關(guān)鍵詞：
Linux
Embedded
ARM
摘要：針對(duì)嵌入式系統(tǒng)預(yù)編譯Linux鏡像和發(fā)行版在創(chuàng)客運(yùn)動(dòng)中已經(jīng)很普遍，這些發(fā)行版本已經(jīng)包含組件（有時(shí)候可能超過(guò)必需的），因此學(xué)生和業(yè)余愛(ài)好者們可以很容易的開(kāi)始開(kāi)發(fā)。Ubuntu， Debian和Arch都屬于這樣的發(fā)行版。
1). 簡(jiǎn)介
針對(duì)嵌入式系統(tǒng)預(yù)編譯Linux鏡像和發(fā)行版在創(chuàng)客運(yùn)動(dòng)中已經(jīng)很普遍，這些發(fā)行版本已經(jīng)包含組件（有時(shí)候可能超過(guò)必需的），因此學(xué)生和業(yè)余愛(ài)好者們可以很容易的開(kāi)始開(kāi)發(fā)。Ubuntu， Debian和Arch都屬于這樣的發(fā)行版。
可是，當(dāng)我們需要在計(jì)算機(jī)模塊或者工業(yè)產(chǎn)品上面運(yùn)行定制化或者特殊應(yīng)用的Linux鏡像時(shí)候，一個(gè)預(yù)編譯的嵌入式Linux發(fā)行版本并不一定是最好的選擇。編譯一個(gè)鏡像有一整套流程，在這個(gè)過(guò)程中，可以去掉任何不想要的但會(huì)導(dǎo)致開(kāi)機(jī)時(shí)間增加，影響處理速度以及浪費(fèi)內(nèi)存空間的項(xiàng)目。很多時(shí)候我們因?yàn)橄到y(tǒng)里面有很多無(wú)用的應(yīng)用和服務(wù)在運(yùn)行導(dǎo)致系統(tǒng)資源浪費(fèi)。舉例說(shuō)明，在headless應(yīng)用中，桌面環(huán)境是不需要的，因此我們應(yīng)該編譯一個(gè)基于控制臺(tái)的版本，也就是一個(gè)更快更輕量級(jí)的Linux版本。另一個(gè)使用預(yù)編譯版本的弊端是授權(quán)問(wèn)題，如Canonical (提供Ubuntu發(fā)行版本的公司) 就不允許在沒(méi)有適當(dāng)合作認(rèn)證前提下隨意定制和銷(xiāo)售Ubuntu。與之相反，基于一個(gè)定制的Linux版本，我們可以完全控制所需安裝的包以及使用的授權(quán)。因此，我們就可以根據(jù)項(xiàng)目軟硬件需求擁有一個(gè)更優(yōu)化的Linux鏡像。
但是，如果我們想要將自己開(kāi)發(fā)的Qt應(yīng)用或者C應(yīng)用集成到定制Linux版本中，我們?cè)撛趺醋瞿兀渴遣皇切枰染幾g應(yīng)用然后復(fù)制到板子上面？還是需要先創(chuàng)建如”.ipk”或者”.deb”文件，然后復(fù)制到系統(tǒng)中去？如何將應(yīng)用包含到”local.conf”文件的” IMAGE_INSTALL_append”中去？如何像其他嵌入式設(shè)備那樣使應(yīng)用在系統(tǒng)啟動(dòng)后自動(dòng)運(yùn)行？
在本文中，我們將演示如何使用OpenEmbedded/Yocto編譯系統(tǒng)工具以自動(dòng)方式來(lái)實(shí)現(xiàn)上面問(wèn)題，我們將會(huì)快速展示基于bitbake來(lái)實(shí)現(xiàn)如編譯，包安裝，文件夾創(chuàng)建以及添加類(lèi)似系統(tǒng)啟動(dòng)后應(yīng)用自動(dòng)運(yùn)行服務(wù)的步驟。之后，我們將會(huì)為我們產(chǎn)品或者計(jì)算機(jī)模塊獲得一個(gè)定制化的嵌入式Linux發(fā)布版本。盡管不同開(kāi)發(fā)平臺(tái)或者單板之間的操作細(xì)節(jié)可能有些不同，但是原理都是一致的。
2). 準(zhǔn)備
為了跟隨下面步驟操作，首先需要配置一個(gè)用于編譯嵌入式Linux鏡像的環(huán)境，請(qǐng)參考Toradex 開(kāi)發(fā)者中心教程。Toradex使用OpenEmbedded-core編譯系統(tǒng)來(lái)編譯鏡像。基本上，這個(gè)教程包含：
a). 安裝準(zhǔn)備
b). Repo安裝
c). 下載Toradex BSP version2.5
d). 因?yàn)槲覀儜?yīng)用是基于Qt，因此需要在”stuff”目錄下添加 ”meta-qt5” layer，運(yùn)行下面命令來(lái)添加：
e). 基于上面所有，我們可以開(kāi)始編譯我們自己的嵌入式Linux版本了。
3). 使用QtCreator 創(chuàng)建應(yīng)用程序
