开放嵌入式：构建嵌入式Linux发行版的又一途径（下）

作者： Nick Lethaby

操作系统产品经理

Denys Dmytriyenko

Linux及开源技术专家

德州仪器

引言：在本文中，德州仪器(TI) Nick Lethaby 和 Denys Dmytriyenko概括介绍了开放嵌入式(OE,Open Embedded) Linux构建环境的重要元素，并展示了如何使用它们构建和定制Linux发行版。随着嵌入式处理器的功能日益强大，特性不断丰富，Linux操作系统在嵌入式应用中得到了迅速普及。尽管Linux的开源性与免许可证费用这一事实是其迅速普及的一个主要推动力，但另一个重要推动因素则是来自Linux在台式机与服务器领域广泛使用所提供的丰富应用软件与驱动。

OE 配置文件

配置文件主要分为两类：设备配置与发行版(distro)配置。另外还有本地配置文件以及名为“bitbake.conf”的文件。Bitbake.conf是BitBake读取的第一个文件，包含所有其它配置文件。此外，它还可定义许多全局变量，并称之为bitbake.conf。不建议直接修改 bitbake.conf，建议在distro配置文件或本地配置文件中进行覆盖。设备配置文件可定义特定目标电路板。发行版配置文件可为一台以上的设备定义特定的Linux发行版(比如各种数据包版本)。

发行版配置文件是进行全局设置的最佳场合，该设置可应用于发行版生成的所有镜像。OE可帮助开发人员根据具体镜像或数据包覆盖这些设置，从而高度灵活地处理特殊情况。例如，本地配置(local.conf)文件往往用于放置用户专用配置，以适度修改默认发行版配置的设置。在完成对发行版配置文件和设备配置文件的更详细讨论后，我们将从总体上了解在Arago local.conf文件中所做的其它配置设置。

该发行版配置文件可设定各种基本“内务处理”参数(见列表5)，如发行版本名称、下载源文件和存储所构建数据包的目录以及uImage的支持文件格式等。

列表5：配置文件摘要

# For now Arago is not big enough to warrant a separate distribution,

# reuse Angstrom, but set the name to Arago

DISTRO = "angstrom-2008.1"

# Set the distro name and version, since we now produce own SDK

DISTRO_NAME = "Arago"

DISTRO_VERSION = "2010.05"

BUILDNAME = "${DISTRO_NAME} ${DISTRO_VERSION}"

# Use this to specify where BitBake should place the downloaded sources into

DL_DIR = "${SCRATCH}/downloads"

# Put resulting images and packages in deploy directory outside of temp

#DEPLOY_DIR = "${OEBASE}/arago-deploy"

……

# Add the required image file system types below. Valid are

# jffs2, tar(.gz|bz2), cpio(.gz), cramfs, ext2(.gz), ext3(.gz)

# squashfs, squashfs-lzma

IMAGE_FSTYPES = "jffs2 tar.gz ext2.gz"

此外，该发行版配置文件还可指定构建发行版的目标设备，尽管每台设备启动Linux的详细信息都存放在设备配置文件中。由于发行版配置文件所处的位置由工具链版本决定，因此支持大量设备可能会使文件变得更加复杂。例如，可能需要指定多个大数据包补丁或不同的工具链版本来适应各种不同的设备。其它需要在发行版配置文件中指定的架构相关项包括硬件与软件浮点、是否支持不同的指令集(ARM或Thumb)、以及可能不适应发行版中包含的某些数据包的各类寻址方式。

选择数据包版本是发行版配置文件中较为重要的常见功能之一，以确保所使用的已知兼容性版本。选择版本的方法很多。如果没有指定版本，就选择最新版本。同样，也可指定某种“从不落后于”最新版本的版本。对于需要特定版本的数据包，可为发行版配置文件中的整个发行版指定默认首选版本，如列表6的Angstrom发行版配置文件摘要所示。

列表6：发行版配置文件摘要

ANGSTROM_QT_VERSION ?= "4.6.2"

CE_VERSION ?= "latest"

PREFERRED_VERSION_autoconf = "2.65"

PREFERRED_VERSION_autoconf-native = "2.65"

PREFERRED_VERSION_automake-native = "1.10.3"

PREFERRED_VERSION_busybox?????? = "1.13.2"

PREFERRED_VERSION_glib-2.0????? = "2.24.0"

PREFERRED_VERSION_glib-2.0-native = "2.24.0"

