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定制Linksys WRT54G：嵌入式Linux发行版构建指南
定制Linksys WRT54G：嵌入式Linux发行版构建指南
### 摘要
本文旨在介绍如何为Linksys WRT54G无线路由器定制一款小型嵌入式Linux发行版。通过丰富的代码示例，本文将引导读者深入了解并掌握在WRT54G上实现Linux系统定制与编程的具体步骤和技术要点。
### 关键词
Linksys WRT54G, 嵌入式 Linux, 代码示例, 系统定制, 编程实现
## 一、了解基础
### 1.1 Linksys WRT54G硬件概述
Linksys WRT54G是一款经典的无线路由器，自2002年发布以来，因其出色的性能和可扩展性而受到广泛好评。它不仅具备基本的网络连接功能，还支持用户自定义固件，这使得WRT54G成为了一个理想的实验平台，特别是在嵌入式Linux开发领域。
**主要硬件规格：**
- **处理器：** Broadcom BCM4702 167 MHz MIPS CPU
- **内存：** 16 MB SDRAM (Samsung K4S561632QF-BRCM)
- **闪存：** 4 MB SPI flash (Macronix MX29LV160ETTI-10G)
- **接口：** 4个10/100 Mbps以太网端口，1个USB 1.1端口（用于外接存储或打印机）
- **无线标准：** 802.11g (54 Mbps)
这些硬件规格虽然在今天看来并不算高端，但在当时却是相当先进的配置。尤其是其开放的架构和强大的社区支持，使得WRT54G成为了许多开发者和爱好者的首选设备之一。
### 1.2 嵌入式Linux系统简介
嵌入式Linux是一种专门为嵌入式系统设计的Linux发行版，它通常包括一个轻量级的内核以及必要的工具和服务。对于像Linksys WRT54G这样的设备来说，选择合适的嵌入式Linux发行版至关重要，因为它直接影响到设备的功能、性能和稳定性。
**嵌入式Linux的特点：**
- **轻量级：** 为了适应有限的硬件资源，嵌入式Linux通常会裁剪不必要的组件和服务。
- **高度可定制：** 用户可以根据具体需求来定制内核模块、文件系统和应用程序。
- **开源：** 开源特性意味着开发者可以自由地访问和修改源代码，这对于学习和调试非常有帮助。
- **社区支持：** 强大的社区支持是嵌入式Linux的一大优势，许多问题都可以通过查阅文档或参与讨论来解决。
接下来，我们将通过一系列具体的代码示例来展示如何在Linksys WRT54G上安装和定制嵌入式Linux系统。这些示例将涵盖从最基本的内核编译到高级服务配置等各个方面，旨在帮助读者全面掌握这一过程。
## 二、环境搭建
### 2.1 构建嵌入式Linux环境
为了在Linksys WRT54G上定制一款小型嵌入式Linux发行版，首先需要构建一个适合该设备的开发环境。这一步骤至关重要，因为正确的开发环境能够确保后续的编译和调试工作顺利进行。
#### 2.1.1 准备宿主机
在开始之前，需要确保宿主机（即用于开发的计算机）满足以下条件：
- **操作系统：** 使用Linux发行版作为宿主机的操作系统，如Ubuntu或Fedora。
- **足够的磁盘空间：** 至少需要10GB的可用磁盘空间来存放工具链、内核源码和其他相关文件。
- **网络连接：** 确保宿主机能够连接到互联网，以便下载所需的软件包和更新。
#### 2.1.2 下载内核源码
接下来，需要下载适用于Linksys WRT54G的Linux内核源码。由于WRT54G采用的是MIPS架构的处理器，因此需要下载针对MIPS架构优化的内核版本。
```bash
# 下载内核源码
wget https://www.kernel.org/pub/linux/kernel/v4.x/linux-4.19.150.tar.xz
tar -xf linux-4.19.150.tar.xz
cd linux-4.19.150
```
#### 2.1.3 配置内核
配置内核是定制嵌入式Linux发行版的关键步骤之一。通过配置，可以选择启用哪些功能和驱动程序，从而确保最终的系统既精简又高效。
```bash
# 进行内核配置
make ARCH=mips CROSS_COMPILE=mips-linux-gnu- oldconfig
```
这里使用了`mips-linux-gnu-`作为交叉编译器前缀，以确保生成的二进制文件能够在MIPS架构的目标设备上运行。
#### 2.1.4 创建根文件系统
创建根文件系统是构建嵌入式Linux环境的另一个重要环节。根文件系统包含了系统启动后运行所需的所有文件和目录结构。
```bash
# 创建根文件系统
mkdir -p rootfs/{bin,dev,etc,lib,proc,sbin,sys,tmp,usr,var}
```
