Hello-Embedded-Linux

• 概述
  • 准备工作
    • 使用 Buildroot 构建系统
    • 使用 OpenWrt 构建系统
    • 使用 Yocto 构建系统
  • 内容简介
    • 认识和操作嵌入式 Linux 系统
      • 系统初始化
      • 命令行 - vi 和 shell
      • 系统资源及其配置
      • 交叉编译
      • 硬件设备操作
      • 网络操作

概述

嵌入式 Linux 设备多种多样，因 Linux 系统内核、驱动、应用等的自由裁剪和组合，导致不同设备上的软件系统，开发和测试人员在面对一个新设备时难免会感到困惑，在此总结一些通用知识，介绍几个主流嵌入式 Linux 系统之间的异同点，及其跟桌面 Linux 发行版之间的差别，方便熟悉和掌握各种不同的嵌入式 Linux 系统操作方法。

准备工作

本文档大部分情况下采用 QEMU 来模拟嵌入式设备，如果你已经有嵌入式开发板或设备，则可以结合本文档来实操，而不一定需要安装 QEMU；

QEMU 是一个开源的硬件模拟器和虚拟器，当用作硬件模拟器时，QEMU 可以在一台机器（例如 PC）上运行为另一台机器（例如 ARM 开发板）制作的操作系统和程序；本文档使用 Buildroot、OpenWrt、Yocto 等构建系统来制作嵌入式 Linux 操作系统及程序，以下在桌面版 Ubuntu 20.4 系统中分别说明其制作方法；

请先确保系统安装了 QEMU，执行以下命令：

sudo apt install qemu

使用 Buildroot 构建系统

Buildroot 是一个简单、高效、易用的构建工具，通过交叉编译生成嵌入式 Linux 系统，支持多种嵌入式 Linux 开发板，同时也支持一些 QEMU 板级；以下使用 Buildroot 板级 qemu_arm_vexpress_defconfig 来构建固件，对应 qemu 机器 vexpress-a9；

安装必要的软件（参考链接： The Buildroot user manual）：

sudo apt install which sed make binutils build-essential gcc g++ bash patch gzip bzip2 perl tar cpio unzip rsync file bc wget git

下载 Buildroot 源码并更新到需要的版本：

# 使用git下载源码库
# git clone https://git.busybox.net/buildroot
# 镜像下载
git clone https://gitee.com/mirrors/buildroot.git
cd buildroot
git reset --hard 2021.02.2

执行默认配置的编译对应板级的固件：

# cd buildroot
make qemu_arm_vexpress_defconfig
make

编译成功后固件在 output/images/ 目录下，如图：

执行脚本 output/images/start-qemu.sh serial-only 以终端方式（无显示屏）运行编译后的固件，如图：

使用 OpenWrt 构建系统

OpenWrt 是一个面向嵌入式设备的 Linux 操作系统，最初是针对路由器设备，拥有强大的网络组件和扩展性，具有良好的模块化和可定制性，现在也常用做其他嵌入式设备的 Linux 发行版；

因 OpenWrt 源码 编译时间较长，且编译过程中可能碰到各种各样的问题，为方便起见，在此使用 官方提供 的 QEMU arm 镜像文件；

下载镜像文件：

mkdir -p openwrt-bin
cd openwrt-bin
# 下载内核镜像
wget https://downloads.openwrt.org/snapshots/targets/armvirt/32/openwrt-armvirt-32-zImage
# 下载根文件系统镜像并解压
wget https://downloads.openwrt.org/snapshots/targets/armvirt/32/openwrt-armvirt-32-rootfs-ext4.img.gz
gunzip -kv openwrt-armvirt-32-rootfs-ext4.img.gz

如图：

使用以下命令运行镜像：

# run-qemu-arm_openwrt.sh
qemu-system-arm -nographic -cpu cortex-a7 -smp 1 -M virt -m 256 \
-kernel openwrt-armvirt-32-zImage -append "console=ttyAMA0,115200 rootwait root=fe00" \
-blockdev driver=raw,node-name=hd0,cache.direct=on,file.driver=file,file.filename=openwrt-armvirt-32-rootfs-ext4.img \
-device virtio-blk-pci,drive=hd0

运行后如图：

使用 Yocto 构建系统

Yocto 是一个开源协作项目，提供了一些列模板、工具和方法，旨在帮助用户创建自定义的基于 Linux 的系统，可用于任何架构的硬件，例如：嵌入式设备、服务器或虚拟环境等；以下使用 beaglebone-yocto 板级来作演示；

参考链接：Yocto Project Quick Build — The Yocto Project ® 3.4 documentation, 4 Using the Quick EMUlator (QEMU) — The Yocto Project ® 3.4 documentation

安装必要的软件：

sudo apt install gawk wget git diffstat unzip texinfo gcc build-essential chrpath socat cpio python3 python3-pip python3-pexpect xz-utils debianutils iputils-ping python3-git python3-jinja2 libegl1-mesa libsdl1.2-dev pylint3 xterm python3-subunit mesa-common-dev zstd liblz4-tool

下载源码并更新到需要的版本：

# 使用git下载源码库
# git clone git://git.yoctoproject.org/poky
# cd poky
# git reset --hard dunfell-23.0.12
# 若git下载较慢，可直接下载源码包并解压
wget http://downloads.yoctoproject.org/releases/yocto/yocto-3.1.12/poky-dunfell-23.0.12.tar.bz2
tar -xvf poky-dunfell-23.0.12.tar.bz2

设置环境变量：

cd poky-dunfell-23.0.12
source oe-init-build-env
# 执行上一条命令后，终端将进入build目录，下面的内容都以该目录为基础

修改编译配置文件 build/conf/local.conf，修改板级为 beaglebone-yocto，将第 31 行：

#MACHINE ?= "beaglebone-yocto"

改为：

MACHINE ?= "beaglebone-yocto"

启用并行编译并节省磁盘空间，在文件末尾加入：

INHERIT += "rm_work"
BB_NUMBER_THREADS = "2"
PARALLEL_MAKE = "-j 2"

如图：

然后开始编译：

bitbake -k core-image-minimal

编译时间较长，若编译失败，可删除 sstate-cache, cache, tmp目录下的所有文件重新编译，编译成功后的固件在 tmp/deploy/images/beaglebone-yocto/ 目录下，如图：

修改 QEMU 运行配置文件 tmp/deploy/images/beaglebone-yocto/core-image-minimal-beaglebone-yocto.qemuboot.conf，加入选项 -nographic，如图：

最后执行以下命令运行编译的镜像：

runqemu beaglebone-yocto

运行后如图：

内容简介

认识和操作嵌入式 Linux 系统

从使用者角度介绍嵌入式 Linux 系统基础知识和操作方法；

系统初始化

介绍用户空间初始化流程；

命令行 - vi 和 shell

介绍常见命令行使用方法和shell脚本基本语法；

系统资源及其配置

介绍系统级资源及其配置方法；

交叉编译

介绍开源软件交叉编译方法；

硬件设备操作

介绍常用硬件操作和使用方法；

网络操作

介绍网络操作方法；