米联客uisrc-lab-xlnx开发包Linux根文件系统：Ubuntu、Debian、Buildroot如何切换？

米联客-老师 · 发表于昨天 16:33

一、前言
1.根文件系统概述
在嵌入式Linux开发中，根文件系统（RootFilesystem，rootfs）是整个系统能够正常运行的基础。它包含了系统启动所需的库文件、配置文件、命令工具以及用户空间的应用程序框架。对于Zynq7000这类ARM结构的SoC平台而言，选择一个合适的根文件系统，直接决定了开发效率、系列性能以及最终产品的资源占用。
米联客uisrc-lab-xlnx开发包目前支持三种主流的根文件系统方案：Ubuntu、Debian和Buildroot。三者各有侧重，适用于不同的开发阶段和应用场景。下面将逐一介绍。
2.Ubuntu根文件系统
2.1什么是Ubuntu根文件系统
Ubuntu是由Canonical公司维护的开源Linux发行版，以易用性和软件生态丰富著称。其根文件系统基于Debian派生，但在软件包版本、工具链支持和社区资源上更为活跃。
在嵌入式领域，Ubuntu通常以Ubuntu Base（最小化根文件系统）的形式被裁减移植到ARM开发板上。它保留了完整的APT包管理器和标准GUN工具链，开发者可以像操作普通PC一样在板子上安装软件包、配置环境，极大地降低了嵌入式Linux的使用门槛。
2.2Ubuntu根文件系统的特点

特点	说明
软件生态丰富	apt仓库拥有海量预编译包，绝大多数开源库均可直接安装
社区资源充足	遇到问题可在Ubuntu/Debian社区快速找到解决方案
工具链完整	GCC、Python、OpenSSL等开发常用工具开箱即用
熟悉度高	大多数工程师日常使用Ubuntu开发，迁移学习成本几乎为零
体积相对较大	最小化rootfs解压后通常在200MB~500MB之间
启动时间较长	systemd服务较多，从上电到登录提示符需要数十秒

2.3Ubuntu根文件系统的适用场景
Ubuntu根文件系统最适合以下阶段和场景使用：

前期方案验证阶段：需要快速搭建开发环境，验证驱动、接口、算法是否跑通，不希望在系统配置上花费过多时间；
日常开发调试阶段：开发者需要频繁安装调试工具（如iperf3，gdb，python3，opencv等），Ubuntu的包管理机制让这个过程非常流畅；
教学与评估阶段：学习者无需深入了解嵌入式Linux底层建构流程，上手既可使用，专注于业务逻辑和硬件接口的学习；
多人协作开发：统一使用Ubuntu环境，减少“环境不一致”引发的问题。

3.Debian根文件系统
3.1什么是Debian根文件系统
Debian是历史最悠久、最严谨的Linux发行版之一，Ubuntu本身就是基于Debian派生而来的。Debian根文件系统以稳定性优先为核心理念，其软件包版本经过长时间测试验证后才会进入Stable分支，因此在嵌入式产品领域拥有大量忠实用户。
通过工具可以为ARM平台快速构建一个精简且纯净的Debian根文件系统，并按需添加所需软件包，整体可控性较Ubuntu更强。
3.2Debian根文件系统的特点

特点	说明
极高的稳定性	Stable分支软件包经过充分测试，长期运行表现可靠
体积适中	比Ubuntu略小，最小化安装后约150MB~300MB
软件包保守	版本更细较慢，适合追求稳定而非最新特性的场景
可定制性强	可精细控制安装哪些包，裁剪冗余组件
LTS周期长	官方安全维护周期长，适合产品级长期部署
社区纯粹	完全由社区驱动，无商业公司背景，生态中立

3.3Debian根文件系统的适用场景
Debian根文件系统适合以下场景：

产品原型与预量产阶段：功能基本定型后，需要一个更稳定、更可控的系统环境来做长期测试，Debian是从Ubuntu过渡的最自然选择，迁移成本极低；
对系统稳定性要求极高的工业控制场景：如长期运行的数据采集设备、工业网关等，要求系统在无人值守的情况下稳定工作数月乃至数年；
需要定制apt软件源的私有化部署场景：企业内网部署时，可搭建私有Debian镜像源，统一管理设备软件包版本；
对Ubuntu商业因素敏感的项目：部分客户对Canonical的商业许可存在顾虑，纯社区维护的Debian更受青睐。

4.Buildroot系统
4.1什么是Buildroot根文件系统
Buildroot是一套专为嵌入式系统设计的自动化构建框架，它可以从源码开始，一站式编译出交叉工具链、内核、bootloader以及根文件系统。与Ubuntu/Debian不同，Buildroot构建出的根文件系统中没有包管理器，所有软件在编译阶段就可以确定，运行时不再动态安装或更新。
Buildroot生成的根文件系统体积极小，通常仅有几兆到几十兆字节，非常适合对资源和启动速度有严格要求的嵌入式产品。
4.2Buildroot根文件系统的特点