发行版的另一项重要功能是提供一套源程序，以便访问预先构建的二进制数据包。发行版一般使用二进制源程序在运行时动态加载新的数据包。为稳定可靠的添加数据包，发行版还整合了一个数据包管理系统。例如，Angstrom发行版在开始时使用ipkg软件包管理器(近期转向opkg)，因为与dpkag或RPM等桌面数据包管理技术相比，其在满足空间有限的嵌入式应用需求方面具有一定的优势。Ipk格式原本建立在deb格式基础之上，可用ipkg或opkg数据包管理器处理。相比之下，opkg更新，因此也更有优势。数据包格式会使更多的元数据存储在数据包中。这样能够避免加载不兼容的数据包，并确保带来正确运行时间的相关项。Arago可定义其预先构建的IPK源程序(见列表7)，但可能不具有最为广泛的数据包。在需要更多数据包时，可启用Angstrom源程序，但是在混合使用不同源程序时需要更加小心谨慎。

列表7：发行版配置文件摘要

ANGSTROM_PKG_FORMAT ?= "ipk"

require conf/distro/include/

angstrom-package${ANGSTROM_PKG_FORMAT}.inc

#Use this variable to select which recipe you want to use to

#get feed configs (/etc/ipkg/, #/etc/apt/sources.list). Useful

#for derivative distros and local testing

ANGSTROM_FEED_CONFIGS = "arago-feed-configs"

# Feed configuration

ARAGO_URI = "http://feeds.arago-project.org"

ARAGO_FEED_BASEPATH = "feeds/live/${ANGSTROM_PKG_FORMAT}"

DISTRO_FEED_URI = "${ARAGO_URI}/${ARAGO_FEED_BASEPATH}"

在发行版配置文件中可以设置其它通用构建参数。例如，开发人员可将具有更多调试信息或配置文件信息的已完成构建流程指定为标准流程。这些代码行可通过“生产代码”镜像方法注释掉或覆盖，从而可提高最终生产版本的性能。

列表8：发行版配置文件摘要

# Comment these two out if you want BitBake to build

# production images.

DEBUG_BUILD = "1"

INHIBIT_PACKAGE_STRIP = "1"

# Build a package such that you can use gprof to profile it.

PROFILE_OPTIMIZATION = "-pg"

SELECTED_OPTIMIZATION = "${PROFILE_OPTIMIZATION}"

LDFLAGS =+ "-pg

设备配置文件可定义在电路板上引导Linux所需的基本要素。例如，ARM926或ARM Cortex-A8等目标CPU的定义，提供了Linux内核的优先方法提供方以及相应引导加载程序，如列表9所示，显示了TI ARM9视频器件的DM365设备配置文件。

列表9：设备配置文件

#@TYPE: Machine

#@NAME: DM365 CPUs on a Davinci DM365 EVM board

#@DESCRIPTION: Machine configuration for the TI Davinci

DM365 EVM board

require conf/machine/include/dm365.inc

require conf/machine/include/tune-arm926ejs.inc

# Increase this everytime you change something in the kernel

MACHINE_KERNEL_PR = "r45"

TARGET_ARCH = "arm"

KERNEL_IMAGETYPE = "uImage"

PREFERRED_PROVIDER_virtual/kernel = "linux-davinci-staging"

PREFERRED_PROVIDER_virtual/bootloader = "u-boot"

UBOOT_MACHINE = "davinci_dm365_evm_config"

UBOOT_ENTRYPOINT = "0x80008000"

UBOOT_LOADADDRESS = "0x80008000"

EXTRA_IMAGEDEPENDS += "u-boot"

SERIAL_CONSOLE ?= "115200 ttyS0"

EXTRA_IMAGECMD_jffs2 = "--pad --little-endian

--eraseblock=0x20000 -n"

#ROOT_FLASH_SIZE = "29"

MACHINE_FEATURES = "kernel26 serial ethernet usbhost

usbgadget mmc alsa"

每款电路板都需要设备配置文件。实际上，由于使用相同或类似器件的不同电路板的配置步骤通常相同，通用步骤可以合并到包含文件中。这样通过便于维护的无错误方法来简化新设备配置文件的创建。在以上示例中，我们了解了部分包含文件，并更深入地了解了整个设备配置文件的面貌。

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为特定应用定制发行版

虽然Linux应用一般都具有很大的占位面积，但对任何单个应用的需求将明显低于通常为嵌入式发行版所默认的桌面发行版。因此开发人员通常需要尽量缩小存储器占位面积或进行某些其它定制。

嵌入式开发人员面临的另一项重大挑战是Linux软件领域的快速变革。尽管首先要考虑的是不能落后于最新内核版本太多，以免给向后移植补丁带来困难，有时候开发人员仍需要锁定工具链、内核以及将要通过测试并投入生产的应用数据包版本。这样可能就需要创建某些定制方法或配置文件，以便发行版选择不同的组件版本。在对预先存在的发行版进行定制之前，需要花些时间了解该发行版可能提供的“现成”选项。例如，Angstrom可提供具有各种占位面积的稳定开发分支及构建。如果这些选项不能满足特定应用需求，随后就需要进行某些程度的定制。

