本文介绍在 Linux 系统中使用 RAM Disk 作为根文件系统的基本过程，包括 U-Boot 阶段的加载与配置、内核对 RAM Disk 的处理及挂载过程。
linux使用RAM_DISK根文件系统基本过程
以下只是讲述了内存文件系统从uboot到内核、最终挂载到根目录的一个基本流程，至于每个环节的细节，尚未深究，有兴趣的可以再深入学习一下。
一、 内存文件系统
1、 分类
ramdisk、ramfs、tmpfs
2、 ramdik
先格式化（格式化成相应的文件系统）再挂载，大小固定，之后不能随便更改。基于虚拟在内存中的其他文件系统，例如：
mke2fs/dev/ram0; mount /dev/ram0 /mnt/mtd
3、 ramfs
内存文件系统，处于虚拟文件系统（VFS）层，无需格式化，可以创建多个，只要内存足够，在创建时可以执行最大能使用的内存大小，针对物理内存。例如：
mount –tramfs /dev/mem /mnt/mtd or
mount –tramfs none /mnt/mtd –o maxsize=2000(kbyte为单位)
4、 tmpfs
虚拟内存文件系统，可以使用物理内存，也可以使用交换分区
二、 基本原理
Flash的mtdblock1存放根文件系统的相关文件，包括uImage、cramfs.initrd.img等。uboot启动后会将uImage和cramfs.initrd.img加载到内存的相应地址，然后uboot引导内核启动。内核启动根据cramfs.initrd.img存放地址将其挂载到根目录下，因此我们进入shell所看见的根目录就是对应的内存文件系统内容。挂载成功之后，就可以将mtdblock1的其他目录文件挂载到内存文件系统下，进行文件方式访问、操作等。
三、 Uboot阶段加载initrd.img
1、加载uImage和initrd.img文件到系统内存
在加载uImage的地方添加加载内存根文件系统cramfs.initrd.img文件，两个文件的地址不能重叠，另外不要存放在内核启动的地址0x80008000。这里分别存放在0x82000000和0x81000000的地方，代码如下：
int do_fsload(cmd_tbl_t*cmdtp, int flag, int argc, char *argv[])
{
…
size = squashfs_fload((char *) offset, part,filename); ^M
#ifdefCONFIG_HI3531_V100
size = squashfs_fload((char *)CONFIG_INITRDRAMFS_LOAD_ADDR, part, "/boot/cramfs.initrd.img");
#endif
…
}
2、修改bootargs为内存根文件系统
#define BOOTARGS_3531_V100 "mem=245M,console=ttyAMA0,115200 rootfstype=squashfs " "root=/dev/ram"
3、启动内核bootm
启动内核使用如下命令：bootm 0x82000000 0x81000000。跟随两个参数，第一个为uImage加载的起始地址，第二个参数为cramfs.initrd.img的起始地址，两个参数顺序不能反，这个bootm命令实现决定，具体分析见后面。
（1）启动内核do_bootm源码解析
intdo_bootm (cmd_tbl_t *cmdtp, int flag, int argc, char *argv[])
{
….
if (bootm_start(cmdtp,flag, argc, argv)) //获取uImage和initrd.img的镜像文件头
return 1;
…
ret = bootm_load_os(images.os,&load_end, 1); //解压uImage，此处不讲解
…
boot_fn = boot_os[images.os.os];= do_bootm_linux //调用内核最终启动函数，见后面讲解
….
boot_fn(0, argc, argv, &images); //此处成功的情况下不会执行reset
do_reset (cmdtp, flag, argc, argv);
}
（2）获取镜像头bootm_start源码解析
staticint bootm_start(cmd_tbl_t *cmdtp, int flag, int argc, char *argv[])
{
memset ((void *)&images, 0, sizeof(images)); //对images头文件进行初始化
…
os_hdr = boot_get_kernel (cmdtp, flag,argc, argv,&images, &images.os.image_start, &images.os.image_len); //获取内核镜像头，主要是获取起始地址和内核数据长度
….
switch(genimg_get_format (os_hdr)) { //获取image的相关信息
case IMAGE_FORMAT_LEGACY:
images.os.type= image_get_type (os_hdr);
images.os.comp = image_get_comp(os_hdr);
images.os.os = image_get_os (os_hdr);
images.os.end = image_get_image_end(os_hdr);
images.os.load = image_get_load(os_hdr);
break;
…
ret = boot_get_ramdisk (argc, argv, &images,IH_INITRD_ARCH, &images.rd_start, &images.rd_end); //获取initrd的起始结束地址
….
