实战 RK3568 Ubuntu 22.04 根文件系统rootfs制作与定制

根文件系统是Linux内核启动时挂载的第一个文件系统，系统引导程序会从中加载初始化脚本和服务到内存中运行。内核与文件系统是两个完全独立的部分。

Debian目录结构

参考RK官方的Debian源码目录，其主要结构如下：

目录	作用
overlay	适配Rockchip平台的共性配置文件
overlay-debug	系统常用的调试工具
overlay-firmware	设备固件存放，如npu、dp等
packages	包含armhf、arm64系统适配硬加速使用的预编译包
packages-patches	基于官方包打上的补丁
ubuntu-build-service	从官方获取Debian发行版、依赖包和定制安装包
mk-base-debian.sh	获取Debian基础包并进行编译
mk-image.sh	打包生成ext4格式的固件
mk-rootfs-buster/bullseye.sh	适配Rockchip相关硬件加速包
mk-rootfs.sh	指向具体的Rootfs版本（如Buster、Bullseye）
readme.md	文档指引

构建文件系统流程

分析开源项目（如 https://github.com/LubanCat/ubuntu22.04）可知，其构建流程通常包括以下步骤：

• 下载对应的Ubuntu base文件
• 拷贝DNS配置文件
• 下载aarch64架构的ubuntu-base，并拷贝 qemu-aarch64-static 到 ubuntu/usr/bin
• 替换为国内镜像源以加速
• 进入ubuntu的根文件系统环境
• 执行基础的 update 和 upgrade
• 根据需求（桌面版或精简版）安装桌面组件及相关软件
• 安装网络、Python等常用工具
• 下载并设置语言包
• 安装Python的pip库
• 创建用户（如用户cat，密码cat）
• 配置串口root登录，设置主机名
• 设置localtime时区
• 修改系统服务的超时等待时间
• 禁用无线相关服务（如wpa_supplicant, nl80211）
• 减少systemd的日志输出
• 配置sudo组用户无需密码验证

添加预装软件包

若想在制作根文件系统时预装软件（如git和vim），可以在构建脚本（如mk-lite/desktop-rootfs.sh）中添加相应命令。在定义了安装变量 export APT_INSTALL="apt-get install -fy --allow-downgrades" 之后，添加如下内容：

echo -e "\033[47;36m ---------- LubanCat -------- \033[0m"
${APT_INSTALL} git vim

添加外设固件

如需支持无线网卡等外设，需要将对应的固件文件添加到根文件系统中。通常将固件存放在overlay-firmware目录下，并按照固件在根文件系统中的实际路径进行保存即可。

添加服务项及配置文件

如果想对系统服务配置进行自定义，可以在overlay/目录下添加或覆盖配置文件。在制作根文件系统时，这些文件会被整合进去。

例如，要自定义网络配置工具netplan，可以在overlay/etc/netplan/目录下新建文件01-network-manager-all.yaml，并添加如下内容：

network:
  renderer: NetworkManager
  ethernets:
    eth0:
      dhcp4: true
    eth1:
      dhcp4: true

此配置将网络渲染器设为NetworkManager，并为eth0和eth1网卡开启DHCP。添加配置文件后重新构建并烧录系统，即可生效。

添加RK overlay层并打包镜像

最后，在构建脚本中选择对应的CPU型号和所需的根文件系统版本，将RK平台的适配层（overlay）加入，并打包生成最终的ubuntu-rootfs镜像。

分区空间配置

parameter.txt配置

分区信息在parameter.txt中定义，格式为size@sector(partition_name)，单位是扇区（Sector， 512字节）。例如：

• 0x00002000 = 8192 扇区 = 4MB
• 0x00008000 = 32768 扇区 = 16MB
• 0x0000C000 = 49152 扇区 = 24MB
• 0x00c00000 = 12582912 扇区 ≈ 6GB

一个典型的分区配置如下：

CMDLINE: mtdparts=:
0x00002000@0x00004000(uboot),     address : 0x00004000  size : 4M
0x00002000@0x00006000(misc),      address : 0x00006000  size : 4M
0x00020000@0x00008000(boot),      address : 0x00008000  size : 64M
0x00040000@0x00028000(recovery),  address : 0x00028000  size : 128M
0x00010000@0x00068000(backup),    address : 0x00068000  size : 32M
0x00c00000@0x00078000(rootfs),    address : 0x00078000  size : 6G
0x00040000@0x00c78000(oem),       address : 0x00c78000  size : 128M
-@0x00cb8000(userdata:grow)       address : 0x00cb8000  size : 用户数据余下空间

图：RK平台的典型分区布局

对系统分区进行扩容

如果觉得默认的rootfs分区（如6GB）不够用，可以修改parameter.txt进行扩容。例如，需要扩容到55GB：

1. 计算所需扇区数：55 GB × 1024 × 1024 × 1024 ÷ 512 = 115343360 扇区
2. 转换为十六进制：115343360 (十进制) = 0x6E00000 (十六进制)