接下来，还需要安装一些基本的工具和库到根文件系统中，例如busybox，这是一个包含了大量常用命令的单个可执行文件，非常适合用于嵌入式系统。
```bash
# 安装busybox
wget http://busybox.net/downloads/busybox-1.33.1.tar.bz2
tar -xf busybox-1.33.1.tar.bz2
cd busybox-1.33.1
make defconfig
make ARCH=mips CROSS_COMPILE=mips-linux-gnu- busybox
make ARCH=mips CROSS_COMPILE=mips-linux-gnu- install ROOT=rootfs
```
至此，已经成功构建了一个基本的嵌入式Linux环境，接下来就可以开始安装开发工具链了。
### 2.2 安装开发工具链
为了能够在宿主机上编译适用于Linksys WRT54G的代码，需要安装一个针对MIPS架构的交叉编译器工具链。这一步骤同样非常重要，因为正确的工具链能够确保生成的二进制文件能够在目标设备上正确运行。
#### 2.2.1 下载工具链
可以通过多种途径获得适用于MIPS架构的交叉编译器工具链，其中一种常见的方法是从GNU网站下载预编译的工具链。
```bash
# 下载工具链
wget https://ftp.gnu.org/gnu/gcc/gcc-10.2.0/gcc-10.2.0.tar.gz
tar -xf gcc-10.2.0.tar.gz
cd gcc-10.2.0
```
#### 2.2.2 配置和编译工具链
接下来，需要配置并编译工具链。这一步骤可能需要一段时间，取决于宿主机的性能。
```bash
# 配置工具链
./configure --target=mips-linux-gnu --prefix=/usr/local/mips-linux-gnu --enable-languages=c,c++
# 编译工具链
make
# 安装工具链
sudo make install
```
#### 2.2.3 设置环境变量
最后，需要设置环境变量，以便在后续的编译过程中能够正确识别和使用交叉编译器。
```bash
# 设置环境变量
echo 'export PATH=/usr/local/mips-linux-gnu/bin:$PATH' >> ~/.bashrc
source ~/.bashrc
```
至此，已经成功安装了开发工具链，现在可以开始编写和编译适用于Linksys WRT54G的代码了。下一节将详细介绍如何在该设备上实现具体的编程任务。
## 三、内核与网络配置
### 3.1 定制 Linux 内核
在定制嵌入式 Linux 发行版的过程中，内核定制是一项至关重要的任务。对于 Linksys WRT54G 这样的设备而言，一个经过精心裁剪和优化的内核能够显著提升系统的性能和稳定性。本节将通过具体的代码示例来展示如何根据特定需求定制 Linux 内核。
#### 3.1.1 选择内核配置
内核配置决定了最终内核所包含的功能和驱动程序。对于 Linksys WRT54G 来说，需要特别关注与无线网络相关的选项，以确保设备的核心功能得到支持。
```bash
# 进行内核配置
make ARCH=mips CROSS_COMPILE=mips-linux-gnu- oldconfig
```
在配置过程中，可以使用 `menuconfig` 或 `nconfig` 工具来手动选择需要的功能。例如，为了支持 WRT54G 的无线功能，需要确保选中了以下选项：
- **Wireless LAN (IEEE 802.11)**: 选择 `Device drivers` > `Network device support` > `Wireless LAN (IEEE 802.11)`，并启用 `Broadcom 802.11g wireless LAN driver (BCM43xx) for PCI/PCI-X/PCI-E`。
#### 3.1.2 添加自定义模块
除了基本的配置之外，还可以添加自定义的内核模块来扩展功能。例如，如果需要支持 USB 存储设备，可以在内核源码树中创建一个新的模块。
```c
// 在内核源码树中创建一个名为 usb_storage.ko 的模块
#include <linux/module.h>
#include <linux/kernel.h>
#include <linux/usb.h>
static int __init usb_storage_init(void)
{
printk(KERN_INFO "USB storage module initialized.\n");
return 0;
}
static void __exit usb_storage_exit(void)
{
printk(KERN_INFO "USB storage module exited.\n");
}
module_init(usb_storage_init);
module_exit(usb_storage_exit);
