基于Yocto Project的定制嵌入式Linux產品設計淺析

引言

Linux作為嵌入式系統的主要工具，具有源代碼開放、完全可定制、支持許多網絡協議、服務器級別高、可靠性高等很多優點。但現有的嵌入式Linux市場開始分化，現有的選擇包括半導體廠商提供的實例方案、嵌入式OSV提供商應用的嵌入式Linux產品、嵌入式產品開發商的自有方案和開源項目等。由于缺乏一致性，造成了嵌入式開發高昂的維護成本，不僅嵌入式開發缺乏足夠的專業人員，而且開發過程存在安全漏洞問題。在Yocto Project項目中，可以使用許多高效的工具，從而輕松定制嵌入式Linux產品。

1 YoCto Proiect的原理和架構

Yocto Project是一個開源項目，由Linux Foundation主導并被嵌入式業界領導者所支持。Yocto Project與OpenEmbedded兼容，后者包括了許多開源項目的構建方法，可以作為Yocto Project的有效補充。Yocto Project提供基于社區測試的支持多種架構的鏡像。Yocto Project的優點如下：具有高質量的構建系統，平等地支持所有主流的嵌入式架構（ARM、Power PC、MIPS、x86（32＆64位）），緊密跟蹤許多上游開源項目的最新發布版本，具有統一的Linux BSP格式和應用程序開發套件，還可輕松地實現從原型切換到商用嵌入式Linux產品。

Yocto Project架構中用戶自定義層由用戶根據需求定制，包括定制層、BSP（Board Support Package）層、特性層和核心元數據（CoreRe cipe）層。上層開源組建最常用的命令為BusyBox和Eglibc等。架構中應用的開發套件，由Poky構建系統生成交叉工具鏈，使用ADT installer來定制交叉開發環境，可以支持在目標系統和sysroot上的包管理架構，包括Eclipse／Anjuta集成開發環境的插件、調用安裝好的交叉工具鏈，以及模板和調試工具。元數據準備好了由元工具（bitbake）解析、執行。元工具抽象構建一個軟件過程中的fetch、unpack、patch、configu re、cornpile、packagc等任務；同時，元工具還負責按不同軟件之間的依賴關系有序地執行編譯。編譯成功后，用戶自定義的Yocto鏡像就可以在嵌入式設備上使用。Yoto Project架構圖如圖1所示。

2 構建嵌入式系統

構建嵌入式系統是一個嵌入式Linux項目的核心，構建系統需要定義一組語義讓開發者可以描述一個特定的構建任務，嵌入式系統負責交叉編譯一個項目的整個過程，包括下載源代碼、打上特定的補丁、配置、編譯、安裝，并將安裝結果按指定格式打包。構建的嵌入式系統還要并發調度多個構建任務。好的構建系統決定了一個嵌入式Linux開發環境的效率和友好度。Yocto內核使用GIT進行源代碼管理，內核功能被組織成小的集合，方便深入定制化并支持多種內核開發流程和管理技術。所使用的應用開發套件是由Poky構建系統生成的交叉工具鏈，使用ADT installer來定制交叉開發環境，支持在目標系統和sysroot上的包管理架構，包括RPM、DEB、IPK，支持Eclipse／Anjuta集成開發環境的插件，而且還可以使用Qemu作為模擬器，模擬器支持基于OpenGL的應用開發（QemuGL加速）。

（1）元數據Recipe

一份Recipe包括了一組元數據，而這些元數據則定義了與一個項目相關的構建信息：源代碼的地址，項目相關的特定配置參數，如何編譯、安裝和打包數據。豐富的類文件有助于最大程度地重用元數據，由Profile決定選擇哪些Recipe。Yocto Project包括了一些事例Profi le，一份完整工作的Recipe可能只需要3行元數據。

（2）元數據層

元數據可以相互層疊，以很低的維護成本來進行深層次的定制化，同時還可以增加新的項目，調整架構相關的編譯標志，覆蓋某個項目特定的配置選項。

開發者提供元數據（食譜或菜譜），食譜是由一種標記性的語言所寫，由元工具（bitbake）解析、執行。每份食譜都是描述某個軟件的“清單”，例如：源代碼從哪里下載，需要哪些補丁文件，可能需要哪些特殊編譯鏈接選項，打包時需要的特殊配置，依賴哪些其他軟件等相關信息。元工具則抽象了構建一個軟件過程中的fetch、unpack、patch、configure、compile、package等任務；同時，元工具還負責按不同軟件之間的依賴關系有序地執行編譯。

3 智能車載系統硬件設計

隨著汽車電子的發展，智能車載系統越來越受到關注，智能車載系統通過信息的傳遞為車輛提供出行指引、安防、救援、遠程故障診斷等服務。遠程信息服務（Telematics）即通信網絡為安裝在車上的資訊系統平臺提供的多樣化的信息服務。TelematicS系統可分為車前座系統、車后座系統，以及車況診斷系統。

