Yocto项目介绍及入门 -- 嵌入师工程师必备利器
写在前面
博主目前从事BMC工作，由于公司要开发openbmc项目，所以要学习Yocto项目。截至目前，我已经学习了一段时间了，大致可以熟练使用Yocto项目进行嵌入式系统的开发，由于网上这方面的相关知识不太多，所以想尽绵薄之力为这方面的知识做一些补充。文中可能有所疏漏，欢迎留言指正，另外有兴趣的同学也欢迎交流。
1. Yocto项目是什么
Yocto项目本质是一个构建工具，其帮助开发者能够快速地、简单地设计一个基于Linux的系统。该项目由Linux基金会赞助，于2010年启动。同时，在谈到Yocto项目的时候，就不得不提到OpenEmbedded项目，该项目源于夏普的一个开源项目OpenZaurus(服务于SL-5000D)，后来结合了其他几个类似的嵌入式项目（Familiar Linux， OpenSIMpad），其目的是为嵌入式系统构建Linux发行版。OpenEmbedded项目维护了一个构建工具BitBake和一个元数据层（详细描述了构建一个Linux发行版所需要的包及构建过程）。Poky Linux是OpenEmbedded项目的一个扩展应用，同时也是Yocto项目的前身。在2011年的时候，OpenEmbedded项目宣布于Yocto项目进行合作，共同维护BitBake以及一个核心数据层。
你可能想问它俩究竟区别在哪，其实它两最终目标都是构建Linux发行版，但侧重点不同，OpenEmbedded聚焦在尖端技术、菜谱和一大套针对不同硬件平台的板支持包，而Yocto项目聚焦在构建系统本身和针对交叉开发的工具化上。如果还不明白，那你直接就可以理解为一个偏硬件，一个偏软件，相辅相成。
另外，我希望你可以通过下面这幅图加深对我之前说的话的理解，图片来自Yocto官网：
在上面图中，poky是Yocto项目为开发者提供的一个开发样例，用户可以直接使用poky来生成一个Linux发行版镜像，或者也可以通过扩展它来自定义镜像。与此同时，poky中包含了一个核心元数据，其详细描述了构建一个Linux发行版所需要的包及构建过程，而它正是OpenEmbedded项目的一部分。
2. Yocto项目有什么用
要说Yocto项目有什么用处，实际上前一节已经说了个大概。如果现在你需要基于Linux系统设计一个定制版的发行版，那么借助于Yocto项目你可以通过修改一些菜谱和配置文件（这些概念不懂没事，之后会提到，你在这只需知道这些文件控制了构建Linux发行版系统的过程）非常简单的构建出一个可用的发行版镜像。又或者你现在有个小型嵌入式工控设备，需要为其提供一个特别小的可运行Linux系统，那么你也可以利用Yocto项目完成你的目的。
总之，借用Yocto官网的描述，Yocto项目就是一个工具，用于构建基于Linux的系统：
The project provides a flexible set of tools and a space where embedded developers worldwide can share technologies, software stacks, configurations, and best practices that can be used to create tailored Linux images for embedded and IOT devices, or anywhere a customized Linux OS is needed.
3. 如何快速上手Yocto项目
如果你之前曾今接触过Yocto项目，那你肯定会抱怨过关于这方面网络信息资源的匮乏。如果你真的对这个内容感兴趣，你可以通过两种学习路径来理解和熟悉使用Yocto项目。
第一个学习路径是我极为推荐的，那就是使用官网的学习手册。这个手册每次Yocto项目更新后，它也会随之更新，因此内容是比较新的，不容易出现问题。但是问题就是内容是英文的，可能学起来稍微比较费时。
另外一个比较推荐的是通过Rudolf J. Streif写的一本书《Embedded Linux Systems with the Yocto Project》，现在这本书已经被国内的一位大佬胥峰翻译过来了，书名叫《嵌入式Linux系统开发：基于Yocto Project》。有点遗憾的是，该书是2018年出版的，所以文中有些内容已经有点过时了，所以需要读者多注意一下。另外，如果有同学想要该书的电子版，可以留下邮箱。
最后，还要注意的是，不论哪种方法，文中都有大量的测试实验，这些内容还请务必尝试，最好可以举一反三，我可以保证在学习完成之后你会有巨大的收获。
4. 带你通过Yocto项目编译一个自定义镜像文件
在做这个实验之前，你必须先确认一下你的系统是否达到这些要求：
| 类型 | 需求 |
|---|---|
| 构建主机CPU | X86架构 |
| 内存容量 | 大于或者等于4GB，不低于1GB |
| 网络 | 最好设置连接到外网的代理，没有也没关系，只不过构建时间会很长 |
| 系统 | 任意Linux发行版 |
如果确定达到了这些要求，那么我们现在开始构建一个带打印Hello World应用的桌面Linux系统发行版镜像。
首先你需要预安装一些Yocto工程会使用到的软件包(以Ubuntu为例)：
$ sudo apt install gawk wget git-core diffstat unzip texinfo gcc-multilib
$ sudo apt install build-essential chrpath socat cpio python3 python3-pip python3-pexpect
$ sudo apt install xz-utils debianutils iputils-ping python3-git python3-jinja2 libegl1-mesa libsdl1.2-dev
$ sudo apt install pylint3 xterm
其次，我们还需要克隆一个Yocto项目到本地：
$ git clone git://git.yoctoproject.org/poky