MODULE_LICENSE("GPL");
MODULE_AUTHOR("Your Name");
MODULE_DESCRIPTION("A simple USB storage module");
MODULE_VERSION("1.0");
```
然后，在内核配置中添加这个模块：
```bash
# 将新模块添加到内核配置中
echo "usb_storage" >> .config
```
#### 3.1.3 编译内核
完成配置和添加自定义模块之后，就可以开始编译内核了。这一步骤可能需要较长时间，具体取决于宿主机的性能。
```bash
# 编译内核
make ARCH=mips CROSS_COMPILE=mips-linux-gnu- bzImage modules
```
编译完成后，将会生成一个名为 `bzImage` 的可启动内核映像文件，以及一系列内核模块。
#### 3.1.4 测试内核
在将定制的内核部署到 Linksys WRT54G 上之前，建议先在模拟环境中进行测试，以确保一切正常。
```bash
# 使用 QEMU 进行模拟测试
qemu-system-mips -kernel bzImage -append "console=tty0" -nographic
```
通过以上步骤，已经成功定制了一个适用于 Linksys WRT54G 的 Linux 内核。接下来，可以继续配置网络功能，以确保设备能够正常接入互联网。
### 3.2 配置网络功能
网络功能是 Linksys WRT54G 最为核心的功能之一。为了确保设备能够正常工作，需要对网络功能进行适当的配置。
#### 3.2.1 启用无线网络
启用无线网络是 Linksys WRT54G 的首要任务。在定制的内核中，已经选择了支持无线网络的选项。接下来，需要在根文件系统中配置无线网络。
```bash
# 配置无线网络
echo 'ifconfig wlan0 up' > rootfs/etc/rc.d/rc.local
echo 'iwconfig wlan0 essid "your_network_name" key "your_network_key"' >> rootfs/etc/rc.d/rc.local
```
这里假设无线网络的 SSID 为 `your_network_name`，密码为 `your_network_key`。
#### 3.2.2 配置 DHCP 服务器
为了让连接到 Linksys WRT54G 的设备能够自动获取 IP 地址，需要配置 DHCP 服务器。
```bash
# 安装 dhcpd
wget http://downloads.isc.org/isc/dhcp/4.4/dhcp-4.4.1.tar.gz
tar -xf dhcp-4.4.1.tar.gz
cd dhcp-4.4.1
./configure --prefix=/usr --sysconfdir=/etc --localstatedir=/var --with-pid-dir=/var/run --with-run-dir=/var/run --with-log-dir=/var/log --with-state-dir=/var/lib/dhcp
make
make install
```
安装完成后，需要配置 DHCP 服务器的配置文件 `/etc/dhcp/dhcpd.conf`。
```conf
ddns-update-style none;
subnet 192.168.1.0 netmask 255.255.255.0 {
range 192.168.1.100 192.168.1.200;
option routers 192.168.1.1;
option domain-name-servers 8.8.8.8, 8.8.4.4;
}
```
最后，确保 DHCP 服务器在启动时自动运行。
```bash
echo '/usr/sbin/dhcpd -f -4 -pf /var/run/dhcpd.pid -cf /etc/dhcp/dhcpd.conf eth0' > rootfs/etc/rc.d/rc.local
```
通过上述步骤，已经成功配置了 Linksys WRT54G 的网络功能。现在，设备应该能够正常接入互联网，并为连接到它的设备分配 IP 地址。
## 四、启动与自定义服务
### 4.1 编写系统启动脚本
在定制嵌入式 Linux 发行版的过程中，编写系统启动脚本是非常关键的一步。启动脚本负责在系统启动时初始化各种服务和配置，确保系统能够按照预期的方式运行。对于 Linksys WRT54G 而言，一个精心设计的启动脚本能够极大地提升用户体验，并确保所有必需的服务都能在适当的时间启动。
#### 4.1.1 创建启动脚本
为了确保 Linksys WRT54G 在启动时能够自动执行必要的配置和启动服务，需要创建一个启动脚本。这个脚本通常位于 `/etc/init.d` 目录下，并且需要具有执行权限。