為了演示需要，我們開(kāi)發(fā)了一個(gè)雙屏顯示應(yīng)用，實(shí)際上是兩個(gè)程序運(yùn)行在不同的顯示屏。這類(lèi)應(yīng)用很常見(jiàn)，如機(jī)場(chǎng)值機(jī)柜臺(tái)，或者在汽車(chē)中，一個(gè)是方向盤(pán)后面有儀表盤(pán)組，另一個(gè)是用于多媒體功能，GPS導(dǎo)航等的顯示面板。本文并未涉及Qt交叉編譯應(yīng)用的詳細(xì)配置，關(guān)于這個(gè)信息請(qǐng)參考Toradex開(kāi)發(fā)者中心這篇文章。
上述兩個(gè)應(yīng)用程序的源代碼可以從GitHub上面找到，請(qǐng)記住當(dāng)我們編譯鏡像的時(shí)候，這兩個(gè)應(yīng)用程序會(huì)按照我們稍后編寫(xiě)的recipe文檔指令自動(dòng)下載和編譯。
重要：當(dāng)鏡像編譯時(shí)候?yàn)榱舜_定應(yīng)用從哪里安裝，務(wù)必添加下述紅色部分代碼到“.pro” Qt 項(xiàng)目文件：
4). 同步應(yīng)用程序到GitHub
我們選擇使用GitHub是因?yàn)樗峁┌姹究刂乒ぞ撸瑫r(shí)由于它是云平臺(tái)，這樣任何人都可以訪問(wèn)存儲(chǔ)在上面的項(xiàng)目和應(yīng)用。不過(guò)，它也提供”private repository”選項(xiàng)。稍后，我們將會(huì)看到recipte通過(guò)GitHub下載應(yīng)用，并自動(dòng)安裝到我們定制的Linux鏡像中。為了達(dá)到這個(gè)目的，我們首先要將應(yīng)用程序所在的本地文件夾同步到GitHub倉(cāng)庫(kù)。我們需要為每個(gè)應(yīng)用創(chuàng)建一個(gè)對(duì)應(yīng)的倉(cāng)庫(kù)。
a). 從我們已經(jīng)創(chuàng)建的GitHub賬戶進(jìn)入，我們需要添加一個(gè)倉(cāng)庫(kù)。點(diǎn)擊右上角的 ，然后選擇"NewRepository"，在新加載的頁(yè)面中，設(shè)定好"name", 添加 "description"，最后點(diǎn)擊"Createrepository"。
b). 在接下來(lái)的頁(yè)面中，GitHub給出一些選項(xiàng)。為了方便，我們選擇如下：
上述命令在主機(jī)對(duì)應(yīng)Qt應(yīng)用文件夾中執(zhí)行：screen1和screen2。請(qǐng)記得編輯URL為你的GitHub 用戶名和倉(cāng)庫(kù)名。執(zhí)行push命令后，輸入GitHub用戶名和密碼，項(xiàng)目就會(huì)被上傳了。對(duì)另外一個(gè)應(yīng)用執(zhí)行同樣操作。進(jìn)入你的GitHub profile頁(yè)面，就可以看到新的倉(cāng)庫(kù)了。
5). 創(chuàng)建layer和recipes
什么是recipe？按照YoctoReference Manual，recipes是以”.bb”后綴結(jié)尾的文件，recipe主要包含有關(guān)給定軟件的信息，包括從哪里獲取源，應(yīng)用補(bǔ)丁，如何編譯源代碼以及如何在最后打包所有。
添加一個(gè)新recipe到編譯環(huán)境比較好的方式是將其放到一個(gè)新的layer里面，Layers通常是按照機(jī)器類(lèi)型，功能或相似條目組織的一組meta-data。我們用meta-toradex layer為例，Toradex通過(guò)這個(gè)layer給客戶提供Board Support Packages (BSP's),定制化 kernel, U-boot, 圖形特性等很多內(nèi)容。另一些大家熟知的layer 如meta-beagleboard, meta-fsl-arm和meta-intel-galileo。此外，我們也發(fā)現(xiàn)一些很有趣的layer比如meta-games, meta-maker以及無(wú)人機(jī)相關(guān)的meta-uav。大量的layer列表可以從這里找到。作為示例，我們這里創(chuàng)建一個(gè)新layer "meta-projects"。
a). 進(jìn)入"oe-core/stuff"文件夾，我們可以發(fā)現(xiàn)很多l(xiāng)ayers，包括上面提到的meta-toradex。在這里利用”mkdir”命令創(chuàng)建新名字為"meta-projects"的文件夾。