然后将配置中rootfs行修改为：

0x06E00000@0x00078000(rootfs),    address : 0x00078000  size : 55G

其他分区（如oem, userdata）的起始地址也需要相应顺延计算。

图：分区扩容前后使用df -h命令查看的空间对比

手动打包文件系统教程

下载并解压Ubuntu Base镜像

从Ubuntu官网下载Base镜像（如20.04.5 LTS），并解压到指定目录。

# 创建一个文件夹存放根文件系统
mkdir ubuntu_rootfs
# 解压到当前文件夹
tar -xzvf ubuntu-base-20.04.5-base-arm64.tar.gz -C ./ubuntu_rootfs/

配置根文件系统基础环境

配置网络DNS和镜像源：

# 拷贝本机的DNS配置（注意版本兼容性）
cp /etc/resolv.conf ubuntu_rootfs/etc/resolv.conf
# 更换为国内镜像源（如阿里云）
sudo vim ubuntu_rootfs/etc/apt/sources.list

Ubuntu 20.04 (Focal) 镜像源示例：

deb http://mirrors.aliyun.com/ubuntu-ports/ focal main restricted universe multiverse
deb http://mirrors.aliyun.com/ubuntu-ports/ focal-updates main restricted universe multiverse
deb http://mirrors.aliyun.com/ubuntu-ports/ focal-backports main restricted universe multiverse
deb http://mirrors.aliyun.com/ubuntu-ports/ focal-security main restricted universe multiverse

对于Ubuntu 22.04，可使用自动化脚本更换源：wget http://fishros.com/install -O fishros && . fishros。

配置ARM仿真环境：
为了使宿主机能够运行ARM架构的程序，需要安装并配置qemu-user-static。

# 1. 安装qemu-user-static仿真器
sudo apt install qemu-user-static
# 2. 拷贝qemu-aarch64-static到根文件系统内
sudo cp /usr/bin/qemu-aarch64-static ./ubuntu_rootfs/usr/bin/

挂载文件系统并安装软件

使用一个挂载脚本方便地chroot进入根文件系统环境进行配置。

挂载脚本 mount.sh：

#!/bin/bash
function mnt() {
    echo "MOUNTING"
    sudo mount -t proc /proc ${2}proc
    sudo mount -t sysfs /sys ${2}sys
    sudo mount -o bind /dev ${2}dev
    sudo mount -o bind /dev/pts ${2}dev/pts
    sudo chroot ${2}
}
function umnt() {
    echo "UNMOUNTING"
    sudo umount ${2}proc
    sudo umount ${2}sys
    sudo umount ${2}dev/pts
    sudo umount ${2}dev
}
if [ "$1" == "-m" ] && [ -n "$2" ];
then
        mnt $1 $2
elif [ "$1" == "-u" ] && [ -n "$2" ];
then
        umnt $1 $2
else
        echo ""
        echo "Either 1'st, 2'nd or both parameters were missing"
        echo ""
        echo "1'st parameter can be one of these: -m(mount) OR -u(umount)"
        echo "2'nd parameter is the full path of rootfs directory(with tralling '/')"
        echo ""
        echo "For example: ch-mount -m /media/sdcard"
        echo ""
        echo 1st parameter : ${1}
        echo 2nd parameter : $[2]
fi

使用脚本挂载并进入根文件系统：

# 增加脚本执行权限
sudo chmod +x mount.sh
# 挂载根文件系统（将进入chroot环境）
./mount.sh -m ubuntu_rootfs/

进入chroot环境后，可以执行以下命令验证和配置系统。

# 查看当前Ubuntu版本信息
cat /etc/lsb-release

图：在chroot环境中查看系统版本信息

安装必要软件和配置系统：

# 更新软件列表并升级
apt update
apt upgrade
# 安装基础工具集
apt install vim bash-completion net-tools iputils-ping ifupdown ethtool ssh rsync udev htop rsyslog nfs-common language-pack-en-base sudo psmisc
# 安装adb工具（如需）
apt-get install android-tools-adb

# 配置系统时区和语言
apt install locales tzdata
# 选择时区，例如 Asia/Shanghai
dpkg-reconfigure tzdata
# 配置语言环境，勾选 en_US.UTF-8 和 zh_CN.UTF-8
dpkg-reconfigure locales

# 安装桌面环境（可选，根据需求）
# 安装完整Ubuntu桌面
apt install ubuntu-desktop
# 或安装更轻量的XFCE桌面
apt install xfce4 xfce4-goodies

# 设置主机名
echo "ubuntu" > /etc/hostname
# 设置主机解析
echo "127.0.0.1 localhost" >> /etc/hosts
echo "127.0.0.1 ubuntu" >> /etc/hosts

优化系统服务配置：

• 修改网络服务超时，加快启动速度：

  vim /lib/systemd/system/networking.service
  # 将 TimeoutStartSec=5min 修改为 TimeoutStartSec=5sec