```bash
# 创建启动脚本
echo '#!/bin/sh
#
# This script initializes the system services on Linksys WRT54G.
#
# Check if the network is up
ifconfig eth0 up
ifconfig wlan0 up
# Start the DHCP server
/usr/sbin/dhcpd -f -4 -pf /var/run/dhcpd.pid -cf /etc/dhcp/dhcpd.conf eth0
# Start the USB storage module
insmod /lib/modules/$(uname -r)/kernel/drivers/usb/storage/usb-storage.ko
# Start the web server (if needed)
# /usr/sbin/httpd start
# Other custom services or configurations can be added here.
# Exit with success status
exit 0' > rootfs/etc/init.d/rcS
# 设置执行权限
chmod +x rootfs/etc/init.d/rcS
```
在这个脚本中，首先检查了以太网接口 `eth0` 和无线接口 `wlan0` 是否已经启动，并确保它们处于活动状态。接着，启动 DHCP 服务器，以确保连接到路由器的设备能够自动获取 IP 地址。此外，还加载了 USB 存储模块，以便支持 USB 外设。如果需要，还可以在此基础上添加其他自定义服务或配置。
#### 4.1.2 设置启动脚本自动运行
为了让启动脚本在系统启动时自动运行，需要将其添加到系统的启动序列中。可以通过创建一个软链接到 `/etc/rc.d/rcS` 文件来实现这一点。
```bash
# 创建软链接
ln -s /etc/init.d/rcS /etc/rc.d/rcS
```
这样，每当系统启动时，`/etc/rc.d/rcS` 脚本就会被自动执行，确保所有必需的服务都已启动。
### 4.2 实现自定义服务运行
除了基本的网络配置和服务启动之外，还可以通过编写自定义服务脚本来进一步扩展 Linksys WRT54G 的功能。这些自定义服务可以是任何符合用户需求的应用程序或脚本，例如定时任务、日志记录服务等。
#### 4.2.1 创建自定义服务脚本
为了实现自定义服务的运行，可以创建一个新的脚本文件，并将其放置在 `/etc/init.d` 目录下。
```bash
# 创建自定义服务脚本
echo '#!/bin/sh
#
# This script starts a custom service on Linksys WRT54G.
#
# Define the service name
SERVICE_NAME="custom_service"
# Define the location of the service binary
SERVICE_BINARY="/usr/sbin/custom_service"
# Check if the service is already running
if ! pgrep -x "$SERVICE_NAME" > /dev/null; then
# Start the service
$SERVICE_BINARY &
fi
# Exit with success status
exit 0' > rootfs/etc/init.d/custom_service
# 设置执行权限
chmod +x rootfs/etc/init.d/custom_service
```
在这个示例中，定义了一个名为 `custom_service` 的服务，并指定了服务二进制文件的位置。脚本会检查该服务是否已经在运行，如果没有，则启动它。
#### 4.2.2 配置服务自动启动
为了让自定义服务在系统启动时自动运行，需要将其添加到启动序列中。可以通过创建一个软链接到 `/etc/rc.d/rc.local` 文件来实现这一点。
```bash
# 创建软链接
ln -s /etc/init.d/custom_service /etc/rc.d/rc.local
```
这样，每当系统启动时，`/etc/rc.d/rc.local` 中的所有脚本都会被自动执行，确保自定义服务能够及时启动。
通过上述步骤，已经成功实现了 Linksys WRT54G 上的自定义服务运行。这些服务可以根据用户的特定需求进行定制，从而极大地扩展了设备的功能。
## 五、实战代码示例
### 5.1 示例一：LED控制代码编写
在嵌入式系统开发中，控制LED灯是最基础也是最常用的实验之一。对于Linksys WRT54G这样的设备，通过编写简单的代码来控制LED不仅可以加深对GPIO（General Purpose Input/Output，通用输入输出）接口的理解，还能为更复杂的项目打下坚实的基础。
#### 5.1.1 GPIO接口简介
Linksys WRT54G的GPIO接口允许开发者直接控制设备上的LED灯。尽管原生的内核并没有直接支持GPIO，但可以通过编写内核模块来实现这一功能。
#### 5.1.2 LED控制模块编写
下面是一个简单的LED控制模块示例，该模块将控制Linksys WRT54G上的某个LED灯。
```c
// led_control.c
#include <linux/module.h>
#include <linux/kernel.h>
#include <linux/gpio.h>
#define LED_GPIO 12 // 假设LED连接到了GPIO 12
