6. 分区镜像备份¶
在产品研发和量产过程中，经常需要对已经完成软件配置和环境部署的板卡进行系统镜像备份， 并将备份镜像批量烧录到其他产品设备中，以提高生产效率并保证设备软件环境一致性。
6.1. 分区备份说明¶
由于Hi3403平台当前不支持从可插拔存储设备启动，系统运行在eMMC时无法直接对正在使用中的eMMC文件系统进行完整备份。 一方面，系统运行过程中，eMMC处于挂载和读写状态，直接备份可能导致文件系统数据不一致；另一方面，部分分区内容在运行过程中可能被占用，无法保证安全读取。
分析烧录了镜像的eMMC分区结构可知，主要包含以下几个分区：
boot分区：存放二进制启动文件，烧录完成后内容固定，不会发生变化；
env分区：存放U-Boot环境变量，内容相对固定，可通过修改配置文件重新编译生成，无需频繁备份；
kernel分区：存放Linux内核镜像，烧录完成后内容固定；
rootfs分区：存放完整Linux根文件系统，包括应用程序、配置文件、动态库及用户数据，是系统运行环境的核心部分，也是备份的重点。
因此，在系统镜像备份过程中，主要需要备份rootfs分区。boot、kernel和env分区内容固定，还可以通过重新编译方式恢复。
为解决eMMC无法在线备份rootfs的问题，可采用SD卡辅助启动方案。
eMMC和SD卡在Linux系统中均作为MMC块设备（mmcblk）使用，具有相同的块设备访问方式。因此，可以将eMMC镜像烧录到SD卡，使SD卡具备相同的分区结构。
虽然Hi3403无法直接通过SD卡完成完整启动流程，但在Linux启动到kernel阶段后，MMC控制器和SD卡驱动已经完成初始化，Linux内核具备访问SD卡的能力。
因此，无需依赖SD卡完成前级启动，只需在Linux根文件系统挂载阶段，将rootfs切换到SD卡对应分区即可。
此时，eMMC中的rootfs分区不再作为当前运行环境，不会被挂载和访问，处于离线状态，可以安全进行读取和备份。
6.2. SD启动卡制作¶
前面说过，Hi3403的eMMC镜像可以直接烧录到SD卡中，但当前是分区镜像，需要按照分区表中的大小和偏移位置将镜像一个一个烧录到SD卡很麻烦。 此时可以借助ToolPlatform烧录工具的 制作eMMC烧片器镜像 功能将分区镜像按分区表中的配置合并成一个镜像，就可以使用SD卡烧录工具直接写入了。
打开ToolPlatform烧录工具，在烧写eMMC选项卡中，先加载分区表文件，然后根据分区选择对应的分区镜像文件。
rootfs分区镜像选择ubuntu系统，缺少工具可以通过网络安装，有些Buildroot系统镜像可能工具不全，备份时不建议使用。
修改rootfs分区的长度为rootfs镜像文件大小，单位为MB。
注解
有些系统显示的文件大小的值是四舍五入后的结果，为确保设置的分区长度大小不小于实际的文件，建议向上取整。如535M向上取整为540M，1.27GB向上取整为1.30GB*1024=1331.2，实际设置1332M
勾选所有分区，然后点击 “制作eMMC烧片器镜像” 按钮
会弹出一个窗口，需要选择即将生成的进行的保存位置和文件名，在文件名处输入 sdcard.img 然后点击保存
等待制作成功的弹窗提示后，使用SD卡烧录工具将生成的镜像烧录到SD卡。
这里使用 balenaEtcher 烧录镜像：
打开balenaEtcher，点击 Flash from file 选择本地文件并确认
接着会弹出没有分区标识的说明，选择 Continue
将SD卡使用读卡器插入电脑，点击balenaEtcher的 sclect target
警告
由于稍后的烧录过程会对SD卡进行格式化，此处请务必确认选择的是刚刚插入的SD卡，以防止误格式化其他存储。
通过盘符和容量等特征选择刚刚插入的SD卡。
点击 Flash! 开始烧录
等待烧录完成
6.3. 挂载并启动SD卡中的rootfs¶
将烧录完成的SD卡插入板卡，并使用USB连接电脑和板卡的DEBUG接口，打开调试串口。
重启板卡，在启动时按住 空格键 向串口终端输入，使串口终端进入U-Boot命令行模式
使用printenv命令查看U-Boot传递给内核的启动参数，并记录未修改前的配置
1 2 3 4 5 | # 打印bootargs环境变量
printenv bootargs
# 输出的变量值
bootargs=mem=512M console=ttyAMA0,115200 clk_ignore_unused rw rootwait root=/dev/mmcblk0p4 rootfstype=ext4 blkdevparts=mmcblk0:512K(u-boot.bin),512K(env),16M(kernel),-(rootfs.ext4)
|
这里关注要修改的bootargs参数的作用：
root=/dev/mmcblk0p4：指定根文件系统所在的分区是mmcblk0p4
blkdevparts：存储分区表，格式是blkdevparts=<设备>:<大小>(名称),<大小>(名称)…
当kernel完成SD卡初始化后，SD卡会被识别为块设备/dev/mmcblk1。 由于SD卡中烧录的镜像与eMMC镜像一致，因此SD卡上的分区布局与eMMC完全相同，仅块设备编号不同：
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 | # eMMC分区结构
/dev/mmcblk0
├── /dev/mmcblk0p1 u-boot.bin(512K)
├── /dev/mmcblk0p2 env(512K)
├── /dev/mmcblk0p3 kernel(16M)
└── /dev/mmcblk0p4 rootfs.ext4(-表示所有eMMC剩余空间)
# 对应的blkdevparts分区表为
mmcblk0:512K(u-boot.bin),512K(env),16M(kernel),-(rootfs.ext4)