  
  图：修改systemd网络服务的启动超时参数

• 配置串口自动以root登录：

  sed -i '/^ExecStart=/c\ExecStart=-/sbin/agetty --autologin root --noclear %I $TERM' /lib/systemd/system/serial-getty@.service

  
  图：修改串口getty服务的systemd配置

• 禁用系统休眠：

  systemctl mask sleep.target suspend.target hibernate.target hybrid-sleep.target

• 配置DHCP网络（传统ifupdown方式）：

  vim /etc/network/interfaces
  # 添加以下内容
  auto eth0
  iface eth0 inet dhcp
  auto eth1
  iface eth1 inet dhcp

• 修改系统默认重启等待时间：

  vim /etc/systemd/system.conf
  # 取消以下行的注释并调整时间
  # DefaultTimeoutStartSec=90s
  # DefaultTimeoutStopSec=90s

集成RK平台特定依赖

需要将RK SDK中external目录下适配的驱动、固件和配置文件（如overlay目录内容）复制到正在构建的根文件系统对应位置。

关于图形显示：
RK平台的GPU驱动与Ubuntu GNOME桌面可能存在兼容性问题，可能导致窗口阴影异常或Chrome浏览器视频卡顿。如果遇到此类问题，可考虑使用XFCE等轻量桌面。在Chrome地址栏输入 chrome://gpu 可查看GPU加速状态。

ADB调试配置：
若需开启ADB，可参考以下步骤：

1. 在构建文件系统时启用debug选项，确保安装ADB相关包。
2. 修改脚本文件 overlay/etc/init.d/rockchip.sh 中引用的配置，将 overlay/etc/init.d/.usb_config 文件内容设置为 usb_adb_en。

   if [ $(cat /etc/init.d/.usb_config) != "usb_adb_en" ]; then
       #usb configfs reset
       echo run /usr/bin/usbdevice restart
       /usr/bin/usbdevice restart
   fi

   
   图：修改.usb_config文件以启用ADB功能

自动登录设置：
修改 overlay/etc/gdm3/custom.conf 或对应显示管理器的配置文件，设置自动登录的用户名。

处理启动报错：
若启动时出现 rkaip_3A_server assert failure 错误，这是RK的摄像头ISP服务报错。如果不使用摄像头，可以尝试关闭或卸载相关服务。

完成制作并打包

配置完成后，退出chroot环境并卸载目录。

# 退出chroot环境
exit
# 卸载根文件系统
./mount.sh -u ubuntu_rootfs/

打包为EXT4镜像文件：

# 1. 创建一个空的镜像文件，大小根据实际需要（无桌面2-4G，有桌面6G以上）
dd if=/dev/zero of=ubuntu_rootfs.img bs=1M count=6144  # 例如创建6G镜像
# 2. 格式化为ext4文件系统
mkfs.ext4 ubuntu_rootfs.img

# 3. 挂载此空镜像，并将准备好的根文件系统内容复制进去
mkdir ubuntu_base_rootfs
chmod 777 ubuntu_base_rootfs
mount ubuntu_rootfs.img ubuntu_base_rootfs
cp -rfp ubuntu_rootfs/* ubuntu_base_rootfs/

# 4. 卸载、检查并压缩镜像体积
umount ubuntu_base_rootfs/
e2fsck -p -f ubuntu_rootfs.img
resize2fs -M ubuntu_rootfs.img

烧录到开发板

使用瑞芯微提供的烧录工具（如RKDevTool）将打包好的ubuntu_rootfs.img烧录到开发板的对应分区（通常是rootfs分区）。

图：使用RKDevTool加载并烧录rootfs镜像文件

首次启动与分区扩容

镜像烧录后，其rootfs分区可能只占用了参数文件中定义大小的一部分。首次启动后，需要使用 resize2fs 命令将该分区扩展到参数定义的完整大小。

# 假设rootfs对应设备节点为 /dev/mmcblk0p6
resize2fs /dev/mmcblk0p6

图：使用resize2fs命令将rootfs分区扩展到完整大小

如果烧录后文件系统未自动扩展，可能需要将resize2fs命令添加到启动脚本中自动执行。

常见问题与解决

• /bin/bash 解释器错误：在宿主机模拟构建时，确保已安装 qemu-user-static 和 qemu-user-binfmt。

  sudo apt install qemu-user-binfmt qemu-user-static -y

• XFCE桌面关闭休眠与锁屏：需要同时关闭屏保、禁止锁屏并在电源管理中禁用休眠。
• 窗口阴影问题：GNOME桌面与RK Mali GPU驱动可能存在兼容性问题，可尝试更换桌面环境或调整/关闭合成器阴影设置。

通过以上步骤，你可以完成一个为RK平台定制的Ubuntu根文件系统。如果在网络配置或操作系统底层服务方面有更深入的需求，可以参考 云栈社区 网络与系统板块的讨论。关于内核与计算机系统基础原理的探讨，也可以在 云栈社区 的计算机基础板块找到更多资源。

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