}
（3）启动内核do_bootm_linux
将initrd的相关参数加入内核参数列表传递给内核。
int do_bootm_linux(intflag, int argc, char *argv[], bootm_headers_t *images)
{
…
#ifdefined (CONFIG_SETUP_MEMORY_TAGS) || \
defined (CONFIG_CMDLINE_TAG) || \
defined (CONFIG_INITRD_TAG) || \
defined (CONFIG_SERIAL_TAG) || \
defined (CONFIG_REVISION_TAG)
setup_start_tag (bd); //初始化boot参数bd->bi_boot_params;
…
#ifdefCONFIG_INITRD_TAG //将initrd的相关参数加入参数列表，具体实现见后面
if (images->rd_start &&images->rd_end)
setup_initrd_tag(bd, images->rd_start, images->rd_end);
#endif
…
setup_end_tag (bd);
#endif
…
theKernel (0, machid,bd->bi_boot_params); //进入kernel阶段
}
static void setup_initrd_tag (bd_t *bd, ulong initrd_start, ulonginitrd_end)
{
params->hdr.tag = ATAG_INITRD2; //内核使用initrd2相关函数解析该tag，见内核阶段
params->hdr.size = tag_size(tag_initrd);
params->u.initrd.start = initrd_start;//initrd的起始地址
params->u.initrd.size = initrd_end -initrd_start; //initrd的长度
params = tag_next (params);
}
4、kernel各个镜像地址（hi3536为例）
Images.os的各个信息：
start:0x42000000
end:0x42252000
image_start:0x42000040
image_len:0x251fc0,
load:0x40008000
load_end= load + image_len
comp:0x0： IH_COMP_NONE
type:0x2 ：IH_TYPE_KERNEL
os:0x5 ：IH_OS_LINUX
imagesep:0x40008000
rd_start:0x41000040
rd_end:0x4115c040
*p_virtaddr++= 0xe51ff004; /* ldr pc, [pc, #-4] */ 该地址为功能PC对应的指令代码
*p_virtaddr++= jump_addr; /* pc jump phy address */
四、 Kernel阶段处理initrd.img
1、获取initrd.img的相关参数
进入内核后，获取uboot传递过来的initrd.img参数的调用流程如下：
start_kernel()—> setup_arch() —> setup_machine_tags()，该函数会对uboot传递进来的所有tags进行解析：
if(tags->hdr.tag == ATAG_CORE)
{
if (meminfo.nr_banks != 0)
squash_mem_tags(tags);
save_atags(tags);
parse_tags(tags);
}
其中函数parse_tag_initrd2就是解析内存文件系统的参数：获取内存文件系统的内存地址和长度，这个可以和前面的uboot对应起来：
staticint __init parse_tag_initrd2(const struct tag *tag)
{
//dump_stack();
phys_initrd_start = tag->u.initrd.start;
phys_initrd_size = tag->u.initrd.size;
return 0;
}
2、内存文件系统占用的内存处理
调用流程如下：start_kernel()—> setup_arch() —> arm_memblock_init()，该函数会对上面获取到的内存文件系统占用内存进行处理：
#ifdefCONFIG_BLK_DEV_INITRD
if (phys_initrd_size &&!memblock_is_region_memory(phys_initrd_start,phys_initrd_size)) {
phys_initrd_start = phys_initrd_size =0;
}
if (phys_initrd_size &&memblock_is_region_reserved(phys_initrd_start,phys_initrd_size)) {
phys_initrd_start = phys_initrd_size =0;
}
if (phys_initrd_size) {
memblock_reserve(phys_initrd_start,phys_initrd_size);
/* Now convert initrd to virtual addresses*/
