Rockchip RK3588 - Yocto构建rk3588平台镜像

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开发板：ArmSoM-Sige7开发板
eMMC ：64GB
LPDDR4 ：8GB
显示屏：15.6英寸HDMI接口显示屏
u-boot ：2017.09
linux ：6.1
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如果您正在开发嵌入式或物联网设备，那么肯定会面对一个挑战：如何为这些设备定制Linux系统发行版？构建和维护操作系统不是简单的任务，它通常包含如下几个重要方面：

引导程序（bootloader）：引导程序是第一个软件，负责初始化硬件，加载内核到内存，然后启动内核；
内核（linux kernel）：操作系统的核心。负责管理系统硬件资源：主要是内存和设备管理，以及通过它的应用程序编程接口向其他软件提供硬件抽象；
设备驱动：他们是内核的一部分，通过系统调用向应用程序提供对硬件的访问；
文件系统：也是内核的一部分，在linux系统中：一切皆文件，系统把每个硬件都看成是一个文件，通常称为设备文件，这样用户就可以用读写文件的方式实现对硬件的访问；
应用软件管理：应用软件和库组成了系统软件的大部分，一个完整的操作系统通常有数百到数千个软件包。

Linux和大量开源软件包都是构建Linux系统发行版的重要组成部分，然而搞清楚这些不同软件包之间的依赖和不兼容性是个很大的困难。这个时候Yocto Project很可能成为您产品或开发需求的有效解决方案，它是一个开源协作项目，具有如下特点：

Yocto Project适用于任何架构。无论是芯片还是ODM供应商都编写了支持性的BSP，或者如果您有自定义芯片，您可以按照YP的规格创建BSP。Yocto Project支持Intel，ARM，MIPS，AMD，PPC等；
大多数ODM，OSV和芯片供应商提供SDK，BSP和其他支持结构，以便与Yocto Project一起使用；
它专为受限制的嵌入式和物联网设备需求而设计。Yocto Project的设计使您只需根据需要添加所需内容或包，而无需删除和减少默认分发。Yocto Project提供了一个示例嵌入式发行版（Poky），以帮助您快速入门；
Yocto Project提供全面的工具链功能。此工具链已经过Yocto社区在各种架构和平台上的测试；
Yocto Project遵循严格的发布计划，在所有受支持的版本中包含安全补丁。

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一、`Yocto`简介

1.1 `Yocto`

Yocto全称是Yocto Project（官方简称 YP）是Linux基金会在2010年推出的一个开源的协作项目。提供模板、工具和方法以创建定制的Linux系统和配套工具，而无需关心硬件体系。主要由Poky和其他一些工具组成。

Yocto

从历史上看，Yocto Project是从OpenEmbedded项目发展而来的。他们本是两个不同的项目（左侧分离视图），然而，目前的OpenEmbedded与Yocto Project已经融合为一体了（右侧合并视图），因为目前已经很少见单独使用OpenEmbedded了。

1.2 `Poky`

Poky是默认的Yocto项目参考发行版，使用OpenEmbedded构建系统技术。它由一系列工具、配置文件和配方数据（称为元数据）组成。它与平台无关，使用BitBake工具、OpenEmbedded Core和默认元数据集执行交叉编译，如下图所示。

此外，它还提供了一种机制，用于构建和组合成千上万的分布式开源项目，从而形成一个完全可定制的、完整的、连贯的Linux软件栈。

1.2.1 `Bitbake`

BitBake是一个任务调度器和执行系统，可解析Python和Shell脚本代码。解析后的代码会生成并运行任务，这些任务是根据代码的依赖关系排序的一系列步骤。

BitBake会评估所有可用的元数据，管理动态变量扩展、依赖关系和代码生成。此外，它还会跟踪所有任务以确保其完成，从而最大限度地利用处理资源，缩短构建时间并提高可预测性。

