── dl/                    # 下载的源码包
├── debian/                    # Debian 构建脚本
│   ├── mk-base-debian.sh      # 基础 Debian 系统构建
│   ├── mk-rootfs-bullseye.sh  # Bullseye 根文件系统构建
│   ├── mk-image.sh            # Ext4 镜像生成
│   ├── overlay/               # 板级覆盖文件
│   ├── packages/              # Rockchip 定制 deb 包
│   └── ubuntu-build-service/  # 构建服务工具

RK3576 SDK 使用 Debian 11 bullseye，具体 Debian 版本以实际发布的 RK3576 SDK 为准。

cd <SDK_PATH>

# 选择板级配置
./build.sh device/rockchip/rk3576/BoardConfig-rk3576-xxx.mk

# 编译包括 Buildroot 根文件系统的完整系统
./build.sh all

# 或单独编译根文件系统
./build.sh rootfs

编译完成后，根文件系统镜像位于：

buildroot/output/rockchip_rk3576/images/rootfs.ext4

板级配置文件名称以实际发布的 RK3576 SDK 为准。

4.1.2 配置 Buildroot

# 进入 Buildroot 配置菜单
cd <SDK_PATH>
source envsetup.sh rockchip_rk3576
make menuconfig

常用配置项：

配置路径	说明
`Target options → Target Architecture`	目标架构（AArch64）
`Build options → Download dir`	源码下载目录
`Toolchain → Toolchain type`	工具链类型（Buildroot 内部或外部）
`System configuration → Root password`	根用户密码
`System configuration → /dev management`	设备节点管理方式（devtmpfs/udev/mdev）
`Filesystem images → ext2/3/4 rootfs`	根文件系统镜像格式
`Target packages →`	选择需要包含的软件包

4.1.3 选择软件包

# 在 menuconfig 中，通过以下路径选择软件包
Target packages →
    [*] Audio and video applications
    [*]   gstreamer1
    [*]     gst1-plugins-base
    [*]     gst1-plugins-good
    [*]     gst1-plugins-bad
    [*] Debugging tools
    [*]   strace
    [*]   gdb
    [*] Development tools
    [*]   git
    [*] Networking applications
    [*]   openssh
    [*]   dhcpcd

4.1.4 使用配置片段

RK3576 SDK 预定义了按功能分类的配置片段：

# 查看可用配置片段
ls buildroot/configs/rockchip/
# adbd.config  audio.config  base.config  benchmark.config  bt.config
# camera.config  chromium.config  debug.config  display.config
# game.config  gpu.config  network.config  ...

4.1.5 单独编译/重新编译软件包

# 进入 Buildroot 环境
source envsetup.sh rockchip_rk3576

# 编译指定包
make <package>

# 重新编译
make <package>-rebuild

# 重新配置
make <package>-reconfigure

# 完全清理
make <package>-dirclean

4.1.6 自定义根文件系统

方法一：添加覆盖文件

在 buildroot/board/rockchip/rk3576/overlay/ 目录下放置文件，这些文件会在编译时自动复制到根文件系统中：

# 创建覆盖文件目录
mkdir -p buildroot/board/rockchip/rk3576/overlay/etc
mkdir -p buildroot/board/rockchip/rk3576/overlay/opt/myapp

# 添加自定义配置文件
echo "my_custom_config" > buildroot/board/rockchip/rk3576/overlay/etc/my_config.conf

# 添加自定义启动脚本
cat > buildroot/board/rockchip/rk3576/overlay/etc/init.d/S99myapp << 'EOF'
#!/bin/sh
case "$1" in
    start)
        echo "Starting myapp..."
        /opt/myapp/myapp &
        ;;
    stop)
        killall myapp
        ;;
    *)
        exit 1
        ;;
esac
EOF
chmod +x buildroot/board/rockchip/rk3576/overlay/etc/init.d/S99myapp

方法二：使用 post-build 脚本

在 buildroot/board/rockchip/rk3576/post-build.sh 中添加自定义操作：

#!/bin/sh
# post-build.sh: 在构建完成后执行的自定义操作

# 设置 root 密码
echo "root:myrootpassword" | chpasswd -r $TARGET_DIR

# 修改 motd 消息
echo "Welcome to shimetapi RK3576" > $TARGET_DIR/etc/motd

# 移除不需要的文件
rm -rf $TARGET_DIR/usr/share/man
rm -rf $TARGET_DIR/usr/share/doc

4.2 Debian 根文件系统构建

4.2.1 一键编译

cd <SDK_PATH>

# 设置环境变量选择 Debian 根文件系统
export RK_ROOTFS_SYSTEM=debian

# 编译完整系统（包含 Debian 根文件系统）
./build.sh all

4.2.2 分步构建

cd <SDK_PATH>/debian

# 步骤 1: 构建基础 Debian 系统
sudo apt-get install binfmt-support qemu-user-static live-build
sudo dpkg -i ubuntu-build-service/packages/*
sudo apt-get install -f

# 64 位 Debian 11 Bullseye
RELEASE=bullseye TARGET=desktop ARCH=arm64 ./mk-base-debian.sh

# 步骤 2: 构建 RK 定制根文件系统
VERSION=debug ARCH=arm64 ./mk-rootfs-bullseye.sh

# 步骤 3: 生成 ext4 镜像
./mk-image.sh

输出文件：debian/linaro-rootfs.img

Debian 版本（如 bullseye）与脚本路径以实际发布的 RK3576 SDK 为准。

4.2.3 配置 Debian 镜像源

编辑 debian/ubuntu-build-service/bullseye-desktop-arm64/configure，添加国内镜像源：

--mirror-bootstrap "http://mirrors.ustc.edu.cn/debian" \
--mirror-chroot "http://mirrors.ustc.edu.cn/debian" \
--mirror-chroot-security "http://mirrors.ustc.edu.cn/debian-security" \
--mirror-binary "http://mirrors.ustc.edu.cn/debian" \
--mirror-binary-security "http://mirrors.ustc.edu.cn/debian-security"

4.2.4 自定义 Debian 根文件系统

添加软件包：编辑 debian/ubuntu-build-service/bullseye-desktop-arm64/configure，在 --packages 或 --package-lists 中添加所需包。

添加覆盖文件：将文件放入 debian/overlay/ 目录，构建时自动复制到目标系统。

添加启动脚本：编辑 debian/overlay/etc/rc.local 或创建 systemd 服务。

4.3 自定义根文件系统（手动制作）

4.3.1 使用 debootstrap 手动制作

# 安装 debootstrap
sudo apt-get install debootstrap qemu-user-static

# 创建根文件系统目录
mkdir rootfs
sudo debootstrap --arch=arm64 --foreign bullseye rootfs http://mirrors.ustc.edu.cn/debian

# 复制 QEMU 用户态模拟器
sudo cp /usr/bin/qemu-aarch64-static rootfs/usr/bin/

# 进入 chroot 环境完成安装
sudo chroot rootfs /debootstrap/debootstrap --second-stage

# 挂载必要的文件系统
sudo mount --bind /dev rootfs/dev
sudo mount --bind /proc rootfs/proc
sudo mount --bind /sys rootfs/sys

# 配置网络（可选）
echo "nameserver 8.8.8.8" | sudo tee rootfs/etc/resolv.conf

# 安装软件包
sudo chroot rootfs apt-get update
sudo chroot rootfs apt-get install -y openssh-server network-manager

# 生成 ext4 镜像
dd if=/dev/zero of=rootfs.img bs=1M count=2048
mkfs.ext4 rootfs.img
sudo mount rootfs.img /mnt
sudo cp -a rootfs/* /mnt/
sudo umount /mnt

4.3.2 使用 BusyBox 制作最小根文件系统

# 下载并编译 BusyBox
wget https://busybox.net/downloads/busybox-1.35.0.tar.bz2
tar xf busybox-1.35.0.tar.bz2
cd busybox-1.35.0
make ARCH=arm64 CROSS_COMPILE=aarch64-linux-gnu- defconfig
make ARCH=arm64 CROSS_COMPILE=aarch64-linux-gnu- menuconfig
# 确保选中 "Build BusyBox as a static binary (no shared libs)"
make ARCH=arm64 CROSS_COMPILE=aarch64-linux-gnu- -j$(nproc)
make ARCH=arm64 CROSS_COMPILE=aarch64-linux-gnu- install