b). 進(jìn)入"meta-projects"文件夾，再次創(chuàng)建一個(gè)名字為"conf"的新文件夾。
c). 進(jìn)入"conf"文件夾，利用文本編輯工具如”vi”創(chuàng)建一個(gè)名字為"layer.conf"的新文件，并添加下面內(nèi)容，這是一個(gè)layer配置文件所需的最簡(jiǎn)格式，注意我們layer名字用紅色顯示。
d). Recipes在layer文件夾中按照應(yīng)用類(lèi)型，軟件分類(lèi)等組織，進(jìn)入到”meta-toradex” layer文件夾，可以發(fā)現(xiàn)所有關(guān)于Qt相關(guān)的recipes和應(yīng)用都在”recipes-qt”文件夾里面，而所有和內(nèi)核相關(guān)的都在”recipes-kernel”文件夾里面，依此類(lèi)推。因?yàn)槲覀兊膽?yīng)用是和Qt相關(guān)，因此我們?cè)凇眒eta-projects”目錄下創(chuàng)建名字為”recipes-qt”的文件夾。
e). 在”recipes-qt”文件夾里面，我們?yōu)槊恳粋€(gè)應(yīng)用程序創(chuàng)建一個(gè)以應(yīng)用名字命名的文件夾。
6). 編輯recipes功能和項(xiàng)目（GitHub下載，自動(dòng)運(yùn)行等）
a). 我們基于下面實(shí)現(xiàn)編譯和安裝一個(gè)”HelloWorld” C程序的簡(jiǎn)單recipes來(lái)編寫(xiě)我們的recipes。
b). 在每一個(gè)recipe文件夾，我們創(chuàng)建一個(gè)作為recipe本身的”.bb”文件。這個(gè)文件應(yīng)包含下面一些基本變量如：
./ DEscriptION – recipe簡(jiǎn)述以及其包含的軟件
./ SECTION – recipe 類(lèi)型說(shuō)明
./ LICENSE – recipe或軟件適用的license文件
./ LIC_FILES_CHKSUM – license文件的Checksum號(hào)
./ SRC_URI – 應(yīng)用或者其源代碼地址
./ SRCREV – GitHub對(duì)應(yīng)的所需commit 標(biāo)簽
我們第一個(gè)程序所用的recipe文件如下，第二個(gè)recipe依此類(lèi)推。
c). 分析上面recipe，我們可以發(fā)現(xiàn)一些重要項(xiàng)目。
./ 在”LICENSE”條目我們聲明了所使用的license，MIT license在開(kāi)源項(xiàng)目中被廣泛使用，在”stuff/openembedded-core/meta/files/common-licenses/MIT”這里也可以找到。
./ Checksum 號(hào)可以通過(guò)一個(gè)Linux 應(yīng)用 md5sum獲取，如下操作。另外，如果項(xiàng)目不是開(kāi)源的，其他license也可以被直接使用或者創(chuàng)建，不過(guò)請(qǐng)一定聲明正確的license文件路徑和checksum。
---------------------
md5sum MIT
0835ade698e0bcf8506ecda2f7b4f302 MIT
---------------------
./ “SRC_URI” 聲明了應(yīng)用的路徑，在文本情境是一個(gè)GitHub路徑。應(yīng)用被下載，編譯，并安裝在我們鏡像的root 文件系統(tǒng)下。
./ “SRCREV”參數(shù)聲明要使用的倉(cāng)庫(kù)commit標(biāo)簽。可以進(jìn)入GitHub上你的 repositorycommit部分來(lái)查詢要使用的標(biāo)簽，https://github.com/giobauermeister/app-artigo-screen1/commits/master，然后點(diǎn)擊下面標(biāo)示的按鍵來(lái)保存標(biāo)簽，建議使用最新的commit。
./ “DEPENDS”那里我們聲明了一些Qt依賴。
d). 下一步，我們來(lái)準(zhǔn)備”do_install”功能，是負(fù)責(zé)用于安裝我們應(yīng)用初始化腳本的，同時(shí)，我們還需要一個(gè)unit configuration file (.service)，負(fù)責(zé)自動(dòng)啟動(dòng)我們應(yīng)用，即上面recipe文件中設(shè)計(jì)的下面兩個(gè)文件。
---------------------