1.2.2 `OpenEmbedded Core`

OpenEmbedded Core元数据集提供了Poky构建系统的引擎。它提供核心功能，并力求通用和尽可能精简。它支持七种不同的处理器架构（ARM、ARM64、x86、x86-64、PowerPC、PowerPC 64、MIPS、MIPS64、RISC-V32 和 RISC-V 64），仅支持QEMU模拟的平台。

1.2.3 元数据

元数据（Metadata）包括配方和配置文件。它由Python和Shell Script文本文件混合组成，提供了非常灵活的工具。

Poky利用它来扩展OpenEmbedded Core，并包含两个不同的层，即其他元数据子集，如下所示：

meta-poky：该层提供默认和支持的发布策略、可视化品牌和元数据跟踪信息（维护者、上游状态等）。该层将作为一个精心策划的模板，供发行版构建者用于为其自定义发行版提供种子；
meta-yocto-bsp：提供板级支持包（BSP），作为Yocto项目开发和质量保证（QA）过程的参考硬件。

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二、准备编译环境

对编译主机的要求，建议ubuntu 16.04版本以上的修通，并且建议磁盘空闲大小是90GB以上，内存空间8GB以上。

2.1 `ubuntu`系统

这里实验我直接在我的腾讯云服务器上进行，查看系统版本：

root@ubuntu:~# uname -a
Linux ubuntu 5.15.0-107-generic #117~20.04.1-Ubuntu SMP Tue Apr 30 10:35:57 UTC 2024 x86_64 x86_64 x86_64 GNU/Linux
root@ubuntu:~# lsb_release -a
No LSB modules are available.
Distributor ID: Ubuntu
Description:    Ubuntu 20.04.2 LTS
Release:        20.04
Codename:       focal

这里我使用的服务器ubuntu版本为20.04。

2.2 安装依赖

在执行Yocto构建时，以下是执行此操作所需的最基本软件工具。这些工具在所有主机上都是通用的，包括Ubuntu 22.04；

git：用于版本控制和获取Yocto项目源代码，版本为1.8.3.1或更高版本；
tar：用于解压Yocto项目中的压缩文件，版本为1.28或更高版本；
python 3：Yocto构建系统依赖Python 3，版本为3.6.0或更高版本；
wget：用于从网络下载文件；
make：Yocto构建系统使用Makefile进行构建，版本为4.0或更高版本；
gcc ：版本为7.5或更高版本。

确保在ubuntu 20.04主机上安装了这些工具，以便能够顺利进行Yocto构建。

root@ubuntu:~# sudo apt update
root@ubuntu:~# sudo apt install git git-lfs tar python3 python3-pip wget make gcc

2.3 `ubuntu`指定软件包

除了上面列出的最低要求之外，还需要一些主机软件包才能成功执行Yocto构建。为了安装这些软件包，请执行以下命令；

root@ubuntu:~# sudo apt install gawk diffstat unzip texinfo build-essential chrpath socat cpio python3-pexpect xz-utils debianutils iputils-ping python3-git python3-jinja2 libegl1-mesa libsdl1.2-dev xterm python3-subunit mesa-common-dev zstd liblz4-tool file locales

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三、`Yocto`构建`qemux86-64`镜像

本节简短的文档将引导您完成使用Yocto Project进行典型镜像构建的过程。你将使用Yocto Project构建一个名为poky的适用于仿真的镜像。

注意：Poky下载和编译的整个环节（除了运行QEMU虚拟机外）不需要root权限，请尽可能不要在root环境下去操作。

3.1 配置代理

由于Poky源码下载以及构建过程中需要下载大量依赖包，这些包在国内很难下载下来，因此全程使用vpn时非常重要的。

3.1.1 配置`git`代理

比如我使用的某某vpm，需要进行代理配置：

zhengyang@ubuntu:/work/sambashare/rk3588# git config --global http.https://github.com.proxy https://127.0.0.1:7890
zhengyang@ubuntu:/work/sambashare/rk3588# git config --global https.https://github.com.proxy https://127.0.0.1:7890

通过如上设置不会影响克隆国内的速度，当然也可以通过socks5代理：

zhengyang@ubuntu:/work/sambashare/rk3588# git config --global http.proxy socks5://127.0.0.1:7891
zhengyang@ubuntu:/work/sambashare/rk3588# git config --global https.proxy socks5://127.0.0.1:7891

如果需要取消代理，只需要：

zhengyang@ubuntu:/work/sambashare/rk3588# git config --unset http.proxy
zhengyang@ubuntu:/work/sambashare/rk3588# git config --unset https.proxy

注意：配置完成后，只能为http、https协议加速，无法为git://git.xxxxx加速。

3.1.2 设置环境变量

设置如下环境变量：

zhengyang@ubuntu:/work/sambashare/rk3588/armsom/poky# vim ~/.bashrc 
export http_proxy='https://127.0.0.1:7890/'
export https_proxy='https://127.0.0.1:7890/'
export ftp_proxy='https://127.0.0.1:7890/'
export ALL_PROXY='socks5://127.0.0.1:7891/'
export all_proxy='socks5://127.0.0.1:7891/'
export no_proxy='127.0.0.1'

3.1.3 配置`wget`代理

配置wget代理：

zhengyang@ubuntu:/work/sambashare/rk3588/armsom/poky/build# vim ~/.wgetrc
https_proxy = https://127.0.0.1:7890
http_proxy = https://127.0.0.1:7890
ftp_proxy = https://127.0.0.1:7890
no_proxy = 127.0.0.1
use_proxy = on

退出当前会话重新登陆使其生效。

3.2 下载`Poky`项目

环境准备好之后开始下载源代码，假设在/opt目录中，执行如下命令。

zhengyang@ubuntu:/work/sambashare/rk3588$ sudo mkdir armsom
zhengyang@ubuntu:/work/sambashare/rk3588$ sudo chown zhengyang:zhengyang armsom
# zhengyang@ubuntu:/work/sambashare/rk3588/armsom# git clone git://git.yoctoproject.org/poky
# 为了使用vpn替换成如下命令
zhengyang@ubuntu:/work/sambashare/rk3588/armsom# git clone https://git.yoctoproject.org/poky
zhengyang@ubuntu:/work/sambashare/rk3588/armsom# cd poky

我们尽量选择一个稳定的长期支持的版本来做开发，比如kirkstone（yocto-4.0）版本，推荐使用，支持到2026年。

切换到对应的版本：

zhengyang@ubuntu:/work/sambashare/rk3588/armsom/poky# git checkout -b kirkstone origin/kirkstone
分支 'kirkstone' 设置为跟踪来自 'origin' 的远程分支 'kirkstone'。
切换到一个新分支 'kirkstone'
zhengyang@ubuntu:/work/sambashare/rk3588/armsom/poky# ll
drwxrwxr-x  6 zhengyang zhengyang  4096 6月   8 14:25 bitbake/
drwxrwxr-x  4 zhengyang zhengyang  4096 6月   8 14:24 contrib/
drwxrwxr-x 21 zhengyang zhengyang  4096 6月   8 14:25 documentation/
drwxrwxr-x  8 zhengyang zhengyang  4096 6月   8 14:25 .git/
-rw-rw-r--  1 zhengyang zhengyang   702 6月   8 14:25 .gitignore
-rw-rw-r--  1 zhengyang zhengyang   834 6月   8 14:24 LICENSE
-rw-rw-r--  1 zhengyang zhengyang 15394 6月   8 14:24 LICENSE.GPL-2.0-only
-rw-rw-r--  1 zhengyang zhengyang  1286 6月   8 14:24 LICENSE.MIT
-rw-rw-r--  1 zhengyang zhengyang  2202 6月   8 14:25 MAINTAINERS.md
-rw-rw-r--  1 zhengyang zhengyang  1222 6月   8 14:25 Makefile
-rw-rw-r--  1 zhengyang zhengyang   244 6月   8 14:24 MEMORIAM
drwxrwxr-x 20 zhengyang zhengyang  4096 6月   8 14:25 meta/
drwxrwxr-x  5 zhengyang zhengyang  4096 6月   8 14:25 meta-poky/
drwxrwxr-x  9 zhengyang zhengyang  4096 6月   8 14:25 meta-selftest/
drwxrwxr-x  8 zhengyang zhengyang  4096 6月   8 14:25 meta-skeleton/
drwxrwxr-x  8 zhengyang zhengyang  4096 6月   8 14:25 meta-yocto-bsp/
-rwxrwxr-x  1 zhengyang zhengyang  1297 6月   8 14:25 oe-init-build-env*
lrwxrwxrwx  1 zhengyang zhengyang    33 6月   8 14:24 README.hardware.md -> meta-yocto-bsp/README.hardware.md
lrwxrwxrwx  1 zhengyang zhengyang    14 6月   8 14:24 README.md -> README.poky.md
-rw-rw-r--  1 zhengyang zhengyang   791 6月   8 14:25 README.OE-Core.md
lrwxrwxrwx  1 zhengyang zhengyang    24 6月   8 14:24 README.poky.md -> meta-poky/README.poky.md
-rw-rw-r--  1 zhengyang zhengyang   529 6月   8 14:24 README.qemu.md
drwxrwxr-x 10 zhengyang zhengyang  4096 6月   8 14:25 scripts/
-rw-rw-r--  1 zhengyang zhengyang  1177 6月   8 14:25 SECURITY.md
-rw-rw-r--  1 zhengyang zhengyang    65 6月   8 14:25 .templateconf

git checkout命令创建了一个名为kirkstone的本地分支。该分支中的文件与kirkstone发布分支中存储库的文件完全相同。

请注意，您可以定期在相同的目录中输入以下命令，以使您的本地文件与发布分支保持同步：

zhengyang@ubuntu:/work/sambashare/rk3588/armsom/poky# git pull

3.3 创建构建环境

构建目录是存放所有Yocto构建的地方。这使我们能够清晰地划分构建，同时尽可能地重复使用资源。在构建目录中，包含着平台配置、镜像/平台需要的特定变量、要添加到镜像中的其他recipes等。

要创建一个构建目录，只需执行一个名为oe-init-build-env的脚本，它将创建构建环境（路径、快捷方式、变量等）;

zhengyang@ubuntu:/work/sambashare/rk3588/armsom/poky# source oe-init-build-env <name of your build directory>
You had no conf/local.conf file. This configuration file has therefore been
created for you from /work/sambashare/rk3588/armsom/poky/meta-poky/conf/local.conf.sample
You may wish to edit it to, for example, select a different MACHINE (target
hardware). See conf/local.conf for more information as common configuration
options are commented.

You had no conf/bblayers.conf file. This configuration file has therefore been
created for you from /work/sambashare/rk3588/armsom/poky/meta-poky/conf/bblayers.conf.sample
To add additional metadata layers into your configuration please add entries
to conf/bblayers.conf.

The Yocto Project has extensive documentation about OE including a reference
manual which can be found at:
    https://docs.yoctoproject.org

For more information about OpenEmbedded see the website:
    https://www.openembedded.org/


### Shell environment set up for builds. ###

You can now run 'bitbake <target>'

Common targets are:
    core-image-minimal
    core-image-full-cmdline
    core-image-sato
    core-image-weston
    meta-toolchain
    meta-ide-support

You can also run generated qemu images with a command like 'runqemu qemux86'

Other commonly useful commands are:
 - 'devtool' and 'recipetool' handle common recipe tasks
 - 'bitbake-layers' handles common layer tasks
 - 'oe-pkgdata-util' handles common target package tasks

如果没有指定名称，将自动创建一个名为build的构建目录。下次要使用相同的目录时，只需再次调用相同的命令。

此外，一旦执行了这个命令，就已经位于新创建的构建目录中。

zhengyang@ubuntu:/work/sambashare/rk3588/armsom/poky/build# ll
drwxrwxr-x  2 zhengyang zhengyang 4096 6月   8 14:25 conf/
zhengyang@ubuntu:/work/sambashare/rk3588/armsom/poky/build# ll conf
-rw-rw-r-- 1 zhengyang zhengyang   340 6月   8 14:25 bblayers.conf
-rw-rw-r-- 1 zhengyang zhengyang 11885 6月   8 14:25 local.conf
-rw-rw-r-- 1 zhengyang zhengyang    15 6月   8 14:25 templateconf.cfg

3.3.1 `local.conf`

在conf目录下会创建local.conf文件，这个配置文件功能强大，它是构建环境的主要配置文件。

我们可以为自定义跨工具链设置目标机器和工具链主机架构，优化选项以最大限度地缩短构建时间等等。

local.conf文件内的注释是极好的文档，也是可能的变量及其默认值的参考。我们可能需要更改默认值的最小变量集如下：

MACHINE ??= "qemux86-64"

通过MACHINE变量，我们可以确定要构建的目标机器。比如：

beaglebone-yocto：是32位ARM的参考平台；
genericx86：这是对基于x86的32位机器的通用支持；
genericx86-64：这是对基于x86的64位机器的通用支持；
edgerouter：这是EdgeRouter Lite，是64位MIPS的参考平台；

Yocto构建默认选择的目标平台是qemux86-64，这适用于仿真。

除了这些机器外，OpenEmbedded Core在meta目录中还提供了对以下快速仿真 (Qemu) 机器的支持：

qemuarm： QEMU ARMv7仿真；
qemuarmv5：QEMU ARMv5仿真；
qemuarm64：QEMU ARMv8仿真；
qemumips： QEMU MIPS仿真；
qemumips64： QEMU MIPS64仿真；
qemuppc： QEMU PowerPC仿真；
qemuppc64： QEMU PowerPC 64仿真；
qemux86-64： QEMU x86-64仿真；
qemux86： QEMU x86仿真；
qemuriscv32：QEMU RISC-V 32仿真；
qemuriscv64： QEMU RISC-V 64仿真；

3.4 开始`Yocto`构建

第一次构建通常是最耗时的，因为它从recipe提及的各种上游源下载数百个tarballs。因此，将其分为两个部分是个好主意；

第一步只是获取所有的源代码、tarballs等；
第二步是使用下载的资源以及配置元数据和配方进行实际构建。

谈到recipe，已经有许多核心镜像recipe可供我们使用。这些核心recipe使我们能够创建一个可工作的Linux镜像，而无需对平台进行任何自定义。成功创建这样一个镜像证明了我们的构建设置有效，然后我们可以继续为目标平台进行更复杂的构建。

在执行source oe-init-build-env时屏幕上已经显示了这些核心镜像的一个小子集。一些流行的核心镜像包括：

core-image-minimal：一个允许设备仅进行启动的小型镜像；
core-image-full-cmdline: 一个仅支持控制台的镜像，安装了更多功能丰富的Linux系统功能；
core-image-sato: 这是一个支持Sato的镜像，为使用X11的移动设备提供移动环境。它提供终端、编辑器、文件管理器、媒体播放器等应用程序；
core-image-weston：这个图像配置通常包括Weston显示服务器，它是用于嵌入式系统的Wayland协议的参考实现。core-image-weston提供了一个基本的Weston环境，适用于测试和验证嵌入式图形系统。

在本次实现我们使用 core-image-minimal 作为目标镜像，目标平台是qemux86-64。

3.4.1 配置`oe-git`代理

配置oe-git代理：

zhengyang@ubuntu:/work/sambashare/rk3588/armsom/poky# sudo apt-get install socat
zhengyang@ubuntu:/work/sambashare/rk3588/armsom/poky# wget http://git.yoctoproject.org/cgit/cgit.cgi/poky/plain/scripts/oe-git-proxy
zhengyang@ubuntu:/work/sambashare/rk3588/armsom/poky# mkdir ~/bin
zhengyang@ubuntu:/work/sambashare/rk3588/armsom/poky# cp oe-git-proxy ~/bin/
zhengyang@ubuntu:/work/sambashare/rk3588/armsom/poky# chmod +x ~/bin/oe-git-proxy

更新bashrc：

zhengyang@ubuntu:/work/sambashare/rk3588/armsom/poky# vim ~/.bashrc 
export GIT_PROXY_COMMAND="oe-git-proxy"
export NO_PROXY=$no_proxy

退出当前会话重新登陆使其生效。

3.4.2 获取资源

首先获取资源（注意每次运行如下命令都需要先构建环境）：

zhengyang@ubuntu:/work/sambashare/rk3588/armsom/poky/build# bitbake core-image-minimal --runall=fetch
Loading cache: 100% |                                                                                                  | ETA:  --:--:--
Loaded 0 entries from dependency cache.
Parsing recipes: 100% |#################################################################################################| Time: 0:01:30
Parsing of 883 .bb files complete (0 cached, 883 parsed). 1644 targets, 45 skipped, 0 masked, 0 errors.
NOTE: Resolving any missing task queue dependencies

Build Configuration:
BB_VERSION           = "2.0.0"
BUILD_SYS            = "x86_64-linux"
NATIVELSBSTRING      = "ubuntu-22.04"
TARGET_SYS           = "x86_64-poky-linux"
MACHINE              = "qemux86-64"
DISTRO               = "poky"
DISTRO_VERSION       = "4.0.14"
TUNE_FEATURES        = "m64 core2"
TARGET_FPU           = ""
meta
meta-poky
meta-yocto-bsp       = "kirkstone:3e73216a32a2b01916eb8c555a41579bd69a47aa"
......

下载时间较长，耐心等待。

3.4.3 编译

成功获取资源后我们进行编译，编译时间取决于我们的系统资源；

zhengyang@ubuntu:/work/sambashare/rk3588/armsom/poky/build# bitbake core-image-minimal

3.5 运行镜像

一旦构建完成，输出的镜像可以在tmp/deploy/images/qemux86-64文件夹中找到；

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2023-10-26	*通	9.9
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2023-11-24	*恩	0.01
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2024-01-28	*兴	20
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2024-04-18	*超	20
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2024-08-23	n*s	2
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2024-09-10	*口	1
2024-09-10	*波	1
2024-09-12	*波	10
2024-09-18	*明	1.68
2024-09-26	B*h	10
2024-09-30	岁	10
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2024-10-14	*朋	10
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2024-10-27	*o	5
2024-10-28	W*F	6.66
2024-10-29	R*n	6.66
2024-11-02	*球	6
2024-11-021	*鑫	6.66
2024-11-25	*沙	5
2024-11-29	C*n	2.88

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一、`Yocto`简介

1.1 `Yocto`

1.2 `Poky`

1.2.1 `Bitbake`

1.2.2 `OpenEmbedded Core`

1.2.3 元数据

二、准备编译环境

2.1 `ubuntu`系统

2.2 安装依赖

2.3 `ubuntu`指定软件包

三、`Yocto`构建`qemux86-64`镜像

3.1 配置代理

3.1.1 配置`git`代理

3.1.2 设置环境变量

3.1.3 配置`wget`代理

3.2 下载`Poky`项目

3.3 创建构建环境

3.3.1 `local.conf`

3.4 开始`Yocto`构建

3.4.1 配置`oe-git`代理

3.4.2 获取资源

3.4.3 编译

3.5 运行镜像

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二、准备编译环境

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2.2 安装依赖

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3.1.1 配置git代理

3.1.2 设置环境变量

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3.2 下载Poky项目

3.3 创建构建环境

3.3.1 local.conf

3.4 开始Yocto构建

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1.1 `Yocto`

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1.2.2 `OpenEmbedded Core`

2.1 `ubuntu`系统

2.3 `ubuntu`指定软件包

三、`Yocto`构建`qemux86-64`镜像

3.1.1 配置`git`代理

3.1.3 配置`wget`代理

3.2 下载`Poky`项目

3.3.1 `local.conf`

3.4 开始`Yocto`构建

3.4.1 配置`oe-git`代理