基于Yocto Project的嵌入式應用設計

摘要：Yocto Project是一個開源項目，可以在任意硬件上(如x86、x86-64、ARM、PPC、MIPS)為任意嵌入式設備構建自定義嵌入式Linux應用所需的模板、工具和資源，極大地簡化了開發過程。本設計主要基于Yocto Project在嵌入式設備上輕松定制嵌入式Linux應用，并實現Yocto Project的定制過程。
關鍵詞：Linux；Yocto Project；定制系統

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。