# SD卡分区结构
/dev/mmcblk1
├── /dev/mmcblk1p1 u-boot.bin(512K)
├── /dev/mmcblk1p2 env(512K)
├── /dev/mmcblk1p3 kernel(16M)
└── /dev/mmcblk1p4 rootfs.ext4(-表示所有SD卡剩余空间)
# 对应的blkdevparts分区表为
mmcblk1:512K(u-boot.bin),512K(env),16M(kernel),-(rootfs.ext4)
|
根据以上的分析，需要修改的内容如下
1 2 3 4 5 | # root修改为SD卡的rootfs分区
root=/dev/mmcblk1p4
# blkdevparts分区表同时保留eMMC分区表和SD卡分区表
blkdevparts=mmcblk0:512K(u-boot.bin),512K(env),16M(kernel),-(rootfs.ext4);mmcblk1:512K(u-boot.bin),512K(env),16M(kernel),-(rootfs.ext4)
|
在U-Boot命令行终端输入下面的命令修改bootargs的值，不要使用saveenv命令保存修改后的环境变量， 这样在重启时就会恢复到原来的值，重新挂载eMMC中的根文件系统
1 2 3 4 5 6 7 8 | # 修改环境变量
setenv bootargs 'mem=512M console=ttyAMA0,115200 clk_ignore_unused rw rootwait root=/dev/mmcblk1p4 rootfstype=ext4 blkdevparts=mmcblk0:512K(u-boot.bin),512K(env),16M(kernel),-(rootfs.ext4);mmcblk1:512K(u-boot.bin),512K(env),16M(kernel),-(rootfs.ext4)'
# 打印bootargs环境变量，确认修改是否生效
printenv bootargs
# 启动内核
boot
|
等待启动完成，登录系统终端后再次确认内核接收到U-Boot传递的启动参数和当前rootfs挂载的分区
1 2 3 4 5 | # 启动参数
cat /proc/cmdline
# 确认rootfs挂载的分区
findmnt -n -o SOURCE /
|
可以确认当前启动挂载的就是SD卡中的根文件系统分区
6.4. 备份分区镜像¶
6.4.1. 挂载eMMC中rootfs分区¶
挂载eMMC中rootfs分区，也就是/dev/mmcblk0p4分区，以便后续操作
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 | # 创建/mnt/emmc_rootfs目录
mkdir -p /mnt/emmc_rootfs
# 挂载eMMC的rootfs分区到/mnt/emmc_rootfs
mount /dev/mmcblk0p4 /mnt/emmc_rootfs
# 查看挂载情况
df -h /mnt/emmc_rootfs/
Filesystem Size Used Avail Use% Mounted on
/dev/mmcblk0p4 58G 1.1G 55G 2% /mnt/emmc_rootfs
|
6.4.2. 计算eMMC中rootfs实际占用空间¶
为了减小备份镜像的体积，缩短量产时的烧录时间，需要在保持足够冗余的情况下，尽可能的缩小备份的根文件系统体积。
上面的df -h命令获取的是分区中文件的总体积，除此之外还有一些文件系统相关的内容也会占用一定的空间，在备份时这部分空间也要考虑。
使用下面的命令获取rootfs分区最小可压缩的大小：
1 2 3 4 5 | # 获取eMMC中rootfs可压缩的最小分区block数量
resize2fs -P /dev/mmcblk0p4
# 获取block大小
tune2fs -l /dev/mmcblk0p4 | grep "Block size"
|
例如图中所示，最小block数量为453122，一个block大小为4096 Byte，可以计算得到453122*4096/1024/1024约等于1771MB，这就是eMMC中rootfs可以缩小的最小值。
6.4.3. 创建ext4备份镜像并格式化¶
在SD卡的根文件系统中创建一个备份镜像，镜像大小根据刚刚得到的计算值向上取整得到1780MB
注解
SD卡写入速度较慢，也可以挂载一个U盘或硬盘，将备份镜像保存在U盘或硬盘中。
1 2 3 4 5 | # 创建一个1780MB的空镜像文件
dd if=/dev/zero of=/backup-rootfs.img bs=1M count=1780
# 格式化备份镜像为ext4格式
mkfs.ext4 -F -L rootfs /backup-rootfs.img
|
6.4.4. 挂载备份rootfs镜像并同步文件¶
这一步操作是将备份镜像挂载，此时同时挂载了备份镜像和eMMC的rootfs分区，就可以使用rsync命令将eMMC的rootfs分区中的全部文件同步到备份镜像中
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 | # 创建备份镜像挂载目录
mkdir -p /mnt/backup_rootfs
# 挂载备份镜像为loop设备
mount -o loop /backup-rootfs.img /mnt/backup_rootfs
# 查看挂载情况
df -h /mnt/backup_rootfs
Filesystem Size Used Avail Use% Mounted on
/dev/loop0 1.7G 24K 1.6G 1% /mnt/backup_rootfs
