Archlinux上Buildroot的基础使用
如何使用Buildroot为自己量身定制Rootfs
什么是Buildroot？好吃么？
Buildroot是一套用于构建定制化rootfs环境的工具集，可以通过简单步骤在嵌入式系统上快速构建rootfs环境用于应用部署。
为什么选择Buildroot？和发行版rootfs的区别是？
1. 架构支持广泛
大多数发行版rootfs只支持常见主流架构，不仅如此，发行版在架构支持方面本着兼容性原则，即便是支持的架构，最终依然会牺牲一部分性能（Hard Float，Architecture Specific的SIMD指令集支持等），Buildroot则可以自由选择工具链及编译参数，并且指定所需要的优化选项进行构建。
2. 体积小，工作稳定
发行版为了保证易用性，通常加入了大量功能与程序便于用户使用，同时为了开箱即用的特征，在网络配置等关键环节也会使用NetworkManager等高级工具进行管理，Init系统也大多使用Systemd，增大了系统的复杂程度，同时不可避免的要产生文件写入等操作，加速Flash等存储设备寿命损耗，降低设备使用年限。Buildroot则避免了上述种种问题，单一稳定的网络配置，可选的DHCP等组件，Busybox轻量级的初始化系统及CoreUtils，可以只读的文件系统支持都使得它对于小体积Flash，低写入寿命，长时间工作的嵌入式系统极其友好。
3. 定制程度高，配置简单
不需要使用包管理器，基于Kconfig的编译配置系统，软件支持也很齐全，只需要选择所需工具就可以构建上机即用的rootfs。
获取Buildroot及工具链
0. 了解硬件平台
为了构建出我们需要的可用的rootfs，我们首先需要了解我们的硬件平台。
本文来自之前为 LoRaWAN 网关设计平台的过程中，我们选用了全志V3s这款SoC，LQFP封装，内嵌512Mbit DDR2 SDRAM，单核Cortex-A7 w/ NEON+FPv4，很适合我们需要的场景使用。
1. 获取Buildroot
Buildroot的最新版本可以从 https://buildroot.org/download.html 下载tarball。
2. 获取工具链
Archlinux默认工具链及AUR提供的交叉工具链都是无法复制使用的，Buildroot在构建时会将工具链复制到工作目录执行，因此我们需要选择Portable的工具链二进制或者像我一样选择 The Hard Way - crosstool-NG编译工具链。
2.1 crosstool-NG的使用及工具链构建
crosstool-NG（以下简称 ct-ng ）是一个快速简易构建工具链的工具（没错够绕嘴的），可以用于完成以下几个主要步骤
- 构建 buildutils
- 构建 3-Stage Cross GCC 及对应的C Library
- 构建 Cross-GDB
2.1.1 ct-ng 获取及编译
部分发行版可能打包了crosstool-NG，Archlinux并没有打包，而且为了使用新版本工具链及配置，推荐跟随文档使用如下的编译安装方式。
首先我们需要从 https://crosstool-ng.github.io 获取最新版本的ct-ng（Git/Tarball），解压后进入项目目录，跟随 https://crosstool-ng.github.io/docs/install/ 的步骤，执行 bootstrap ，选择合适prefix，编译并安装（ make 与 make install 想必你们用得比我熟）。
现在我们可以使用 ct-ng 命令了，不过不要急着试试，因为这东西会在当前目录创建一些配置文件，所以我们要新建一个工作目录用于 ct-ng 保存配置及文件。
本次目录名叫 arm-linux-glibc ，字面意思：target 是 32-bit 的 ARM 处理器，操作系统 Linux ，C标准库使用GNU LibC实现，因为 AUR 中的工具链一样使用了 GlibC，方便日后交叉编译使用（但是其实可以完全一套工具链跑到黑）。
在工作目录中，运行 ct-ng list-samples 可以查看当前的所有sample列表，这里我们选用 arm-cortex_a15-linux-gnueabihf 作为我们的预设target，之后的步骤基于这个配置修改。选择这个配置的原因是，Cortex-A7与Cortex-A15都基于ARMv7-A，同时都使用FPv4浮点处理器和NEON SIMD指令。
运行 ct-ng arm-cortex_a15-linux-gnueabihf 配置当前工程， ct-ng nconfig 使用酷炫的 nurses 配置界面修改配置。
多数配置不需要更改，可以添加tarball cache以节约下载时间。
.config - crosstool-NG Configuration
┌── Paths and misc options ───────────────────────────────────────────────────────────────────────────────┐
│ │
│ *** crosstool-NG behavior *** │
│ [ ] Use obsolete features │
│ [ ] Try features marked as EXPERIMENTAL │
│ [ ] Debug crosstool-NG │
│ *** Paths *** │
│ (${HOME}/Softwares/Crosstool-NG/tarballs) Local tarballs directory │
│ [*] Save new tarballs │
│ [ ] Prefer buildroot-style layout of the downloads │
│ (${CT_TOP_DIR}/.build) Working directory │
│ (${CT_PREFIX:-${HOME}/x-tools}/${CT_HOST:+HOST-${CT_HOST}/}${CT_TARGET}) Prefix directory │
│ [*] Remove the prefix dir prior to building │
│ [*] Remove documentation │
│ [*] Install licenses │
│ [*] Render the toolchain read-only │
│ [*] Strip host toolchain executables │
│ [ ] Strip target toolchain executables │
│ *** Downloading *** │
│ Download agent (wget) ---> │
│ [ ] Forbid downloads │
│ [ ] Force downloads │
│ (10) Connection timeout │
│ (--passive-ftp --tries=3 -nc --progress=dot:binary) Extra options to wget │