# 创建最小根文件系统
mkdir -p _install/{dev,proc,sys,etc,etc/init.d,lib,usr,var,root,tmp}
cat > _install/etc/inittab << 'EOF'
::sysinit:/etc/init.d/rcS
::respawn:-/bin/sh
::ctrlaltdel:/bin/umount -a -r
EOF

cat > _install/etc/init.d/rcS << 'EOF'
#!/bin/sh
mount -t proc none /proc
mount -t sysfs none /sys
mount -t tmpfs none /tmp
mdev -s
EOF
chmod +x _install/etc/init.d/rcS

5. 代码详解

5.1 Buildroot 软件包定义

Buildroot 中的每个软件包由三个文件定义：

Config.in - 配置选项：

config BR2_PACKAGE_MYAPP
    bool "myapp"
    help
      My custom application for RK3576.

myapp.mk - 构建规则：

MYAPP_VERSION = 1.0
MYAPP_SITE = /path/to/source
MYAPP_SITE_METHOD = local

define MYAPP_BUILD_CMDS
    $(MAKE) CC="$(TARGET_CC)" LD="$(TARGET_LD)" -C $(@D)
endef

define MYAPP_INSTALL_TARGET_CMDS
    $(INSTALL) -D -m 0755 $(@D)/myapp $(TARGET_DIR)/usr/bin/myapp
endef

$(eval $(generic-package))

5.2 Buildroot 构建流程

Buildroot 构建流程：
1. 下载源码包到 dl/ 目录
2. 解压到 output/build/<package>-<version>/
3. 配置（configure）
4. 编译（make）
5. 安装到 output/target/ 目录
6. 生成文件系统镜像（rootfs.ext4/rootfs.squashfs 等）

5.3 Debian 构建流程

Debian 构建流程：
1. mk-base-debian.sh: 使用 debootstrap + live-build 创建基础 Debian 系统
2. mk-rootfs-bullseye.sh: 叠加 Rockchip 定制包（mpp、libmali、gstreamer 等）
3. mk-image.sh: 将根文件系统打包为 ext4 镜像 (linaro-rootfs.img)

6. 常见问题

6.1 Buildroot 编译下载失败

现象： Buildroot 编译时卡在下载软件包，提示超时或连接失败

解决方案：

# 配置 BR2_PRIMARY_SITE 使用国内镜像
BR2_PRIMARY_SITE="https://mirrors.ustc.edu.cn/buildroot"

# 或手动下载并放入 dl/ 目录

6.2 Debian 构建报 "noexec or nodev"

现象： Debian 构建时提示 Cannot install into target '.../chroot' mounted with noexec or nodev

解决方案：

mount -o remount,exec,dev /path/to/build/directory

6.3 Debian 根文件系统镜像过大

现象： 生成的 linaro-rootfs.img 超过 2GB

解决方案：

# 使用 minimal 变体
RELEASE=bullseye TARGET=minimal ARCH=arm64 ./mk-base-debian.sh

6.4 根文件系统无法挂载

现象： 内核启动后提示 VFS: Cannot open root device

解决方案：

# 确保内核配置包含以下选项
CONFIG_EXT4_FS=y
CONFIG_MMC_BLOCK=y

根文件系统构建

1. 概述

1.1 功能简介

1.2 应用场景

1.3 工作原理

2. 硬件准备

2.1 硬件清单

2.2 硬件确认

3. 软件准备

3.1 开发环境

3.2 依赖包安装

3.3 SDK 目录结构（根文件系统相关）

4. 操作步骤

4.1 Buildroot 根文件系统构建

4.1.1 完整编译

4.1.2 配置 Buildroot

4.1.3 选择软件包

4.1.4 使用配置片段

4.1.5 单独编译/重新编译软件包

4.1.6 自定义根文件系统

4.2 Debian 根文件系统构建

4.2.1 一键编译

4.2.2 分步构建

4.2.3 配置 Debian 镜像源

4.2.4 自定义 Debian 根文件系统

4.3 自定义根文件系统（手动制作）

4.3.1 使用 debootstrap 手动制作

4.3.2 使用 BusyBox 制作最小根文件系统

5. 代码详解

5.1 Buildroot 软件包定义

5.2 Buildroot 构建流程

5.3 Debian 构建流程

6. 常见问题

6.1 Buildroot 编译下载失败

6.2 Debian 构建报 "noexec or nodev"

6.3 Debian 根文件系统镜像过大

6.4 根文件系统无法挂载

相关文档