前期知识储备

1.1本项目介绍
（1）开发环境
主机：Dell xps13 9360 , 操作系统Windows 10, 64-bit , USB3.0接口
虚拟机：ubuntu-18.04.2-desktop-amd64，运行在VMware® Workstation 15 Pro ,版本15.0.2 build-10952284
（2）项目内容
参考《嵌入式系统原理与设计》（浙大出版社 王勇编著）完成的本书后面一个“从0开始构建自己的U盘Linux”的实验，里面步骤中的linux内核比较老，和新的会有出入。即：
不使用U盘Linux工具，而是在Ubuntu中从0开始，自己一步步构建一个U盘存储的Linux操作系统，可以加深自己对Linux的基本开发过程的了解，这是学习嵌入式的很好的一个方法。
以下内容主要分为：Linux及其相关内容简介、构建Linux的详细过程、遇到的问题和解决方法（详见从0开始构建自己的U盘Linux（二））。

如果是第一次接触Linux系统，比如我，建议先了解Linux的以下内容，在网上搜索，都有很详细的内容，这里就不详细列出来了。

• Linux 系统启动过程
  Linux启动时我们会看到许多启动信息。总体概括下来，其过程可以分为5个阶段：
  (1)内核的引导
  (2)运行 init ：init程序的类型——SysV、Upstart、Systemd
  (3)系统初始化
  (4)建立终端
  (5)用户登录系统
• Linux文件系统结构
• 分析源码目录
• .config文件
  一些配置项；
  make xx_defconfig和make menuconfig相配合 … 等等，例如make x86_64_defconfig
• 常用命令介绍
  第一次使用linux，对一些终端操作的命令不熟悉，可以在网上搜索相关的指令用法，在本实验中常用cd、vim/gedit、apt-get、tar、cp、make、touch（可新建文件夹）、fdisk、mkdir、mount等等

Linux内核源码下载

对于完全安装ubuntu的可以在/usr/src下找到linux源码，对于非完全安装（本人），需要手动下载源代码，有以下两种方式，我用过第二种和第三种：

A.在主机上从http://www.Linux.org官网下载，再拖到ubuntu中
B. ubuntu终端下载
apt-get install linux-source-4.18.0
C. 终端中访问服务端下载：
wget https://cdn.kernel.org/pub/linux/kernel/v4.x/linux-4.11.1.tar.xz

通过sudo -i 输入密码，进入root权限，再进行之后的操作。

1. 首先看一下自己的内核版本，如果不想下载和自己正在使用的内核匹配的版本，可以忽略这一步
   apt-cache search linux-source
   

2. 下载内核代码，在做本次实验中，我下载过好几个版本的Linux内核，后来用的是4.11.1
   apt-get install linux-source-4.18.0
   或者wget https://cdn.kernel.org/pub/linux/kernel/v4.x/linux-4.11.1.tar.xz

3. 在哪个目录下执行上面操作的，就到该目录下查看你已经下载好的源码，我在/home/pumpkin中

4. 解压源码，我选择解压到/home/pumpkin(用户名)下面：
   1）后缀.bz2的解压（tar相关操作可自行搜索）
   tar -jxv -f linux-source-4.18.0.tar.bz2 -c /home/pumpkin
   2）后缀.xz的解压
   xz -d linux-4.11.1.tar.xz
tar xvf linux-4.11.1.tar

等待其解压完成，现在可以到/home/pumpkin 目录下面进行查看：

Linux源码编译

1. menuconfig准备
   如果ubuntu安装时候没有选择全部安装，这个过程会遇到缺少很多包的问题，可能出现的错误：ncurses库没装、屏幕太小等等。所以建议一次性把可能需要的包在这里全部安装了：
   apt-get install libncurses5-dev libncursesw5-dev
apt-get install ncurses-devel
apt-get install bison -y
apt-get install flex
2. 配置内核
   .config决定了Make时的条件编译与连接。.config文件由两次配置，第一次make xxx_defconfig ，第二次menuconfig。自行百度linux内核、make xxx_defconfig作用等等，能够帮助我们理解之后的各个步骤。
   （1）make x86_64_defconfig
   输入：make x86_64_defconfig //64位元电脑
   make xxx_defconfig这一步其实是参考别人已经做好的，这样做有很多好处：减少很多工作量，避开了很多自己不懂的配置项（譬如对内存管理的、调度系统的等模块的配置项），我们只用管自己需要管的。
   最后只要出现：configuration written to .config这句话，就证明我们的操作是正确的。如果没有出现这句话，就有错误：
   