TI推动Arago发展的原因之一是实现了占位面积的缩小与可扩展性。另一个原因是支持GPLv3许可证软件以及任何加密软件的公司法律问题，这要求与出口控制规定相关的其它合规工作。接下来将讨论Arago中引入的部分方法及配置文件，并说明如何从现有发行版中导出定制发行版。

为解决占位面积与可扩展性问题，Arago创建了其自己的镜像与任务 方法集，其中一部分已经讨论过了。对许多应用而言，这样已经足够。但是对Arago而言，就必须自行修改部分数据包的方法。虽然最初在Arago中所做的大量修改将用于修复方法中的普通漏洞，以避免其进入上游的标准OE与Angstrom文件，但还是要注意避免GPLv3或加密所要求的那些不适合推向上游的变更。例如，由于SSH内含加密功能，我们不得不将其从发行版中移除。这可连带影响 busybox方法，它需要启用独立远程登录后台程序，通过其默认配置“defconfig”文件远程访问外壳脚本。因为后续需要维护修改过的 方法，使之能随主方法的变更而变更，这种方法仅建议在没有其他方法可以使用的情况下使用。

可以通过强制选择在引入GPLv3许可证或任何该许可证下发行的补丁之前发行的gdb与gdbserver版本来清除GPLv3内容。除了选择特定GBD版本外，Arago还可选用CodeSourcery工具链的预构建版本。这样就减少了用户的初期构建时间，因为这样无需通过源程序构建这些工具。

这种方法不是修改Angstrom配置文件或方法文件，而是在本地配置文件中选择定制Arago的GCC选择。这样可以覆盖发行版配置文件中的优先版本。如列表10所示，Arago本地配置文件可设置各种gdb相关组件的最新优先版本，禁用SSH包含，从而可避免出现加密软件。需要注意的是，使用预构建GCC二进制文件而不从源程序中构建，需要能够在OE中添加和修复外部工具链，而并非简单地选择特定版本。

列表10：本地配置文件摘要

# Set some preferences

PREFERRED_PROVIDER_update-alternatives-cworth =

"update-alternatives-cworth"

PREFERRED_PROVIDER_ncurses-tools = "ncurses"

PREFERRED_PROVIDER_gdbserver = "gdbserver"

PREFERRED_VERSION_gdbserver = "6.6"

PREFERRED_VERSION_gdb = "6.6"

PREFERRED_VERSION_gdb-cross-sdk = "6.6"

PREFERRED_PROVIDER_libopkg-dev = "opkg-nogpg"

# Disable DropBear for now due to export restrictions

DISTRO_SSH_DAEMON = ""

虽然本地配置文件是Arago中选择的主要定制方法，开发人员也可使用BitBake搜索路径插入自己的方法文件，覆盖已有发行版中的部分选择。

OE的不足之处

虽然OE是一种功能强大的工具，但其学习过程非常漫长，构建错误的根源可能很难发现。不熟悉OE的开发团队至少需要几周时间才能达到中等熟悉程度。因此，除非能找到之前有过OE经验的开发人员，否则在现有项目中使用OE或者在日程要求紧张的项目中首次使用OE都是不提倡的。

新推出的商业工具旨在解决某些易用性问题，但都要收取许可证费。此外，Narcissus项目还可为嵌入式设备构建基于Angstrom的根文件系统提供基于web的易用型前端。

第二个不足之处是构建时间。在开发人员首次使用OE构建发行版时，需要一切从源程序开始构建，其中包括工具链以及额外的主机工具等。因此初期构建非常耗时，并且需要设备至少支持千兆字节RAM。当然，后续构建的速度会显著提升，因为工具链等众多组件都无需重复构建。如果增量构建仍然不能满足时间要求，使用OE生成一个能够便捷地与其它构建工具配合使用的SDK则是一个不错的选择。

结论

OE提供一种创建嵌入式Linux发行版的途径，该发行版可通过预测试数据包构建方法的大型数据库得到充分利用。这可显著缩短创建新发行版所需的时间。此外，开发人员还能够以大量已有发行版为出发点，创建自己的发行版。OE不但功能强大，而且还具有高度的灵活性，能够帮助开发人员根据自身特定应用需求量身定制发行版。但这种高性能与高灵活性的另一面是学习难度增大。因此，在项目日程过紧的情况下开发OE专业技术并不是最佳选择。

本文来自《电子工程专辑》2012年1月刊，版权所有，谢绝转载。