到此为止，你已经得到了一个完整的Yocto项目demo，直接构建该工程，你可以得到一个Linux系统发行版：
-
首先你需要初始化构建环境，以此来得到一些重要的环境变量，进入poky目录，运行命令：
source oe-init-build-env build，此时系统会创建一个构建目录build（该目录存放整个构建输出内容，或者可以将其称作构建环境），并跳转到该目录下。 -
使用vim打开build/conf/local.conf文件（该文件提供一些全局配置），增加两行内容：
BB_NUMBER_THREADS = "4"
PARALLEL_MAKE = "-j 4"
这两行内容分别是构建器使用的线程数，和编译器（Make）使用的线程数，建议设置为小与系统实际能提供的最大线程数，否则默认使用最大线程数。这样做的目的是避免线程数太多导致内存空间不足，以至于构建失败，或者你也可以打开交换内存来增加内存空间避免这一问题，方法见这篇博客。
-
现在，你可以开始构建一个镜像了，运行命令
bitbake core-image-sato，这时你便开始构建一个带用户操作界面的Linux系统镜像。当然了，大多数情况下，你一定会遇到一些构建错误，这时，你可以参考下这篇博客，或者留言，之后我会尽可能做出回复。 -
如果你成功构建完成，那么恭喜你，你已经成功了一大半了。现在开始，你可以验证你构建的镜像是否能够使用，运行命令
runqemu tmp/deploy/images/qemux86-64/bzImage-qemux86-64.bin tmp/deploy/images/qemux86-64/core-image-sato-qemux86-64.ext4。此时，系统将会使用默认参数启动你刚刚构建的位于build/tmp/deploy/images/qemux86-64/目录下的操作系统镜像，例如你可以看到下面的界面：
通过上面的步骤，你已经得到了一个利用poky制作的样例镜像，接下来，我们要为这个镜像嵌入一个我们要用的软件包。
首先，先建立一个自己的层（一般在顶级目录下，以meta开头的目录都叫层，每个层都是独立的，因此为了避免污染其他层，我们建立自己的层），进入poky顶层目录，执行命令mkdir meta-mylayer。
对于每个层，都需要有自己层的配置文件，用于告诉构建器层中菜谱文件的位置及其他内容，因此我们提供这样一个文件，进入meta-mylayer目录中，新建一个文件夹conf，并在该目录下新建一个layer.conf文件，其内容如下：
BBPATH .= ":${LAYERDIR}"
BBFILES += "${LAYERDIR}/recipes-*/*/*.bb \
${LAYERDIR}/recipes-*/*/*.bbappend \
"
BBFILE_COLLECTIONS += "mylayer"
BBFILE_PATTERN_mylayer := "^${LAYERDIR}/"
BBFILE_PRIORITY_mylayer = "5"
另外，为了能够让编译系统能够把我们的层包含进去，还需要修改build/conf/bblayers.conf文件，该文件中BBLAYERS变量会声明参与编译的所有层，如下图所示，我们把新建的层添加到变量中：
除此之外，我们需要提供helloworld的源码包，在meta-mylayer目录中新建文件夹recipes-apps/hello，并进入该目录，新建文件夹hello-1.0，在这个文件夹新建三个文件，内容如下：
之后，我们将这三个文件打包为hello-1.0.tar.gz，并存放到hello-1.0目录下。
随后，我们需要设计软件包菜谱，这个菜谱告诉了构建器从哪里找包，并如何编译安装到镜像中，在recipes-apps/hello目录下新建hello_1.0.bb菜谱文件，其内容如下：
SUMMARY = "Simple Hello World Application"
DESCRIPTION = "A test application to demonstrate how to create a recipe \
by directly compiling C files with BitBake."
# a category this package belong to
SECTION = "examples"
# this package is optional, lacking of it doesn't cause error
PRIORITY = "optional"
LICENSE = "MIT"
LIC_FILES_CHKSUM = "\
file://${COMMON_LICENSE_DIR}/MIT;md5=0835ade698e0bcf8506ecda2f7b4f302"
SRC_URI = "file://hello-1.0.tar.gz"
# S = "${WORKDIR}"
# fix WARN_QA error
TARGET_CC_ARCH += "${LDFLAGS}"
do_compile() {
${CC} -c helloprint.c
${CC} -c hello.c
${CC} -o hello hello.o helloprint.o
}
do_install() {
install -d ${D}${bindir}
install -m 0755 hello ${D}${bindir}
}
最后，我们将这个包添加到镜像中，在文件meta/recipes-sato/images/core-image-sato.bb或者build/conf/local.conf中添加一行内容IMAGE_INSTALL += " hello "。重新构建镜像bitbake core-image-sato，测试时，你可以发现多出了一个新的命令hello。
我希望能通过这个简单的实例让大家对Yocto有个初步的认识，如果想继续深入了解Yocto项目，可以参照第三节内容学习，另外，你也可以关注我，后续我会不定期的更新这方面的相关知识。
2021-11-21更新
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