# 同步eMMC中rootfs的所有内容到备份镜像中
rsync -aHAX --numeric-ids --info=progress2 /mnt/emmc_rootfs/ /mnt/backup_rootfs/
# 如果没有rsync命令，可以使用apt命令安装
apt update
apt install rsync
|
备份时间与要备份根文件系统的大小和存储的读写速度有关，等待同步完成。
6.4.5. 备份的根文件系统文件后处理¶
备份的根文件系统中有一些系统初始化完成标志文件，为了在备份镜像烧录后完成例如分区自动扩容等功能，需要删除这些标志文件
1 2 3 4 5 6 7 8 9 | # 删除根文件系统初始化完成标志
rm -rf /mnt/backup_rootfs/usr/local/first_boot_flag
# 删除rootfs自动扩展分区完成标志
rm -rf /mnt/backup_rootfs/var/lib/misc/firstrun
rm -rf /mnt/backup_rootfs/.resized
# 删除保存的网卡MAC地址
rm -rf /mnt/backup_rootfs/etc/ethaddr.txt
|
为了在重新烧录后验证是我们备份的镜像，这里写入当前时间到文件作为标记，正式备份时可忽略此步骤
1 2 3 4 5 6 7 | # 写入备份标记
echo $(date) > /mnt/backup_rootfs/date.txt
# 打印date.txt内容
cat /mnt/backup_rootfs/date.txt
Thu Jul 23 17:40:14 CST 2026
|
6.4.6. 卸载分区并检查备份镜像¶
1 2 3 4 5 6 7 8 | # 卸载eMMC的rootfs分区
umount /mnt/emmc_rootfs
# 卸载备份镜像
umount /mnt/backup_rootfs
# 检查和修复备份镜像
e2fsck -f /backup-rootfs.img
|
检查完成没有报错后使用u盘或网络将备份镜像传输到电脑上。
6.5. 重新烧录¶
重启板卡，自动恢复到挂载eMMC中的根文件系统
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 | # 确认rootfs挂载的分区
findmnt -n -o SOURCE /
# 查看根目录下的文件
root@lubancat:~# ls -hl /
total 60K
lrwxrwxrwx 1 root root 7 Sep 11 2024 bin -> usr/bin
drwxr-xr-x 2 root root 4.0K Apr 18 2022 boot
drwxr-xr-x 11 root root 4.8K Jul 23 17:49 dev
drwxrwxr-x 83 root root 4.0K Jul 23 15:59 etc
drwxrwxr-x 8 root root 4.0K Jul 23 15:52 hi_mpp
drwxr-xr-x 3 root root 4.0K Jul 22 09:56 home
lrwxrwxrwx 1 root root 7 Sep 11 2024 lib -> usr/lib
drwx------ 2 root root 16K Jul 23 15:52 lost+found
drwxr-xr-x 2 root root 4.0K Sep 11 2024 media
drwxr-xr-x 2 root root 4.0K Sep 11 2024 mnt
drwxr-xr-x 2 root root 4.0K Sep 11 2024 opt
dr-xr-xr-x 133 root root 0 Jan 1 1970 proc
drwx------ 3 root root 4.0K Jul 23 16:01 root
drwxr-xr-x 17 root root 540 Jul 23 17:51 run
lrwxrwxrwx 1 root root 8 Sep 11 2024 sbin -> usr/sbin
drwxr-xr-x 3 root root 4.0K Jul 22 09:53 srv
dr-xr-xr-x 12 root root 0 Jul 23 17:49 sys
drwxrwxrwt 12 root root 240 Jul 23 17:49 tmp
drwxrwxr-x 11 root root 4.0K Jul 22 08:55 usr
drwxr-xr-x 11 root root 4.0K Jul 23 15:59 var
|
6.6. 重新烧录¶
使用ToolPlatform或者SD卡烧录方式，选择backup-rootfs.img作为rootfs分区的镜像进行烧录。
烧录完成后查看rootfs分区是否自动扩展，创建的时间标志内容是否正确
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 | # 查看分区是否自动扩展
df -h
Filesystem Size Used Avail Use% Mounted on
/dev/root 58G 1.1G 55G 2% /
tmpfs 230M 0 230M 0% /dev/shm
tmpfs 92M 1.1M 91M 2% /run
tmpfs 5.0M 0 5.0M 0% /run/lock
tmpfs 230M 4.0K 230M 1% /tmp
tmpfs 46M 0 46M 0% /run/user/0
# 查看时间标志
cat /date.txt
Thu Jul 23 17:40:14 CST 2026
|
根据时间标志可以确定，这就是我们刚刚备份的镜像。