   （2）make menuconfig
   不进行上面一步，直接make menuconfig也是可以，完全自定义配置，以下开始配置，建议自己多了解了解各个配置项，我做的时候对其中一些也不太了解… 网上多搜索，https://blog.csdn.net/linpuliang/article/details/38317367 博主详细地讲了一些配置项，《嵌入式》书中也有讲，但是里面是比较老的linux内核，和新的有些不同
   （上图的 Enable loadable …：“除非你准备把所有需要的内容都编译到内核里，否则该项应该是必选的”)(即 可加载模块支持)
   为了实现U盘Linux，必选：
   ·Device Drivers -> Block devices 下的 loopback device support, RAMblock device support
   ·Device Drivers ->SCSI Support 下的 SCSI device support 下的SCSI disk Support、 SCSI low-level drivers —> Buslogic SCSI support
   · Device Drivers ->USB Support 下的Support for Host-side USB，Preliminary USB device filesystem ,USB Mass Storage support，xHCI HCD (USB 3.0) support（如果是电脑是USB2.0接口需要选2.0那个选项）
   
   ·File System -> ext3 // 文件系统的支持
   后面要在U盘上面建立Linux文件系统，我建的是ext3，把ext3的选上了，默认是没有选的，第一个second extended fs support是ext2文件系统，建议都选…
   
   上面也许有些你自己需要的功能，但是我没写出来的，建议把linux内核配置相关的选项了解之后自己再修改，我也是才入门，so
   （3）配置完成后 保存 退出
   （4）编译内核

   make dep // 寻找依存关系，由系统决定要编译哪些内容
   make clean // 清除以前编译内核时生成的中间文件(我以前没有编译过 所以不知道这一步的影响大小
   make bzImage  // 生成压缩的Linux内核文件，保存位置：你内核编译完成后 最后一行命令就是其位置
   
   

对于make dep命令的理解，如果你使用程序A（比如支持特殊设备），而A需用到B(比如B是A的一 个模块/子程序），而你在做make config的时候将一个设备的驱动 由内核支持改为module,或取消支持，这将可能影响到B的一个参数的设置，需重新编译B，重新编译或连接A…如果程序数量非常多， 你是很难手工完全做好此工作的。
慢慢等它完成编译即可

Busybox工具

（1）从BusyBox的官方网站下载BusyBox的源代码：
进入你想要下载busybox 的目录下面，我在主文件夹，即用户目录pumpkin的"下载"文件夹进行的这一步：

wget https://busybox.net/downloads/busybox-1.26.2.tar.bz2 

（2）将压缩文件放到/home/pumpkin/下载，注意/tmp是临时文件夹，在关机后里面的内容会丢失，所以尽量不要放到/tmp下面，此处选择放在用户目录下，可以再关机重启后继续使用。
（3）解压缩，可以在终端操作：

tar -jxvf busybox-1.26.2.tar.bz2
cd busybox-1.26.2/

也可以在这里直接在文件夹里面右键buzybox-1.30.0.tar.bz2解压到该目录下：

（4）配置Busybox，输入：

make defconfig  //使用默认配置，让busybox包含常用命令和工具
make menuconfig  //在上述基础上，自己更改配置

开始配置，需要和建议选择的有：
BusyBox Setting->Build Options->[ 选]Build Busybox as a static binary (no shared libs)
BusyBox Setting->Shells->chose your default shell(ash)：
BusyBox Setting->Installation Options->[*]Don’t use /usr（否则busybox会安装到ubuntu的/usr下，会覆盖原系统原有的命令）
BusyBox Setting->Shells->chose your default shell(ash)：
（5）编译和安装busybox:

make
make install

执行完后会产生_install/bin/ 和_install/sbin/后面会用到这些文件，ls一下会发现多了一个 _install 目录，里面是bin、sbin等，我们要用它来构建linux的根目录。bin下面是busybox支持的命令和工具，如果你希望的命令里面没有，就需要重新配置、编译Busybox让它支持

无盘构建根文件系统

这里没有直接在U盘中构建根目录，而是在虚拟机中构建一个根文件系统的镜像压缩，之后复制到U盘中。如果直接在U盘中构建，之后有什么错误需要格式化U盘，就没必要重新构建根文件系统，把压缩文件复制过去即可。
（1）在用户目录下新建rootfs，把_install目录中的内容复制进去，现在rootfs下已经有了bin、sbin目录
（2）一个完整linux系统还需要添加其他必要文件夹，进入/rootfs，输入：
mkdir usr proc mnt var tmp dev sys etc
（下图 和我的描述有两个不同，一是文件夹名字 rootfs 无所谓吧这个名字… 而是下图没有usr 这个文件夹也不是必须的 可能要做用户登录系统需要涉及这个吧）
（3）同时在rootfs下还必须要有一个init文件，这个init文件可以是一个可执行的二进制文件，也可以是一个shell脚本，或者是指向前面两者的链接。init文件会在linux内核初始化就绪后被执行。方便起见，我们就把init做成一个指向bin/sh的软连接，在rootfs下输入：
ln -s bin/sh init
（4）dev目录下还必须有几个必要的设备console,null,ram,tty,tty1,tty2，这些tty就是和用户交互的终端：
cd 进入/rootfs/dev，建立必须的设备节点文件，并授权，输入：
mknod tty c 5 0
mknod console c 5 1
mknod null c 1 3
mknod ram b 1 0
mknod tty1 c 4 1
mknod tty2 c 4 2
chmod 666 tty console null
chmod 666 tty1 tty2
chmod 600 ram
（5）制作压缩镜像，输入：
cd .. // 回到rootfs目录下
find . | cpio -H newc -o > ../rootfs.img // 返回 块数目：5157 块
cd .. //回到用户目录
gzip rootfs.img -f //压缩镜像

