嵌入式linux系统镜像制作day1

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01、前言

    嵌入式设备（例如心电图检测仪，售票系统等）。尽管，嵌入式设备像那些智能手机一样，绝大多数都使用同样的硬件和软件，包括系统芯片SoC、储存、连接和多媒体接口、操作系统和设备驱动等，两者还是具有鲜明的差异。所不同的典型特点是嵌入式设备的低销量和长生命周期，这给OEM(原始设备制造商)带了极大的挑战。

02、从旧版本软件编译和维护中学到的经验

    通常，OEM 倾向于从底层开始研发嵌入式平台，因为这能够使其控制项目以及根据需求定制平台。诸如SoC、内存、电源管理、多媒体以及连接端口、外设、显示等都将会集成到PCB上。包括设备驱动、板级支持包、用户界面等在内的软件将会自己开发或者部分由OEM 外包。

    从底层开始的嵌入式产品研发需要高额的不可回收成本以及 OEM 涉及各种活动的固定成本和开销。并且，产品研发时间的增加，会导致成本的上升和延长上市时间。高额的净开支意味着需要更长的时间达到销量的盈亏平衡。所以，OEM 需要能够在较长的一段时间内无需任何重新设计就可以重复使用的嵌入式平台。较低的销量也排除了在硅晶元件制造方面利用规模经济的可能，这会进一步增加成本。基于芯片的开发，同样也会给项目增加重大的风险。在从底层开始的整个开发中，出错的概率是很高的，这又会增加投入成本和延长上市时间。

03、嵌入式的蜕变

    你仍然需要通过本地连接来访问和控制你的嵌入式设备。出于安全考虑，你不一定想要通过网络来做一些关键的配置或者数据传输。亦或，你的设备需要一个特殊的维护接口。在这篇文章中，我将会分享通过USB 和你的嵌入式设备通信的方法。

    讨论USB “主机”和“客户端”。“主机”是指用于连接你嵌入式设备的电脑，“客户端”则是你的嵌入式设备。并且，我会讨论只在 Windows CE 中的一些方法。Linux 也提供类似的方法。

如果你只需要在嵌入式设备上存取文件，那么大容量存储设备会更加合适。因为，用户将嵌入式设备视为挂载到电脑上的普通存储设备，所以你对于这整个过程掌控甚少。并且只有当 USB 设备插入后，嵌入式设备才能访问文件。

串行设备

介绍下所需的步骤：

客户端

1、禁用 ActiveSync，否则会占用串口连接

2、默认情况下，主机上将会显示 Microsoft USB Sync 设备。当你开始销售你的产品时，你应该修改这些配置，当然在开始研发的时候，你也可以不进行设置。

3、开发应用，在虚拟串口上发送命令和数据。

主机：在主机上我们使用 WinUSB 和我们的嵌入式设备通讯

1、如果你在上面第二步中，修改客户端上的厂商ID和产品ID，你就必须重新编译自己的 INF 文件，匹配 idVendor 和 idProduct。

2、开发应用，控制设备以及发起通信。

04、降本增效

    费用、性能、PCB 设计、内存、上市时间、技术支持、外壳、I/O 配置、尺寸、采购、灵活性、扩展性、元件停产、合规、认证。这是一长串清单。当在开发嵌入式产品的时候，你会遇到以上大量的问题。

    正如你所了解的，现成的单板电脑是一种在一块 PCB 板上集成SoC、存储和 I/O （USB，UART 等接口）以及相应的设备驱动、操作系统和 BSP 的面向应用的嵌入式平台。因此，你的产品开发会变得相当简单。只需要编写你的应用程序，将电路板放入一个漂亮的盒子，那么你的产品基本上可以准备进入市场了。

    单板电脑是那些不会在未来进一步演进的产品的理想选择。例如公园的喷泉控制器系统，在未来处理能力方面不会有增强的需求。那么单板电脑这种场合下就可以使用。然而，要求苛刻的应用，如医疗、自动化、机器人和航空等设备，会根据消费者需求和技术进步，在未来发生改良。这种情况下，就会遇到单板电脑带来的挑战。

BSP（Board Support Package）是指板级支持包，它是一组软件组件和工具，用于支持特定硬件平台上的操作系统、设备驱动程序和应用程序的开发和运行。

1. 引导加载程序（Bootloader）：负责初始化硬件并在操作系统启动前加载操作系统。

2. 设备驱动程序：为硬件设备提供软件接口，使操作系统能够与硬件设备进行通信。

3. 硬件抽象层（HAL）：提供硬件无关的接口，使操作系统和其他软件组件能够与硬件进行交互。

4. 配置文件：包含硬件平台的配置信息，如内存映射、外设配置等。

5. 工具和实用程序：用于开发、调试和测试的工具，如编译器、调试器、性能分析工具等。

05、Yocto Project 参考构建系统 Poky 之间的差异和联系

介绍使用 meta-distribution 的动机。如果您已经知道 bitbake 和 OpenEmbedded，以及它们的优点，那么你可以跳过该部分。

BitBake 是一个任务执行引擎，主要用于构建嵌入式 Linux 系统。它是 Yocto 项目的一部分，用于自动化软件包的编译、配置和部署过程。BitBake 通过读取和解析配方（recipes）和配置文件来执行任务，这些文件定义了如何构建软件包以及如何将它们集成到最终的系统镜像中。

