嵌入式Linux编译系统的设计——Bootloader, 内核，驱动，文件系统，升级镜像等自动化编译打包

项目简介

嵌入式系统的开发过程较为复杂，编译，裁剪，定制等如果没有一套规范的流程将会难于管理和控制。本项目的目的是设计一个嵌入式Linux编译系统，实现代码的编译，定制和裁剪。Bootloader, 内核，驱动，文件系统，升级镜像等都可以自动化编译，打包。

本项目github:https://github.com/huangbin0709/easyLinux.git

EasyLinux平台编译系统架构

Buildroot

Buildroot是一个非常优秀的开源嵌入式编译系统，其本身已经非常完善。但其默认是在线编译的，即从网上下载源码包进行编译。对企业而言，本地编译可方便进行版本控制。EasyLinux平台除了工具软件之外，其他的软件包如内核，bootloader,app等都是采用本地编译的方式。此外，嵌入式系统模块之间的耦合还是比较大，如头文件，库文件的引用等，需要设计一个目录结构编译时方便地对这些文件进行引用。

EasyLinux平台目录结构

顶级目录结构

easyLinux

├── archive

│   └── gt2440

├── boot

│   └── u-boot-2015.01

├── buildroot

│   ├── arch

│   ├── board

│   ├── boot

│   ├── build

│   ├── CHANGES

│   ├── Config.in

│   ├── Config.in.legacy

│   ├── configs

│   ├── COPYING

│   ├── dl

│   ├── docs

│   ├── easylinux

│   ├── easylinux_patch_clean.sh

│   ├── easylinux_patch.sh

│   ├── ext

│   ├── fs

│   ├── linux

│   ├── Makefile

│   ├── Makefile.legacy

│   ├── package

│   ├── README

│   ├── support

│   ├── system

│   └── toolchain

├── kernel

│   └── linux-3.18.6

├── LICENSE

├── README.md

└── src

    ├──application

└── platform

EasyLinux平台有archive、boot、buildroot、kernel、src五个顶级目录，每个目录的设计如下：

Archive:存放src目录下编译生成的库文件，以机型为子目录存放，如archive/gt2440.

Boot:这个目录下存放bootloader源码，如uboot。

Buildroot:这个目录下添加了我们自己的目录easylinux，用于编译easylinux平台特有的软件包。

Kernel:存放内核。

Src:存放项目源代码

编译目录

easylinux

├── Config.in

├── core

│   ├── Config.in

│   └── core.mk

├── easylinux.mk

├── procmgr

│   ├── Config.in

│   └── procmgr.mk

└── watcher

    ├── Config.in

   └── watcher.mk

EasyLinux编译目录中定义src目录下的源码包的编译规则。

EasyLinux/src目录结构

src

├── application

│   ├── adapter

│   ├── app

│   ├── drivers

│   ├── include

│   └── lib

└── platform

    ├── adapter

    ├── app

    │  ├── core

    │  │   ├── CMakeLists.txt

    │  │   ├── include

    │  │   └── src

    │  ├── procmgr

    │  └── watcher

    ├── drivers

    ├── include

└── lib

Src目录下存放我们自己开发的软件包源码，包括应用层App和内核驱动，所有软件包都以cmake组织。

库和头文件的引用

Buildroot中的package编译时会把源码拷贝到$(BUILD_DIR)目录下进行编译，为了便于管理，我们把easylinux的package拷贝到$(BUILD_DIR)/easylinux目录下进行编译。编译产生的库文件存放到easylinux/archive中。通过在$(BUILD_DIR)/easylinux目录下创建软连接arvhive,plat分别指向easylinux/arvhive中的库文件目录和src/application/include下的头文件目录。则编译软件包时可通过../arvhive和../plat目录引用头文件和库文件。

板级适配

为了使不同的开发板和芯片可以共用一套编译系统，需要进行一定的适配。

配置适配

buildroot/board/samsung

├── common

│   ├── busybox.config

│   ├── linux.config

│   ├── uboot.config

│   ├── uboot.mk

│   └── uClibc-0.9.33.config

└── yoka

└── uboot.mk

在vendor/board目录下存放各自的配置文件。

Xxx_defconfig文件中通过BR2_LINUX_KERNEL_CUSTOM_CONFIG_FILE等变量可以指定配置文件的路径，可以为不同的板指定不同的配置文件。