在U盘上构建Linux根文件系统

1. 前期准备——在U盘上建立Linux分区和ext3文件格式
   分区表：
   推荐使用DiskGenius软件，我是在win10系统下操作的。查看U盘的分区表格式，有些U盘是GUID格式的，如果不是MBR，建议转为MBR格式：
   
   硬盘分区格式为MBR格式，启动模式应该为Legacy：
   
   硬盘分区格式为GUID（GPT）格式，启动模式应该为UEFI：
   
   Linux分区和文件系统：
   对于建立Linux分区和ext2/ext3/ext4文件系统的更改都可以在DiskGenius中进行，比较直观，容易理解。
   1）分区->删除当前分区（这个会把U盘清空 我U盘没东西 随便删）
   2）分区->建立新分区->主磁盘分区->选择文件系统类型 ext3或者ext4均可，ext2/ext3/ext4有区别，可在网络上自行搜索了解。（图上是512MB 我设置了1G 看你内核大小？ 1G可能也算大了 -0-）
   我建立的是ext3文件系统：
   
   成功：
   

2. 把U盘挂载入文件系统，进行文件操作
   （1）把U盘拔出再重新插入物理机，一般vmware会弹出下图“检测到新的USB设备”，让你选择连接到的位置，如果没有这个过程中，以及U盘连接不了，在博客（二）有一些解决办法。
   
   如果没有弹出，可以在vmware右下角，点击U盘图标选择连接主机：
   
   （2）检查是否分区成功和连接成功
   fdisk -l
   返回的最后一行出现和刚才自己分区结果一样的U盘（1G，类型Linux），设备为 /dev/sdb1

（3）U盘挂载
mkdir /mnt/usb2 //新建一个usb文件夹 名字自行取无所谓
mount /dev/sdb1 /mnt/usb2 //然后把sdb1挂到usb2文件夹
（4）安装grub，显示最后一句话说明安装成功。这条命令会把grub安装到/dev/sdb中，即把grub的第一阶段（短于512字节的部分）放入/dev/sdb的第一扇区，并且把第二阶段要用到的各种文件放到当前目录（即/dev/sdb1分区承载的ext3文件系统）（更准确的说，是放在了/dev/sdb1/boot/grub下）

（5）把过去做好的bzImage和rootfs.img.gz复制到U盘的boot目录下

（6）配置grub.cfg

输入：（下图结尾的s是不小心打错的 不需要）

保存，退出
（7）卸载U盘，之后拔出U盘，即制作完成

测试

在虚拟机上测试。

1. 更改虚拟机bios 的boot让它从U盘启动
   （1）虚拟机设置->硬件 下方点击添加->硬盘->SCSI(推荐)
   
   ->使用物理硬盘
   ->drive0是主机的物理盘，不要选，一般都是drive1或drive2
   
   -> 进入bios
   
   ->设置虚拟机bios 的引导顺序，用“+/-”把boot中Hard Drive(0:1) 即U盘放到第一个（红色下划线）（还记得grub.cfg中 那个 “hd0,msdos1”？这两个有关的）
   
   8.2 成功启动
   
   启动，小企鹅的出现是内核配置了framebuffer的原因，然而出现了两个…？
   
   ·命令测试ls /cd /mkdir
   
   命令测试ping:
   

·列出/bin下面支持的操作：

构建U盘Linux

参考文章：https://blog.csdn.net/weixin_43124455/article/details/89667940

按照上文的步骤，已经可以在U盘构建一个Linux系统了。因此本文主要记录遇到的问题。

1. Unable to locate package

# 命令行输入以下命令后，重新下载
apt-get update
apt-get upgrade

2. U盘无法连接到虚拟机

问题 : U盘连接到虚拟机时，出现以下提示。

解决方法：将USB兼容性改为 3.1。

如果还是不能解决，尝试以下命令

sudo apt-get install exfat-utils

查看U盘分区：输入以下命令，查看最后一行

fdisk -l

3. can’t open /dev/tty3: No such file or directory

在参考文章中 无盘构建根文件系统 目录下。如果按照他给的命令输入。在最后运行的时候，会出现以下错误。

can't open /dev/tty3: No such file or directory
can't open /dev/tty4: No such file or directory

需要添加以下命令

mknod tty c 5 0
mknod console c 5 1
mknod null c 1 3
mknod ram b 1 0
mknod tty1 c 4 1
mknod tty2 c 4 2
mknod tty3 c 4 3   # 添加行
mknod tty4 c 4 4   # 添加行
chmod 666 tty console null
chmod 666 tty1 tty2 tty3 tty4   # 修改行
chmod 600 ram

4. 测试部分

测试部分是新创建一个虚拟机，U盘插在主机上，而不是虚拟机上。

其余部分跟着做就行了。出现以下画面时，回车。

当没有内容出现时，就可以输入命令了。