Compact Flash内に小さなオリジナル組み込みLinuxを作る。

Linuxの起動プロセスを理解し、システムをsourceからbuildする
手順を解説します。

目次:

  - Linuxのブートプロセスを知る
  - 1CF Linuxの仕様
  - Linux作りの概要
  - kernelのbuild    (次ページで解説)
  - userlandのbuild  (次ページで解説)
  - CFへの作り込み   (次ページで解説)


Linuxのブートプロセスを知る
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BIOS -> boot loader -> kernel --------------+-> /sbin/init -> login
                          |                 |
                        initrd -> /linuxrc -+

1) BIOS
   FDやHDの先頭セクタを読み実行します。

2) boot loader
   kernelとinitrd(root file systemが入った初期RAMDISK)を指定し、
   実行を移します。initrdが無い場合は通常のファイルシステムを利用します。

3a) kernel
   initrdが指定されていればマウントし、内部に含まれる/linuxrcに沿って
   処理を実行。その後/sbin/initを実行。

3b) initrd
   初期RAMDISK。kernelが起動時に利用するrootファイルシステムのイメージ。
   内容は通常のLinuxのrootファイルシステムをとても簡単化した小さなツリー。
   kernelが起動時にマウントし、shell scriptである/linuxrcファイルを
   実行。必要なデバイスドライバをロードし、終了まぎわに、利用するファイル
   システム(HD,NFS,CD-ROM,CF上)をマウントし、/sbin/initを実行に移す。

4) init
   inittabの内容にそって、Run Levelを決定し、各種デーモン起動などの
   処理を行う。

5) login
   consoleにloginプロンプトを出します


まとめ:

  起動プロセスを見ていくとLinuxは以下の3つの部分から成り立っていると気が付く。
  逆にこれらを準備できれば、Linuxが作れるはず。

  - Boot loader
    既存のオープンソースなものが使える
	 
  - kernel (+initrd)
    LinuxにははじめからKernelを作れる仕組みがある。   
   
  - user land (Linuxのカーネル以外の部分)
    今回発見した半自動的にuser landが生成できるツールを利用する。
	 
  実は案外簡単にオリジナル組み込みLinuxが作れるかも(^_^)

  さらに!
  Linuxの起動はinirdを利用する2段階bootにすることにより、HD以外(CD-ROM,
  NFS等)からのbootが簡単に行えるようになっているので、そのような応用も
  考えられる。そして、initrdの中に運用時のファイルシステムを構築してしま
  えば、RAMDISKだけで運用するシステムになる。


1CF Linuxの仕様
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- サイズが小さい
  通常のdistributionを利用すると100MB程度にはなってしまう。
  kernelもuser landもソースからコンパイルし、必要な機能だけを実現する。

- HDと同様の使用感
  RAMDISK運用にするとシステムのメンテナンスが面倒なので、まずはHDと同様に
  読み書きできる形でCFを利用する。

- CFの書込み制限対応
  CF上にswapファイルを作らない。
  /tmp,/varなど書き換えが多い場所はRAMDISK上に作る。
  ファイルのaccess time(atime)は更新しないようにする。

- クロスコンパイル環境不要
  Hightech社 MicroPCを題材とします。その他 CFつきIntel互換CPUを持った
  PCであれば同様に作業を行えます。クロスコンパイルを必要とせず、圧縮ファイル
  システムやRAMDISK上にシステムを持たない構成にすることにより、簡単にTry&Error
  作業が行えます。組み込みシステムづくりの導入としては最適です。


Linux作りの概要
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Linuxを構成する"Boot loader","kernel","user land"をそれぞれ準備し、
Compact Flash上に書き込む。CFからbootし起動するように/etc以下の準備、
CFの書き換え制限に対応するような変更を行う。

- Boot loader
  GRUBを使用。
  カーネルを入れ替えて行う試験が多いので、liloのように入れ替えたら再設定が
  必要な(inodeでカーネルの位置を理解しているので)ものは面倒。GRUBはファイ
  ルシステムを理解するので変更がいらない。

- Linux kernel
  Linuxの作業環境(RedHat,Debian GNU/Linux等)上で普通にソースからの
  コンパイルが可能。kernel.org から必要なバージョンのソースを入手しコン
  パイルを行う。ドライバ類はモジュール化しない。

- user land
  "BusyBox"を中心として各種コマンド類をbuild。それらルートファイルシステムを
  半自動的に生成する便利なツール"ptxdist"を利用。

  GRUB         (http://www.gnu.org/software/grub/)
  Linux Kernel (http://www.kernel.org/)
  ptxdist      (http://www.pengutronix.de/software/ptxdist_en.html)


開発環境:
  - PC メモリ適当、HD適当、Clock適当(当然多くて早い方が良いです)
    Eden/667MHz + 256MBメモリのPCにて、kernel+userlandコンパイル
    に5〜6時間かかります。
  - Linux(RedHat, Debian等)。gcc等の開発環境のインストレーションも必要。
  - Internet接続