其中，車前座系統提供的服務包括通信、導航、行車安全監視、聯網資訊、路況、天氣等；車后座系統的服務包括在線下載影音資訊、在線網絡游戲等；車況診斷系統的服務包括保養通知、車況預警等。目前，在車載智能系統中有日產的Carwings、通用公司的Onstar、豐田公司的G-BOOK、一汽奔騰公司的D-Partner以及榮威公司的inKanet等。其中，OnStar是以安防為主的Telematics服務，G—Book是以資訊及娛樂為主的Telematics服務。

Telematics服務功能如下：

①衛星定位：通過GPS配合路線資訊，作路況報道與路線指引；

②道路救援：行車過程中，假使發生車禍或故障意外，通過按鍵自動聯系救援；

③汽車防竊：通過衛星定位提供失竊車輛的搜尋與追蹤，并短信通知車主；

④自動防撞系統：通過傳感器或雷達，感應車與車間的安全行駛距離；

⑤車況掌握：車輛性能與車況的自動偵測、維修診斷等；

⑥個人化資訊接收：收發電子郵件與個人化資訊等；

⑦多媒體娛樂資訊：高畫質與高音質的視聽設備、游戲機、上網機、個人資訊中心隨選視訊等。

⑧拖車追蹤：是一種追蹤通過安裝在拖車的翼卡車聯網和移動通信網絡或衛星通信定位數據的技術。

⑨緊急救援：車主在行車過程中如遇到車輛缺油、缺水、故障等現象，可通過按下緊急按鈕向服務中心進行求救。

根據智能車載系統的功能需求，把車載系統的硬件結構以模塊的形式實現，智能車載系統硬件結構框圖如圖2所示。

要實現衛星定位和道路緊急救援，需要通過GPS模塊作路況報導與路線指引，道路救援和汽車防竊需要GSM／GPRS模塊來通知車主和收發信息。多媒體娛樂資訊的用戶交互需要液晶觸摸屏和揚聲器來實現，數據交互功能采用SD卡／USB存儲。攝像頭監控車內外實時的情

況，智能車載系統還需要加速度傳感器來測量加速度。

4 智能車載系統軟件設計和實現過程

采用Yocto project來定制智能車載系統的軟件功能模塊，如圖3所示。智能車載系統的軟件主要實現GPS模塊、顯示模塊、控制模塊、通信模塊和娛樂模塊等的功能等。

4．1 定制智能車載系統平臺

在Yocto Project中，現有的元數據以功能集合來劃分，通過Profile來定義用戶所需要的集合，智能車載系統需要的功能有Wi—Fi、GPS、GPRS、USB、setial、keyboard、touchscreen等，所以只需要在Profile文件中修改目錄：DISRO_FEATURES=”alsa ext2 touchscreen wifi usb serial keyboard…”

4．2 智能車載系統中添加一個新的項目

添加一個新項目只需要3行元數據，需要指定依賴關系、指定源代碼地址、繼承類，然后會根據繼承的Yocto Project類來自動生成所需要的構建任務。

首先，要將源代碼從網上下載。bitbake通過SRC_URI變量知道到哪里去下載源碼。把需要的源代碼地址指定：

SRC_URI=http：／／sourceforge．net／project／

4．3 定制實現過程

在Linux下安裝好需要的包之后創建鏡像：

$ wget http：／／www．yoctoprojlect．org／downloads／poky／poky-bernard-5．0．1．tar．bz2

$tar xjf poky-bernard-5．0．1．tar．bz2

$ source poky-betnard-5．0．1／poky-init-build-env poky-5．0．1build

用bitbak定制系統：

$bitbake-k poky-image-sato

使用模擬器，模擬器中用戶可使用終端：

$pokyr-qemu qemux86

定制過程完成，用戶可以定位車載、收發信息，并實時監控車內外情況以及享受聽歌、播放視頻、上網等智能車載系統功能。

結語

采用Yocto Project構建的智能車載系統，實現了智能車載的信息定位、信息收發、數據交互、實時監控、用戶交互，以及多媒體娛樂功能，構建過程靈活簡單。構建一個嵌入式Linux系統需要構建引導模塊、內核和文件系統。這是一個相當復雜的過程，特別是文件系統的構建。Yocto Project就是為了簡化嵌入式系統的構建過程而設計。由以上設計可以看出，Yocto Project提供足夠的靈活性，定制化非常簡單，當用戶不需要應用程序的可移植性，并且用戶的嵌入式設備需要深度定制化時，使用Yocto Prcject最為省時省力。