static int __init led_control_init(void)
{
int ret;
printk(KERN_INFO "LED control module initialized.\n");
// 请求GPIO
ret = gpio_request(LED_GPIO, "led_control");
if (ret < 0) {
printk(KERN_ERR "Failed to request GPIO %d\n", LED_GPIO);
return ret;
}
// 设置GPIO方向为输出
gpio_direction_output(LED_GPIO, 0);
// 打开LED
gpio_set_value(LED_GPIO, 1);
return 0;
}
static void __exit led_control_exit(void)
{
printk(KERN_INFO "LED control module exited.\n");
// 释放GPIO
gpio_free(LED_GPIO);
}
module_init(led_control_init);
module_exit(led_control_exit);
MODULE_LICENSE("GPL");
MODULE_AUTHOR("Your Name");
MODULE_DESCRIPTION("A simple LED control module");
MODULE_VERSION("1.0");
```
#### 5.1.3 编译和加载模块
在编译和加载这个模块之前，需要确保内核配置中已经启用了GPIO支持。
```bash
# 编译模块
make -C /lib/modules/$(uname -r)/build M=$(pwd) modules
# 加载模块
insmod ./led_control.ko
```
加载模块后，LED灯应该会被点亮。可以通过卸载模块来关闭LED灯。
```bash
# 卸载模块
rmmod led_control
```
通过这个简单的示例，读者可以了解到如何在Linksys WRT54G上编写和加载内核模块来控制LED灯。
### 5.2 示例二：简易Web服务器搭建
随着物联网技术的发展，越来越多的设备需要具备Web服务功能。对于Linksys WRT54G这样的路由器来说，搭建一个简易的Web服务器不仅可以方便地监控和管理设备，还能为用户提供更多的自定义选项。
#### 5.2.1 安装HTTP服务器
为了在Linksys WRT54G上搭建Web服务器，可以使用轻量级的HTTP服务器，如BusyBox自带的HTTP服务器。
```bash
# 安装BusyBox HTTP服务器
wget http://busybox.net/downloads/busybox-1.33.1.tar.bz2
tar -xf busybox-1.33.1.tar.bz2
cd busybox-1.33.1
make defconfig
make ARCH=mips CROSS_COMPILE=mips-linux-gnu- busybox
make ARCH=mips CROSS_COMPILE=mips-linux-gnu- install ROOT=rootfs
```
#### 5.2.2 配置Web服务器
配置Web服务器需要指定静态文件的存放位置。假设Web页面文件存放在`/var/www/html`目录下。
```bash
# 创建Web页面目录
mkdir -p rootfs/var/www/html
# 创建一个简单的HTML文件
echo "<html><body><h1>Hello, World!</h1></body></html>" > rootfs/var/www/html/index.html
# 启动HTTP服务器
echo "/usr/bin/busybox httpd -f -p 80 -d /var/www/html" > rootfs/etc/rc.d/rc.local
```
#### 5.2.3 访问Web服务器
启动HTTP服务器后，可以通过浏览器访问`http://<router_ip>`来查看Web页面。
```bash
# 启动HTTP服务器
busybox httpd -f -p 80 -d /var/www/html &
```
通过以上步骤，已经成功在Linksys WRT54G上搭建了一个简易的Web服务器。用户可以通过Web界面来监控和管理路由器，极大地提升了设备的灵活性和可扩展性。
## 六、总结
本文详细介绍了如何为Linksys WRT54G无线路由器定制一款小型嵌入式Linux发行版的过程。通过丰富的代码示例，读者可以深入了解并掌握在WRT54G上实现Linux系统定制与编程的具体步骤和技术要点。文章首先概述了Linksys WRT54G的硬件规格及其在嵌入式Linux开发领域的应用价值，随后介绍了嵌入式Linux系统的特点及其在该设备上的优势。在环境搭建部分，提供了详细的步骤来构建开发环境、下载内核源码、配置内核、创建根文件系统以及安装开发工具链。在网络配置方面，展示了如何定制Linux内核以支持无线网络功能，并配置DHCP服务器以确保设备能够正常接入互联网。此外，还介绍了如何编写系统启动脚本和实现自定义服务运行，以确保所有必需的服务都能在适当的时间启动。最后，通过两个实战代码示例——LED控制代码编写和简易Web服务器搭建，进一步加深了读者对嵌入式Linux开发的理解。通过本文的学习，读者将能够掌握为Linksys WRT54G定制嵌入式Linux发行版的关键技术和实践方法。
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