BitBake 的主要功能

1. 任务执行：BitBake 根据配方和配置文件中的定义，自动执行编译、打包和安装等任务。

2. 依赖管理：BitBake 能够解析软件包之间的依赖关系，并确保按照正确的顺序执行任务。

3. 并行处理：BitBake 支持并行执行任务，以提高构建过程的效率。

4. 可扩展性：通过编写自定义的配方和配置文件，用户可以扩展 BitBake 的功能，以满足特定的需求。

BitBake 的基本概念

1. 配方（Recipe）：定义了如何构建一个软件包的文件，通常以 .bb 或 .bbappend 为扩展名。配方文件包含了软件包的源代码地址、编译选项、依赖关系等信息。

2. 层（Layer）：一组相关的配方和配置文件的集合。层可以包含多个配方文件，以及用于配置构建环境的文件。

3. 配置文件：定义了构建环境的配置，如目标架构、编译器选项、系统配置等。

4. 任务（Task）：BitBake 执行的基本工作单元，如获取源代码、配置、编译、打包等。

BitBake 的工作流程

1. 解析配方和配置文件：BitBake 读取并解析所有的配方和配置文件，构建出一个完整的依赖关系图。

2. 执行任务：根据依赖关系图，BitBake 按照正确的顺序执行任务，确保每个软件包都按照正确的顺序编译和安装。

3. 生成镜像：最终，BitBake 将所有编译好的软件包集成到一个完整的系统镜像中。

OpenEmbedded 是一个用于构建嵌入式 Linux 发行版的框架，它提供了一个灵活且强大的构建系统，可以用于创建各种嵌入式系统，从简单的单板计算机到复杂的网络设备。OpenEmbedded 的核心是一个任务执行引擎，类似于 BitBake，它能够自动化软件包的编译、配置和部署过程。

OpenEmbedded 的主要特点

1. 高度可定制：OpenEmbedded 允许用户通过编写自定义的配方（recipes）和配置文件来定制构建过程，以满足特定的需求。

2. 广泛的软件包支持：OpenEmbedded 社区维护了一个庞大的软件包集合，涵盖了各种开源软件和库。

3. 多目标支持：OpenEmbedded 可以为不同的硬件平台和目标架构生成系统镜像，支持广泛的嵌入式设备。

4. 层（Layer）系统：OpenEmbedded 使用层（layer）的概念来组织配方和配置文件，使得不同项目和组件可以共享和重用代码。

5. 与 Yocto 项目兼容：OpenEmbedded 与 Yocto 项目紧密集成，共享许多核心组件和技术。

OpenEmbedded 的工作流程

1. 配置构建环境：用户通过配置文件定义目标架构、编译器选项和其他构建参数。

2. 解析配方和配置文件：BitBake 读取并解析所有的配方和配置文件，构建出一个完整的依赖关系图。

3. 执行任务：根据依赖关系图，BitBake 按照正确的顺序执行任务，确保每个软件包都按照正确的顺序编译和安装。

4. 生成镜像：最终，BitBake 将所有编译好的软件包集成到一个完整的系统镜像中。

06、分布与元分布

    为了高效地使用 Linux 和开源软件，发行版系统一般都包含预先编译以及打包好的开源软件。这使得在操作系统中可以方便地安装和移除额外的软件。然而，当软件包需要进一步定制时，例如移除某些功能、不同配置或者集成修复补丁，针对嵌入式项目处理一个大型发行版的软件打包过程将会遇到诸多问题。经典的编译系统仅使用本地编译，相比于在工作站或者编译服务器上，这在嵌入式设备上是相当慢的。软件包的定制无法被上传，因为这对于发行版的其他用户并不适用。在分支中维护这些更改，也是极费时间的。在另一方面，从底层开始构建定制化 Linux 文件系统，而不使用高级的编译系统，同样是十分耗费时间并且容易出错。

    两个针对嵌入式 Linux 最为广泛使用的 meta-distributions 分别是 Buildroot 和 OpenEmbedded。

    在 OpenEmbedded 中，distribution 层配置文件系统的基本功能。Yocto 项目有自己基于 bitbake 和 OpenEmbedded 的 distribution 层，称为 Poky。

Qt历险记 BSP 则使用另一个针对 OpenEmbedded 广为使用的 distribution 层 Ångström。之所以选择 Ångström 的一个原因是 Ångström 提供预编译的软件包。预编译的软件源允许桌面发行版安装其他的软件。这在原型开发阶段会特别有用，我们的演示镜像也是基于这个目的。如果你希望使用 Yocto 项目的参考构建系统 Poky，这也是非常容易的，因为底层所使用的构建系统是一致的。

07、Yocto 详情

在 OpenEmbedded 环境中，一般发布的周期是 6 个月。但版本的名字和序号取决于（子）项目的开发情况。

OpenEmbedded 是一个分层的构建系统。这使得 meta-distributions 核心功能和各个板级支持的开发具有较大的独立性。

Poky 使用 Sato 作为其默认的用户界面，这是一个基于 GTK2 的定制化桌面环境。因此，使用 Poky 构建系统将不需要使用 meta-lxde 层。

    定制化镜像文件部署步骤：在镜像编译完成后，有一个专门的步骤来整合我们的烧写工具和脚本（例如 update.sh）以及生成一个可以分发的 tar.bz2 包。这个镜像定制过程不适用于 Poky 镜像。

总结

下载继续，下节是关键所在。

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