编译适配

1.      mk文件中引入板级定制mk,以uboot为例：

#include board common mk files if any -include $(BR2_BOARD_COMMON_DIR)/uboot.mk #include board specify mk files if any -include $(BR2_BOARD_CUSTOM_DIR)/uboot.mk #include the mk file to fix the pkgdir in package/pkg-utils.mk include $(TOPDIR)/boot/uboot/uboot-last.mk $(eval $(generic-package))

在$(eval $(generic-package))之前插入上面的规则，则可以在板级的uboot.mk中重新设置一些环境变量，达到不同的板可以有不同的编译参数，编译路径的目的。

2.      使用全局编译参数

BR2_EASYLINUX_CFLAGS "-Werror -D_LITTLE_EDIAN=0x1234 -D_BIG_EDIAN=0x3412 -DBYTE_ORDER=0x1234  -D_MIPS_=2  -D_ARM_=1  -DCPU_ARCH=1"

Easylinux/Config.in中添加全局编译参数配置项，在所有package的mk文件中添加进他们的CFLAGS中。如在core.mk中

CORE_CFLAGS += $(BR2_EASYLINUX_CFLAGS) #CORE_CFLAGS += CORE_CONF_OPTS += -DCMAKE_C_FLAGS="$(CORE_CFLAGS)"

在core_main.c中

#if CPU_ARCH == _ARM_  Do something #else  Do something #endif

3.      在模块的编译中定义宏

如在core.mk中

#如果是yoka Ifeq ($(BR2_EASYLINUX_PROJECT_NAME),yoka) CORE_CFLAGS += -DEASYLINUX_YOKA endif

 

EasyLinux平台编译方法

编译所有的操作都在easylinux/buildroot目录下

2.4.1打入配置和编译

make O=build_dir  xxx_defconfig 其中build_dir为想要输出到的目录 Xxx_defconfig为configs目录下的机型配置文件 make O=build_dir  {target} target是可选的，如果输入了target则只编译这个目标，否则编译配置的所有软件包。 make O=build_dir target-dirclean target是目标，清理特定的软件包 make O=build_dir easylinux-clean 这个命令是easylinux平台的，用于清理easylinux平台的所有软件包。Buildroot全部编译需要较长的时间，这个命令可用于只编译easylinux软件包。

2.4.2定制

make O=build_dir menuconfig make O=build_dir savedefconfig 定制package,保存到xxx_defconfig文件中 make O=build_dir linux-menuconfig make O=build_dir linux-update-config 定制linux内核并保存 make O=build_dir busybox-menuconfig make O=build_dir busybox-update-config 定制busybox并保存 make O=build_dir uboot-menuconfig make O=build_dir uboot-update-config 定制uboot并保存

添加一个Package

2.5.1添加app

以添加应用程序procmgr为例

1.       在src/app相应目录下添加源代码,在源码下添加CMakeLists.txt文件 cmake_minimum_required(VERSION 3.0) #project name PROJECT(procmgr) #head file path #module目录下的头文件 #$(BUILD_DIR)/easylinux目录下的platform链接到$(TOPDIR)/../src/platform/include目录 #CMakeLists.txt编译时会拷贝到$(BUILD_DIR)/easylinux/{module}目录下,则../platform指向这个头文件目录 INCLUDE_DIRECTORIES( include ../platform ) #source directory AUX_SOURCE_DIRECTORY(src DIR_SRCS) #set environment variable SET(TEST_MATH ${DIR_SRCS} ) SET(CMAKE_INSTALL_PREFIX /easylinux) #add executable file ADD_EXECUTABLE(core ${TEST_MATH}) # install(TARGETS  procmgr RUNTIME DESTINATION app/bin) 2.在buildroot/easylinux/procmgr目录下添加Config.in config BR2_EASYLINUX_PROCMGR          bool "easylinux app procmgr"          default n 3.在buildroot/easylinux/procmgr目录下添加procmgr.mk ################################################################################ # # procmgr # ################################################################################ PROCMGR_VERSION = 1.0 PROCMGR_SITE = $(TOPDIR)/../src/platform/app/procmgr PROCMGR_SITE_METHOD = local PROCMGR_INSTALL_STAGING = NO PROCMGR_INSTALL_TARGET = YES #PROCMGR_CONF_OPTS += #PROCMGR_DEPENDENCIES +=   PROCMGR_CFLAGS += $(BR2_EASYLINUX_CFLAGS) #PROCMGR_CFLAGS += PROCMGR_CONF_OPTS += -DCMAKE_C_FLAGS="$(PROCMGR_CFLAGS)" $(eval $(cmake-package))