特点	说明
体积极小	典型rootfs仅10MB~50MB，可轻松放入Flash存储
启动速度快	去除systemd等重型初始化框架，启动时间可压缩至3~10秒
高度定制	通过menuconfig精确控制每一个组件，按需裁剪
无包管理器	软件固化，部署后不能随意安装，安全性和一致性更强
构建周期长	首次全量编译耗时较长（配置30分钟到数小时不等）
学习门槛较高	需要理解交叉编译，Kconfig配置等嵌入式基础知识
闭源友好	可完全掌握系统内容，便于做安全加固和知识产权保护

4.3Buildroot根文件系统的适用场景
Buildroot根文件系统的适用场景：

量产产品阶段：功能完全确定后，将系统精简到只保留产品必须的组件，降低存储成本，提升系统安全性；
存储资源受限的场景：板卡仅配备小容量Flash（如32MB、64MB NOR/NAND Flash）；Ubuntu/Debian完全无法塞入，Buildroot是唯一选择；
对启动速度有严格要求的场景：如工业设备上电即需响应、车载终端快速启动等，Buildroot+BusyBox的组合可将启动时间压缩到极致；
安全敏感性产品：系统组件完全可控，无多余的后台服务和开放端口，攻击面极小，适合安防、金融、医疗等领域的嵌入式终端；
离线无网络环境部署：无需联网更新依赖，系统内容在出厂时即已固化，适合工厂内网或完全隔离环境。

二、对比

对比维度	Ubuntu	Debian	Buildroot
定位	开发调试首选	稳定部署过渡	量产精简极致
根文件系统体积	200MB~500MB	150MB~300MB	10MB~50MB
典型启动时间	30s~60s	20s~40s	3s~10s
包管理器	apt（丰富）	apt（稳定）	无
定制灵活度	★★☆☆☆	★★★☆☆	★★★★★
构建难度	★☆☆☆☆	★★☆☆☆	★★★★☆
适合阶段	开发期/学习	原型期/预量产	量产/资源受限
推荐人群	初学者/开发工程师	有经验的嵌入式工程师	资深工程师/产品团队

三、三种根文件系统的切换方式
下面以米联客uisrc-lab-xlnx（7000系列）的开发包为例，分别构建Ubuntu、Debian和Buildroot三种根文件系统。
在米联客论坛https://www.uisrc.com/t-3268.html上下载板卡对应架构的开发包，这里以ZYNQ7000系列的为例。

在虚拟机上打开终端输入命令tar zxvf uisrc-lab-xlnx\(zynq7000only\)20220601.tar.gz 解压开发包。解压完毕后得到的就是这样一个目录：

在路径~uisrc-lab-xlnx/boards/mz7x/ubuntu/output/files下放入编译所需要的uboot设备树，kernel设备树，fsbl.elf和system_wrapper.bit文件（这边默认已经熟悉米联客usirc-lab-xlnx开发包的使用流程，如有不清楚的可以参考米联客基础入门篇的教程）：

然后在路径~uisrc-lab-xlnx下打开终端输入命令source scripts/mz7xcfg.sh配置环境变量：

接下来分别输入命令：move_files.sh       移动文件到指定位置
                                 make_uboot.sh    用来制作uboot
                                 make_kernel.sh 用来制作Linux内核
                                 create_image.sh 用来制作镜像
然后插入TF卡准备烧写，分别执行：
                                 make_parted.sh 格式化并分区u盘，先输入盘符，再输入确认
                                 deploy_image.sh 烧写启动文件与系统文件，输入盘符
最后弹出TF卡后插入开发板，将模式开关拨至SD卡启动模式，上电后可以看到是Ubuntu18.04系统：

下面切换到Debian根文件系统的制作：
找到环境变量脚本mz7xcfg.sh，修改如下内容：

然后在终端重新source环境变量，会发现路径~uisrc-lab-xlnx/boards/mz7x下生成一个debian的文件夹：

在路径~uisrc-lab-xlnx/boards/mz7x/debian/output下创建一个files文件夹，并放入所需文件：

输入命令move_file.sh移动文件到指定位置，下面编译系统，首先要输入make_rootfs.sh重新编译根文件系统：

接下来依次输入命令：make_uboot.sh    用来制作uboot
                                 make_kernel.sh 用来制作Linux内核
                                 create_image.sh 用来制作镜像
然后插入TF卡准备烧写，分别执行：
                                 make_parted.sh 格式化并分区u盘，先输入盘符，再输入确认
                                 deploy_image.sh 烧写启动文件与系统文件，输入盘符
最后弹出TF卡后插入开发板，将模式开关拨至SD卡启动模式，上电后可以看到是Debian系统：

最后来制作Buildroot系统。
同理，找到环境变量脚本mz7xcfg.sh，修改ROOTFS_TYPE为如下内容：

由于Builroot根文件系统的配置文件与Ubuntu/Debian不同，zynq7000系列的配置文件为路径~uisrc-lab-xlnx/sources/rootfs/buildroot/configs下的zynq_mz7xb_defconfig，MPSOC系列的配置文件为同路径下的zynqmp_mzu03fa_defconfig：

所以还需要修改环境变量脚本mz7xcfg.sh如下内容：

修改完成后在~uisrc-lab-xlnx/sources/rootfs/buildroot下打开终端输入make menuconfig配置buildroot：

配置完成后运行make。（首席编译时间较长!)
接下来的步骤同上，就不再赘述了。
最后上电显示为Buildroot系统：

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