${WORKDIR}/git/qt-artigo-embarcados-screen1.sh
${WORKDIR}/git/qt-artigo-embarcados-screen1.service
---------------------
./ 每一個(gè)程序的初始化腳本和unit文件都應(yīng)存放在對(duì)應(yīng)的GitHub倉(cāng)庫(kù)。以”.service”結(jié)尾的unitconfiguration文件編碼了由”system”控制和管理的操作流程。Service 文件可以在”/etc/systemd/system/”下找到，為了分配在”/lib/systemd/system/”下也有。服務(wù)可以通過(guò)systemctl命令被啟動(dòng)或者永久使能。更多關(guān)于”system”的信息請(qǐng)見(jiàn)Toradex開(kāi)發(fā)者中心這篇文章。
請(qǐng)注意安裝目錄是在Qt Creator project file (.pro)里面定義，如在本文”使用Qt Creator 創(chuàng)建應(yīng)用程序”章節(jié)所述。
./ Unit 文件 “qt-artigo-embarcados-screen1.service”內(nèi)容如下。另一個(gè)應(yīng)用的unit文件除了更改對(duì)應(yīng)的”ExecStart”路徑，其他是完全一樣的。
---------------------
[Unit]
Description=Starts Embarcados Qt demoapplication screen1
After=multi-user.target
[Service]
Type=simple
ExecStart=/usr/bin/qt-artigo-embarcados-screen1.sh
[Install]
WantedBy=multi-user.target
---------------------
./ 注意到unit文件調(diào)用了初始化腳本，screen1和screen2應(yīng)用的腳本內(nèi)容如下：
./ 注意命令” exportQT_QPA_EGLFS_FB=/dev/fb0”，這個(gè)命令用來(lái)聲明程序運(yùn)行使用的framebuffer，這個(gè)新參數(shù)是在Qt5中引入的。上面兩個(gè)腳本都需要上傳到GitHub每個(gè)應(yīng)用對(duì)應(yīng)的倉(cāng)庫(kù)，并在系統(tǒng)鏡像編譯中被自動(dòng)下載和安裝。
7). 編譯image
a). 進(jìn)入oe-core目錄，對(duì)”export”文件進(jìn)行source操作來(lái)設(shè)置環(huán)境。在第一次調(diào)用時(shí)候，會(huì)同時(shí)在”build/conf”目錄下創(chuàng)建一些最簡(jiǎn)的配置文件”*.conf”。source操作后會(huì)讓我們進(jìn)入”build”目錄下，在這里我們將”bitbake”我們的鏡像。
b). 在”build/conf”目錄下我們發(fā)現(xiàn)有”bblayer.conf”和”local.conf”文件。包含我們鏡像所有資源的layers在”bblayer.conf”文件中被列出。之前我們?cè)凇眘tuff”文件夾復(fù)制了”meta-qt5” layer，現(xiàn)在我們將”meta-qt5”和”meta-projects”都添加到”bblayers.conf”文件。
c). 在”local.conf”文件中我們發(fā)現(xiàn)定義了一些編譯選項(xiàng)和設(shè)置，如編譯目標(biāo)平臺(tái)，使用多少核心去編譯，下載路徑等。我們創(chuàng)建一個(gè)新的變量” IMAGE_INSTALL_append”，用來(lái)指明將被安裝的包括我們Qt應(yīng)用在內(nèi)的一些項(xiàng)目。
進(jìn)入”local.conf”文件，添加/修改如下內(nèi)容：
“ACCEPT_FSL_EULA”變量需要被設(shè)置，以確認(rèn)我們接受來(lái)自原來(lái)Freescale的license條款。在所有iMX6平臺(tái)都需要聲明這個(gè)。另外，我們也移除了一些桌面相關(guān)的項(xiàng)目，因?yàn)槲覀兊溺R像是console鏡像。
d). 在編輯完上面兩個(gè)配置文件后，我們進(jìn)入”build”目錄運(yùn)行下面”bitbake”命令開(kāi)始編譯流程。
---------------------