 

2.5.2添加内核驱动

1.在src/app相应目录下添加源代码,在源码下添加Makefile文件 obj-m = demodriver.o 2.在buildroot/easylinux/demodriver目录下添加Config.in 3.在buildroot/easylinux/demodriver目录下添加demodriver.mk ################################################################################ # # demodriver # ################################################################################ DEMODRIVER_VERSION = 1.0 DEMODRIVER_SITE = $(TOPDIR)/../src/application/drivers/demodriver DEMODRIVER_SITE_METHOD = local DEMODRIVER_INSTALL_STAGING = NO DEMODRIVER_INSTALL_TARGET = YES #DEMODRIVER_CONFIG_SCRIPTS = DEMODRIVER-config #DEMODRIVER_DEPENDENCIES = host-libaaa libbbb   define DEMODRIVER_BUILD_CMDS          $(TARGET_MAKE_ENV) $(MAKE) $(LINUX_MAKE_FLAGS) -C $(LINUX_DIR) M=$(@D) modules Endef   define DEMODRIVER_INSTALL_TARGET_CMDS          cp $(@D)/*.ko $(TARGET_DIR)/easylinux/lib/modules endef $(eval $(generic-package))

 

2.5.3添加动态库

1.在src/app相应目录下添加源代码,在源码下添加CMakeLists.txt文件 cmake_minimum_required(VERSION 3.0) #project name PROJECT(platform) #head file path INCLUDE_DIRECTORIES( ../platform ) #source directory AUX_SOURCE_DIRECTORY(demo DEMO_FILES) #set environment variable #SET(CMAKE_INSTALL_PREFIX /easylinux) #add executable file ADD_LIBRARY(platform SHARED ${DEMO_FILES}) #add link library #TARGET_LINK_LIBRARIES(core m) install(TARGETS platform LIBRARY DESTINATION lib) 2.在buildroot/easylinux/platform目录下添加Config.in 3.在buildroot/easylinux/platform目录下添加platform.mk ################################################################################ # # PLATFORM # ################################################################################ PLATFORM_VERSION = 1.0 PLATFORM_SITE = $(TOPDIR)/../src/platform/lib PLATFORM_SITE_METHOD = local PLATFORM_INSTALL_STAGING = NO PLATFORM_INSTALL_TARGET = YES PLATFORM_INSTALL_TARGET_OPTS = DESTDIR=$(BR2_EASYLINUX_ARCHIVE_DIR) install #PLATFORM_CONF_OPTS += #PLATFORM_DEPENDENCIES +=   PLATFORM_CFLAGS += $(BR2_EASYLINUX_CFLAGS) #PLATFORM_CFLAGS += PLATFORM_CONF_OPTS += -DCMAKE_C_FLAGS="$(PLATFORM_CFLAGS)" $(eval $(cmake-package))

 

文件系统编译和定制

目前easylinux平台设计为3个文件系统，根文件系统initramfs，用户镜像文件系统usrimage.jffs2和用户配置文件系统usrconf.jffs2。initramfs是最小根文件系统，和内核编译到一起挂载到内存。Usrimage.jffs2用来存放我们自己的可执行文件和库以及一些相应的数据。Usrconf.jffs用来保存配置，升级的时候可以保留这个分区，从而保存用户配置。