initrd_start= __phys_to_virt(phys_initrd_start);
initrd_end= initrd_start + phys_initrd_size;
}
#endif
其中initrd_start和initrd_end为ramfs占用的虚拟内存起始和结束地址。
3、各种init调用顺序
在讲内存文件系统挂载之前，先讲一下各种initcall。arch/arm/kernel/vmlinux.lds文件规定了各个initcall的存放段：
__tagtable_begin = .;
*(.taglist.init)
__tagtable_end = .;
__pv_table_begin = .;
*(.pv_table)
__pv_table_end = .;
. = ALIGN(16); __setup_start = .;*(.init.setup) __setup_end = .;
__initcall_start= .; *(.initcallearly.init) __early_initcall_end= .; *(.initcall0.init) *(.initcall0s.init) *(.initcall1.init)*(.initcall1s.init) *(.initcall2.init) *(.initcall2s.init) *(.initcall3.init)*(.initcall3s.init) *(.initcall4.init) * (.initcall4s.init) *(.initcall5.init)*(.initcall5s.init) *(.initcallrootfs.init)*(.initcall6.init) *(.initcall6s.init) *(. initcall7.init) *(.initcall7s.init) __initcall_end = .;
__con_initcall_start = .;*(.con_initcall.init) __con_initcall_end = .;
__security_initcall_start = .; *(.security_initcall.init)__security_initcall_end = .;
. = ALIGN(4); __initramfs_start = .;*(.init.ramfs) . = ALIGN(8); *(.init.ramfs.info)
__init_begin = _stext;
*(.init.data) *(.cpuinit.data)*(.meminit.data) *(.init.rodata) *(.cpuinit.rodata) *(.meminit.rodata) . =ALIGN(32); __dtb_start = .;*(.dtb.init.rodata) __dtb_end = .;
}
上面列出了tags、setup、initcall所占的各个字段，同时说明了各个初始化顺序（即优先级），(.initcallrootfs.init)为根文件系统的初始化优先级，比较靠后。
4、内核对内存文件系统初始化
调用流程：start_kernel()—> rest_init () ，该函数创建kernel_init，该线程对上面所有注册的initcall按照顺序进行初始化。
下面对线程kernel_init相关的函数进行说明：
（1）initcallearly初始化
由函数do_pre_smp_initcalls实现，具体如下：
staticvoid __init do_pre_smp_initcalls(void)
{
initcall_t *fn;
for (fn = __initcall_start;fn < __early_initcall_end; fn++)
do_one_initcall(*fn);
}
上述蓝色地址见上面vmlinux.lds
（2）其他initcall初始化
do_basic_setup()—>do_initcalls()（do_basic_setup函数里还完成驱动等的初始化），该函数具体实现如下：
staticvoid __init do_initcalls(void)
{
initcall_t *fn;
for (fn = __early_initcall_end;fn < __initcall_end; fn++)
do_one_initcall(*fn);
}
这个函数会调用initcallroofs根文件系统的初始化函数populate_rootfs()
（3）初始化根文件系统populate_rootfs()（细节未深入）
该函数先判断initrd_start值为非0，然后将内存文件系统数据写入文件/initrd.image：
fd =sys_open((const char __user __force *) "/initrd.image",O_WRONLY|O_CREAT,0700);
if (fd>= 0) {
sys_write(fd, (char *)initrd_start,initrd_end - initrd_start);
sys_close(fd);
free_initrd();
}
5、内存文件系统挂载/目录
kernel_init()—>prepare_namespace()，该函数完成根目录挂载：
void__init prepare_namespace(void)
{
….
if (initrd_load())
goto out;
….