bitbake console-trdx-image
---------------------
8). 更新鏡像到計(jì)算機(jī)模塊
鏡像更新步驟在Toradex 開(kāi)發(fā)者中心文檔已經(jīng)被詳細(xì)描述，請(qǐng)見(jiàn)FlashingEmbedded Linux to iMX6 modules。
9). 測(cè)試我們的最終鏡像
更新鏡像后，Linux會(huì)自動(dòng)運(yùn)行，之后可以看到我們的應(yīng)用會(huì)自動(dòng)啟動(dòng)。另外也可以通過(guò)一些啟動(dòng)信息看到我們的systemd文件也啟動(dòng)了。
10). 總結(jié)
本文旨在為嵌入式系統(tǒng)編譯定制化鏡像提供基本指導(dǎo)。我們了解到一個(gè)鏡像可以被定制，改進(jìn)后應(yīng)用在一個(gè)產(chǎn)品中。我們也了解到關(guān)于git，layer和reciptes的概念。文本許多理念也在被一些公司使用，如Toradex，一個(gè)計(jì)算機(jī)模塊提供商。Toradex通過(guò)layers “meta-toradex”和”meta-toradex-extra”向它的客戶提供非常多的開(kāi)發(fā)資源，包括Board Support Package，examples，demos等。誰(shuí)知道下一個(gè)是不是就是你，通過(guò)創(chuàng)造images，layers或者applications來(lái)引領(lǐng)嵌入式系統(tǒng)世界新的革命！
參考文檔
http://developer.toradex.com/how-to/how-to-set-up-qt-creator-to-cross-compile-for-embedded-linux
http://www.yoctoproject.org/docs/current/dev-manual/dev-manual.html#new-recipe-writing-a-new-recipe
http://playerstage.sourceforge.net/wiki/Cross_Compile_Player_with_Openembedded_and_BitBake#Player_Recipe
http://bec-systems.com/site/501/best-practices-for-building-qt-applications-with-openembedded
https://wiki.yoctoproject.org/wiki/Creating_a_recipe_for_a_Qt_application
https://github.com/meta-qt5
https://wiki.yoctoproject.org/wiki/Building_your_own_recipes_from_first_principles
https://community.freescale.com/docs/DOC-94849
https://wiki.yoctoproject.org/wiki/How_do_I
http://www.yoctoproject.org/docs/current/ref-manual/ref-manual.html
https://opensource.org/licenses/MIT
http://choosealicense.com/licenses/mit/
http://www.freedesktop.org/software/systemd/man/systemd.service.html
https://wiki.archlinux.org/index.php/Systemd
https://coreos.com/docs/launching-containers/launching/getting-started-with-systemd/
http://developer.toradex.com/knowledge-base/how-to-autorun-application-at-the-start-up-in-linux
http://www.embeddedlinux.org.cn/OEManual/recipes_examples.html
http://wiki.openmoko.org/wiki/BitBake_recipe
https://www.wolfssl.com/wolfSSL/Docs-beginners-guide-yocto-openembedded-recipe.html
文本最初以葡萄牙語(yǔ)發(fā)表于Embarcados.com，請(qǐng)見(jiàn)這里。