Initramfs基于cpio制作，我们在cpio.mk中对根文件系统进行定制

define ROOTFS_CPIO_CMD #删掉不需要的文件          rm -rf $(TARGET_DIR)/usr/bin/top && \          rm -rf $(TARGET_DIR)/usr/bin/unzip && \          rm -rf $(TARGET_DIR)/usr/bin/wget && \ #先拷出easylinux文件夹，这些数据放入usrimage.jffs2中          cp -arf $(BR2_EASYLINUX_ARCHIVE_DIR)/usr/lib/* $(TARGET_DIR)/easylinux/lib && \          mkdir -p $(TARGET_DIR)/../tmptarget && \          cp -rf $(TARGET_DIR)/easylinux $(TARGET_DIR)/../tmptarget && \          rm -rf $(TARGET_DIR)/easylinux && \ #制作cpio镜像          cd $(TARGET_DIR) && find . | cpio --quiet -o -H newc > $@ && \          cp -rf $(TARGET_DIR)/../tmptarget/easylinux $(TARGET_DIR) endef

制作usrimage.jffs2和usrconf.jffs2

define ROOTFS_JFFS2_CMD     mkdir -p $(TARGET_DIR)/../tmptarget/usrconf && \     mkdir -p $(TARGET_DIR)/../tmptarget/usrconf/conf && \     mkdir -p $(TARGET_DIR)/../tmptarget/usrconf/log && \     mkdir -p $(TARGET_DIR)/../tmptarget/usrconf/key && \     $(MKFS_JFFS2) $(JFFS2_OPTS) –d \     $(TARGET_DIR)/../tmptarget/usrconf \ $(BINARIES_DIR)/usrconf.jffs2 && \     $(MKFS_JFFS2) $(JFFS2_OPTS) –d\     $(TARGET_DIR)/../tmptarget/easylinux –o\  $(BINARIES_DIR)/usrimage.jffs2 endef

编译系统后即可得到3个文件系统镜像

启动脚本start_system.sh制作

#!/bin/sh echo "start system,please wait..." #更改printk打印级别 echo 4 > /proc/sys/kernel/printk mkdir -p /mnt/easylinux mkdir -p /mnt/usrconf #挂载usrimage.jffs2 mount -t jffs2 /dev/mtdblock3 /mnt/easylinux #挂载usrconf.jffs2 mount -t jffs2 /dev/mtdblock4 /mnt/usrconf mkdir -p /easylinux #将usrimage.jffs2也挂载到ramfs中 mount -t ramfs none /easylinux cp -rf /mnt/easylinux/* /easylinux chmod 0644 /easylinux/lib/*.so #设置环境变量 export PATH=$PATH:/easylinux/app/bin export LD_LIBRARY_PATH=$LD_LIBRARY_PATH:/easylinux/lib #启动我们的第一个进程，其他进程都由他派生 /usr/bin/procmgr echo "something error,we should not go here"

Start_system.sh放在src/platform/app/procmgr/etc中，编译procmgr时，和etc下的其他定制文件一起拷贝到根文件系统中。定制inittab文件

# now run any rc scripts ::sysinit:/etc/init.d/rcS > /dev/null   # Put a getty on the serial port #console::respawn:/sbin/getty -L  console 0 vt100 # GENERIC_SERIAL #这里启动我们的脚本 console::sysinit:/etc/start_system.sh > /dev/null # Stuff to do for the 3-finger salute ::ctrlaltdel:/sbin/reboot

升级镜像制作

Flash分区和文件系统设计见《EasyLinux平台文件系统设计》

有两种镜像类型，一种是up.bin，用于系统升级，仅包含有效数据和头部信息。一种是flash.bin，用于工厂生产时烧写，包含数据和分区之间填充的空洞。

Easylinux-mkimage目标用于制作镜像文件

make O=build/gt2440 easylinux-mkimage

生成的镜像在buildroot/image/img目录下，buildroot/image/source目录下是用于制作的源文件。其中，gt2440_all包含uboot,kernel,usrimage等所有分区数据，exclude_uboot去掉了uboot,

Exclude_uboot_kernel去掉了uboot和kernel。升级的时候可根据需要只升级部分区域。