│ [ ] Stop after downloading tarballs │
│ [ ] Use a mirror │
│ [*] Verify download digests (checksums) │
│ Digest algorithm (SHA-512) ---> │
│ [ ] Verify detached signatures │
│ │
│ │
└F1Help─F2SymInfo─F3Help 2─F4ShowAll─F5Back─F6Save─F7Load─F8SymSearch─F9Exit──────────────────────────────┘
一切准备就绪就可以运行ct-ng build，在x-tools就可以拿到我们的工具链了。
配置编译Buildroot
Buildroot的配置与Crosstool-NG类似，也使用了Kconfig及Kbuild。解压下载得到的tar包，进入目录运行make nconfig即可看到相似的配置界面。
┌── Target options ───────────────────────────────────────────────────────────────────────────────────────┐ │ │ │ Target Architecture (ARM (little endian)) ---> │ │ Target Binary Format (ELF) ---> │ │ Target Architecture Variant (cortex-A7) ---> │ │ Target ABI (EABIhf) ---> │ │ Floating point strategy (NEON/VFPv4) ---> │ │ ARM instruction set (ARM) ---> │ │ │ │ │ │ │ │ │ │ │ │ │ │ │ │ │ │ │ │ │ │ │ │ │ │ │ │ │ │ │ │ │ │ │ │ │ │ │ │ │ │ │ │ │ │ │ └F1Help─F2SymInfo─F3Help 2─F4ShowAll─F5Back─F6Save─F7Load─F8SymSearch─F9Exit──────────────────────────────┘
我们在Target Options中选择我们CPU的类型，Cortex-A7，硬浮点，NEON/VFPv4。
┌── Toolchain ────────────────────────────────────────────────────────────────────────────────────────────┐ │ │ │ Toolchain type (External toolchain) ---> │ │ *** Toolchain External Options *** │ │ Toolchain (Custom toolchain) ---> │ │ Toolchain origin (Pre-installed toolchain) ---> │ │ (/home/imi415/Softwares/Crosstool-NG/arm-cortex_a15-linux-gnueabihf/arm-cortex_a15-linux-gnueabi │ │ (arm-cortex_a15-linux-gnueabihf) Toolchain prefix │ │ External toolchain gcc version (9.x) ---> │ │ External toolchain kernel headers series (5.4.x or later) ---> │ │ External toolchain C library (glibc/eglibc) ---> │ │ [*] Toolchain has SSP support? │ │ [*] Toolchain has RPC support? │ │ [*] Toolchain has C++ support? │ │ [ ] Toolchain has D support? │ │ [ ] Toolchain has Fortran support? │ │ [ ] Toolchain has OpenMP support? │ │ [ ] Copy gdb server to the Target │ │ *** Host GDB Options *** │ │ [ ] Build cross gdb for the host │ │ *** Toolchain Generic Options *** │ │ [ ] Copy gconv libraries │ │ () Extra toolchain libraries to be copied to target │ │ [*] Enable MMU support │ │ () Target Optimizations │ │ () Target linker options │ │ [ ] Register toolchain within Eclipse Buildroot plug-in │ │ │ │ │ │ │ │ │ └F1Help─F2SymInfo─F3Help 2─F4ShowAll─F5Back─F6Save─F7Load─F8SymSearch─F9Exit──────────────────────────────┘
在工具链配置中指定我们之前编译的工具链路径，下面相关的参数如果和实际不符的话Buildroot会提示我们修改。
默认配置使用Busybox作为初始化系统及核心组件，其余配置可自行摸索。
配置结束后可以执行 make 启动编译，Buildroot会自动下载所需组件，最后生成的rootfs则位于 output/images/rootfs.tar 中。
上电运行
使用生成的rootfs及另外编译的内核，系统即可启动。
[ 1.255069] VFS: Mounted root (ext4 filesystem) on device 179:2. [ 1.263416] devtmpfs: mounted [ 1.267895] Freeing unused kernel memory: 1024K [ 1.272748] Run /sbin/init as init process [ 1.415171] EXT4-fs (mmcblk0p2): re-mounted. Opts: (null) Starting syslogd: OK Starting klogd: OK Running sysctl: OK Initializing random number generator: OK Saving random seed: [ 1.654797] random: dd: uninitialized urandom read (512 bytes read) OK Starting network: OK Welcome to Buildroot buildroot login: