Сборка Embedded Linux от Yocto для QEMU x86 и первое приложение к нему

Эта статья — быстрый старт с картинками для тех, кому нужно собрать Embedded Linux с помощью Yocto.
Если вы собрались собирать Embedded Linux для специфичных аппаратных средств, например, для SoC на FPGA, то, наверное, как и я столкнётесь с проектом Yocto.

Yocto — проект, объединяющий

• инструментарий разработчика;
• систему сборки;
• набор программных интерфейсов;
• коллекцию мета-пакетов, расширяющих возможности платформы;
• плагины для Eclipse и Anjuta.

Я постарался описать процесс так, чтобы вам можно было меньше тратить времени на проблемы с настройкой и подготовкой и поскорее приступить к творчеству.

Сборка образа Linux

Основа для сборки — статья
«Yocto Project Quick Start».
Собирать буду в папке

~/My_Designs/Poky

Небольшое отступление:
Запустив терминал, все команды выполняйте в нём, потому что в ходе работы создаются и используются переменные среды. Если закрыли терминал и открыли новый, то заходите в

~.../poky

и придётся повторять некоторые команды. Например,

source oe-init-build-env

создаю репозиторий git

$ git clone git://git.yoctoproject.org/poky
$ cd poky
$ git checkout -b dizzy origin/dizzy

теперь текущая директория

~/My_Designs/Poky/poky

теперь, согласно терминам Yocto, получилось
Source Directory — «poky»
local working area (local branch) — dizzy
Первым делом выполняется

$ source oe-init-build-env

Этой командой настраивается окружение оболочки, создается начальный изменяемый набор файлов конфигурации и осуществляется взаимодействие с окружением выполнения системы BitBake путем использования файла сценария, позволяющего Poky установить, выполняются ли минимальные системные требования. Результат выполнения команды сообщит или о проблемах, например, недостающих пакетах, или о возможности продолжить редактированием файла conf/local.conf.

Отредактируем conf/local.conf:

$ nano conf/local.conf

BB_NUMBER_THREADS ?= "3"
PARALLEL_MAKE ?= "-j 3"
EXTRA_IMAGE_FEATURES = "debug-tweaks eclipse-debug tools-debug debug-tweaks"

Здесь следует указать число нитей, которое будет запускать средство сборки bitbake. Чтобы максимально использовать вычислительные возможности, число нитей должно соответствовать числу ядер процессора. Я указал на 1 меньше, чтобы компьютером во время сборки удобнее было пользоваться.
Так же я добавил дополнительные возможности, полезные для разработки.
Так как собираем для стандартной QEMU x86, то остальное можно не изменять.

Далее можно выбрать “рецепт” — вариант сборки со своим набором библиотек, утилит, создаваемых файлов, образов и т.п.
Список рецептов с их краткими описаниями можно посмотреть здесь:
рецепты openembedded-core
пролистайте до рецептов, начинающихся с core-…
Не советую собирать core-image-minimal для ознакомления. Там нет ssh и других удобных для отладки инструментов.
Я выбрал core-image-sato. Это сборка с GUI SATO

Собственно, сборка:

$ bitbake core-image-sato

Будьте готовы, что ждать завершения сборки придётся, возможно, от 3 часов до 3 и более дней. В счастью, процесс можно приостановить и возобновить.
Чтобы приостановить, нажмите + один (!) раз и подождите, когда завершатся все начатые операции. Иначе, возможно, появятся ошибочки и придётся переделывать. Чтобы возобновить, повторите

$ bitbake core-image-sato 

Если закрыли терминал, то в новом терминале перед сборкой придётся повторить установку переменных среды:

$ source oe-init-build-env

По завершении сборки можно проверить, что получилось, запустив эмулятор QEMU

$ runqemu qemux86

Появится окно терминала xterm, там надо будет ввести пароль root хоста для создания интерфейса tap. Там же можно увидеть IP host-машины на tap интерфейсе и IP эмулируемой машины. У меня 192.168.7.1 и 192.168.7.2 соответственно.
Затем, если собран SATO должно появится окно графического интерфейса:



Если запущенный эмулятор мешает, пока его можно закрыть. Полистайте стрелочками в верхней части GUI до появления соответствующей иконки выключения или введите poweroff через терминал SATO или по ssh. Про ssh будет позже.
Не закрывайте QEMU крестиком на главном окошке эмулятора. Закрывайте штатными средствами эмулируемой машины. Иначе у вас в системе от QEMU останутся интерфейсы ethX, tapX, virbrX, которые придётся будет ifconfig… ifdown, или как это делается на вашей ОС. Или каждый раз при запуске QEMU будут новые IP хоста и QEMU, что неудобно.

Средства разработки

Используется Eclipse IDE for C/C++ Developers, версия Luna. В этой сборке имеются плагины CDT, GNU ARM и некоторые другие полезные для кросс-компиляции и разработки встроенного ПО плагины.
Можно скачать отсюда:
Eclipse Luna SR2.

Будем собирать приложения Hello, world!

Eclipse, Cross GCC

Сначала простой путь, соберём обычными средствами Eclipse: CDT + GNU ARM
Если этих плагинов в вашем Eclipse ещё нет, то добавьте плагин CDT из стандартного репозитория Eclipse и отсюда GNU ARM Plugin for Eclipse GNU ARM C/C++ Cross Compiler и что ещё захочется.

Создаём новый проект C++:
Меню Eclipse File->New->Project…->C/C++->C++ Project
Нужно выбрать
Project type: Executable->Hello World C++ Project
Toolchains: Cross GCC

заполните поле Author
Теперь самое важное, что касается системы сборки:
Cross compiller prefix: i586-poky-linux-
Cross compiler path: /home/.../My_Designs/Poky/poky/build/tmp/sysroots/x86_64-linux/usr/bin/i586-poky-linux
Компилируем проект
Project->Build Project
Должен появиться исполняемый файл
Так как компилировали для QEMU x86 Linux, то должен запуститься и на вашей host машине, если, конечно, вы работаете на x86 Linux или совместимой с ней. У меня запустилось на IA64 Ubuntu.
Теперь, если успели закрыть QEMU, то запустите опять

$ runqemu qemux86

Появится окно терминала xterm, надо будет ввести пароль root для создания tap интерфейса.



Как видно, у меня IP host-машины 192.168.7.1, IP qemu 192.168.7.2
Затем появится окно QEMU с графическим интерфейсом
Можно подсоединиться к QEMU через ssh и sftp. Первый полезен для запуска программы, второй — для отправки этой программы на эмулируемую машину.
Файл я отправлял с помощью файлового менеджера Krusader. В Windows можно использовать FileZilla или другими.
В Krusader я выбрал Tools->New Net Connection…, в диалоговом окне нужно выбрать sftp://, ввести IP и Username: root



В домашнюю папку на QEMU я скопировал исполняемый файл hello_cross_gcc_02 из папки Debug проекта
Далее можно открыть терминал в графическом интерфейсе QEMU и запустить программу на выполнение оттуда. Мне более удобным показалось соединиться через ssh. В окне терминала host-машины запускаем ssh

$ ssh root@192.168.7.2

и запускаем недавно скопированный исполняемый файл:

$ ./hello_cross_gcc_02

Должно получиться
Hello World!

Сборка в ADT

Yocto предоставляет Application Development Toolkit (ADT), который содержит:

• ориентированный на соответствующую архитектуру и sysroot cross-toolchain, собранный системой OpenEmbedded, который использует Poky
• плагин Yocto к Eclipse IDE
• QEMU для эмуляции целевого оборудования
• различные средства разработки, работающие в user-space

Подготовка Eclipse

Делалось на основе этого: Yocto — Настройка Eclipse
В Eclipse нужны плагины из стандартной комплектации:
Linux Tools

• LTTng — Linux Tracing Toolkit

Mobile and Device Development

• C/C++ Remote Launch
• Remote System Explorer End-user Runtime
• Remote System Explorer User Actions
• Target Management Terminal
• TCF Remote System Explorer add-in
• TCF Target Explorer

Programming Languages

• Autotools Support for CDT
• C/C++ Development Tools

И нужно добавить плагин от Yocto. Скачать можно отсюда: Yocto Plugin for Eclipse

Подготовка сборки

Для организации взаимодействия с IDE и средствами разработки, предусмотрены скрипты:

$ bitbake adt-installer
$ bitbake meta-ide-support

для запуска QEMU плагином Yocto нужен rpcbind

$ sudo apt-get install rpcbind

нужно отредактировать файл /etc/default/rpcbind

$ sudo nano /etc/default/rpcbind
> OPTIONS="-i -w"

нужно распаковать root filesystem в ту папку в sysroots, где лежит файловая система эмулируемой машины. В нашем случае qemux86:

$ runqemu-extract-sdk ./tmp/deploy/images/qemux86/core-image-sato-qemux86.tar.bz2 ./tmp/sysroots/qemux86

Настройка Yocto ADT в Eclipse

В Eclipse меню Windows->Preferences, Yocto Project ADT
Cross Compiler Options
Build system derived toolchain
Toolchain Root Location:
/home/.../Poky/poky/build/
Sysroot Location:
/home/.../Poky/poky/build/tmp/sysroots/qemux86
Target Architecture: i586-poky-linux
Target Options:
QEMU
Kernel: /home/.../Poky/poky/build/tmp/deploy/images/qemux86/bzImage-qemux86.bin

Проект Hello, World! в Eclipse c Yocto ADT

Создаём новый проект
New Project->C++ Project
Project name: hello_qemu_cmake_04
Project type: Yocto Project ADT CMake Project->Hello World C++ CMake Project


Next, Next, Finish
Build project
В папке проекта -> Debug должен получиться hello_qemu_cmake_04
Теперь можно запустить приложение так же как это было с проектом, созданным через Cross GCC за исключением того, что QEMU запускается теперь в Eclipse через меню
Run->External Tools->qemu_i586-poky-linux

Запуск и отладка из IDE Eclipse

Теперь настроим Eclipse так, чтобы можно было запускать и отлаживать приложение прямо из IDE.
Инструкция взята отсюда:
Загрузка и отладка приложения средствами ADT в Eclipse
Для удобства перед настройкой удалённая машина должна быть запущена (Run->External Tools->qemu_i586-poky-linux, как в предыдущем разделе).
Для настройки отладки выбираем в меню Eclipse
Run -> Debug Configurations…
В списке слева нужно отыскать “C/C++ Remote Application”, там должен быть пункт с названием нашего проекта и виртуальной машины. У меня это “hello_qemu_cmake_04_gdb_i586-poky-linux”. Надо его выбрать.
В руководстве от Yocto предлагается указать Remote Absolute File Path for C/C++Application. Но сейчас не самое лучшее время для этого. Удобнее будет сначала настроить связь с удалённой машиной.
А пока в правой области выбираем вкладку Debugger, здесь надо в выпадающем списке Debugger выбрать remote gdb/mi. У меня это единственный элемент списка, но его всё равно нужно выбрать. При этом заполняться некоторые другие поля формы.

Возвращаемся на вкладку Main и создаём соединение.
В разделе Connection выбираем New…. В окне New Connection выбираем TCF. У меня их два. Я не знаю, зачем второй, но выбор первого точно приводит к положительному результату.



В поле Host name вписываем IP машины в QEMU. Поле Connection name можно оставить заполненным IP. , … Чтобы меньше было возни позже, здесь же можно указать login при соединении. В разделе Connection нажмите Edit… и заполните Default User ID. Логин root.


На вкладке Main выбираем только что созданное соединение.
Теперь указываем путь к файлу и имя файла, с которым Eclipse будет загружать отлаживаемое приложение на удалённую машину.
Если QEMU запущен, то можно нажать Browse… и, если с соединением всё в порядке, можно будет посмотреть файловую систему удалённой машины и выбрать место, куда загружать приложение. У вас не обязательно будет такая же картинка, как на скриншоте снизу. Но вот что важно: нужно указать файл. Если вы собираетесь указать папку, в которой нет файла с тем именем, с которым хотите загружать исполняемый файл, то в этим окном вы не ограничитесь. Нажмите и допишите имя файла в окне Debug Configurations.



Итог должен получиться примерно такой:



Теперь можно нажать .

У меня в окне консоли Eclipse “Remote Shell” было так:

root@qemux86:/# 
e
c
h
o
 
$
P
WD'>'
/>
…

Затем приглашение переключиться в перспективу Debug. Есть смысл согласиться.
Отладчик остановился на строке

printf("Hello World!\n");

Жмём Step Over (F6)
В терминале

...
Remote debugging from host 192.168.7.1
Hello World!

Теперь можно писать программу. Пока для QEMU x86.