mount_root();
out:
devtmpfs_mount("dev");
sys_mount(".", "/",NULL, MS_MOVE, NULL);
sys_chroot((const char __user __force*)".");
}
上面代码末尾就是挂载文件系统到根目录，initrd_load()就是加载内存文件系统。
（2）initrd_load()实现
int__init initrd_load(void)
{
printk("*** mount_initrd:=%d\n",mount_initrd);
if (mount_initrd) {
create_dev("/dev/ram",Root_RAM0);
if (rd_load_image("/initrd.image") && ROOT_DEV != Root_RAM0){
sys_unlink("/initrd.image");
handle_initrd();
return 1;
}
}
sys_unlink("/initrd.image");
return 0;
}
将内存文件系统数据加载到/dev/ram以便后续挂在到根目录下。
五、linux使用RAM_DISK根文件系统使用方法
注下面以hi3531+3532平台为例，进行简单讲解，如有遗漏请帮忙补充
1、uboot修改
（1）bootargs修改
#defineBOOTARGS_3531_V100 "mem=135M@0x80000000 mem=135M@0xc0000000,console=ttyAMA0,115200 rootfstype=squashfs" \
"root=/dev/ram"
rootfstype以打包时使用的压缩方式为准；使用内存文件建系统，所以root不再是flash的mtdblock分区而是内存设备
（2）fsload修改
加载/boot/uImage之后，还需要将cramfs.initrd.img加载到指定的位置，注意uImage和cramfs加载空间不能重叠，且不要将cramfs加载到uImage启动地址。
if(squashfs_check(part))
{
size = squashfs_fload((char *) offset, part,filename); //加载uImage
printf("### %s loading '%s' to 0x%lx\n",fsname, "/boot/cramfs.initrd.img",\
offset-0x1000000);
size = squashfs_fload((char *)(offset -0x1000000), part, "/boot/cramfs.initrd.img"); //加载cramfs.initrd.img
}
（3）bootm修改
修改bootm—> bootm 0x82000000 0x8100000：当没有参数时bootm只解析uImage；第一个参数为内核加载的地址，第二参数为cramfs加载的地址，顺序不能反。
2、kernel修改
内核配置添加对initrd的支持：
Generalsetup --->
[*] Initial RAM filesystem and RAMdisk (initramfs/initrd) support
() Initramfs source file(s)
[*] Support initial ramdisks compressed usinggzip
[ ] Support initial ramdisks compressed usingbzip2
[*] Support initial ramdisks compressed usingLZMA
[ ] Support initial ramdisks compressed using XZ
[ ] Support initial ramdisks compressed usingLZO
DeviceDrivers --->
[*] Block devices --->
<*>RAM block devicesupport
(16) Default number of RAM disks
(4096) Default RAM disk size (kbytes)
3、打包环境修改
（1）打包目录修改
新增一个ramfs目录用于生成ramfs.initrd.img，该目录类似原来的romfs但是只保留了根文件系统所需的基本要素（节省内存），而占大内存和flash的Challenge.7z、lib.7z、usr目录等内容仍然保留在romfs目录。
调整后romfs值保留了几个目录，如下所示：
/boot:
cramfs.initrd.img uImage ： 主从共用的内存文件系统、主片kernel
/slave:
u-boot.bin uImage ：如果没有从片，该目录可以节省；从片的uboot/kernel
/usr:
/bin /data /etc /lib /sbin ：用户所需：challenge.7z lib.7z 图片 字库等内容
（2）打包工具修改
$TOOL_DIR/mkimage-A arm -O linux -T ramdisk -a 0x0 \
-e0x83000000 -n "initrd in cramfs" -d $TMP_DIR/$TMP_FILE_RAM $TARGET_DIR/cramfs.initrd.img
cp$TARGET_DIR/cramfs.initrd.img $SRC_DIR/boot/
$TOOL_DIR/mkimage-A arm -O linux -T kernel -C gzip -a A0050000 \
-e0xA0d70000 -n 3531romfs -d $TMP_DIR/$TMP_FILE $TARGET_DIR/$TARGET_FILE
在生成romfs-x.cramfs.img前，要先生成cramfs.initrd.img，并拷贝到romfs的boot目录，然后再生成最终额romfs-x.cramfs.img。
以上就是内存文件系统使用的基本过程，实际情况有些偏差，仅供参考。
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