基于Yocto Project的嵌入式应用设计

摘要：Yocto Project是一个开源项目，可以在任意硬件上(如x86、x86-64、ARM、PPC、MIPS)为任意嵌入式设备构建自定义嵌入式Linux应用所需的模板、工具和资源，极大地简化了开发过程。本设计主要基于Yocto Project在嵌入式设备上轻松定制嵌入式Linux应用，并实现Yocto Project的定制过程。
关键词：Linux；Yocto Project；定制系统

引言
Linux作为嵌入式系统的主要工具，具有源代码开放、完全可定制、支持许多网络协议、服务器级别高、可靠性高等很多优点。但现有的嵌入式Linux市场开始分化，现有的选择包括半导体厂商提供的实例方案、嵌入式OSV提供商应用的嵌入式Linux产品、嵌入式产品开发商的自有方案和开源项目等。由于缺乏一致性，造成了嵌入式开发高昂的维护成本，不仅嵌入式开发缺乏足够的专业人员，而且开发过程存在安全漏洞问题。在Yocto Project项目中，可以使用许多高效的工具，从而轻松定制嵌入式Linux产品。

1 YoCto Proiect的原理和架构
Yocto Project是一个开源项目，由Linux Foundation主导并被嵌入式业界领导者所支持。Yocto Project与OpenEmbedded兼容，后者包括了许多开源项目的构建方法，可以作为Yocto Project的有效补充。Yocto Project提供基于社区测试的支持多种架构的镜像。Yocto Project的优点如下：具有高质量的构建系统，平等地支持所有主流的嵌入式架构(ARM、Power PC、MIPS、x86(32＆64位))，紧密跟踪许多上游开源项目的最新发布版本，具有统一的Linux BSP格式和应用程序开发套件，还可轻松地实现从原型切换到商用嵌入式Linux产品。
Yocto Project架构中用户自定义层由用户根据需求定制，包括定制层、BSP(Board Support Package)层、特性层和核心元数据(CoreRe cipe)层。上层开源组建最常用的命令为BusyBox和Eglibc等。架构中应用的开发套件，由Poky构建系统生成交叉工具链，使用ADT installer来定制交叉开发环境，可以支持在目标系统和sysroot上的包管理架构，包括Eclipse／Anjuta集成开发环境的插件、调用安装好的交叉工具链，以及模板和调试工具。元数据准备好了由元工具(bitbake)解析、执行。元工具抽象构建一个软件过程中的fetch、unpack、patch、configu re、cornpile、packagc等任务；同时，元工具还负责按不同软件之间的依赖关系有序地执行编译。编译成功后，用户自定义的Yocto镜像就可以在嵌入式设备上使用。Yoto Project架构图如图1所示。

2 构建嵌入式系统
构建嵌入式系统是一个嵌入式Linux项目的核心，构建系统需要定义一组语义让开发者可以描述一个特定的构建任务，嵌入式系统负责交叉编译一个项目的整个过程，包括下载源代码、打上特定的补丁、配置、编译、安装，并将安装结果按指定格式打包。构建的嵌入式系统还要并发调度多个构建任务。好的构建系统决定了一个嵌入式Linux开发环境的效率和友好度。Yocto内核使用GIT进行源代码管理，内核功能被组织成小的集合，方便深入定制化并支持多种内核开发流程和管理技术。所使用的应用开发套件是由Poky构建系统生成的交叉工具链，使用ADT installer来定制交叉开发环境，支持在目标系统和sysroot上的包管理架构，包括RPM、DEB、IPK，支持Eclipse／Anjuta集成开发环境的插件，而且还可以使用Qemu作为模拟器，模拟器支持基于OpenGL的应用开发(QemuGL加速)。
(1)元数据Recipe
一份Recipe包括了一组元数据，而这些元数据则定义了与一个项目相关的构建信息：源代码的地址，项目相关的特定配置参数，如何编译、安装和打包数据。丰富的类文件有助于最大程度地重用元数据，由Profile决定选择哪些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行元数据。
(2)元数据层
元数据可以相互层叠，以很低的维护成本来进行深层次的定制化，同时还可以增加新的项目，调整架构相关的编译标志，覆盖某个项目特定的配置选项。
开发者提供元数据(食谱或菜谱)，食谱是由一种标记性的语言所写，由元工具(bitbake)解析、执行。每份食谱都是描述某个软件的“清单”，例如：源代码从哪里下载，需要哪些补丁文件，可能需要哪些特殊编译链接选项，打包时需要的特殊配置，依赖哪些其他软件等相关信息。元工具则抽象了构建一个软件过程中的fetch、unpack、patch、configure、compile、package等任务；同时，元工具还负责按不同软件之间的依赖关系有序地执行编译。

3 智能车载系统硬件设计
随着汽车电子的发展，智能车载系统越来越受到关注，智能车载系统通过信息的传递为车辆提供出行指引、安防、救援、远程故障诊断等服务。远程信息服务(Telematics)即通信网络为安装在车上的资讯系统平台提供的多样化的信息服务。TelematicS系统可分为车前座系统、车后座系统，以及车况诊断系统。
其中，车前座系统提供的服务包括通信、导航、行车安全监视、联网资讯、路况、天气等；车后座系统的服务包括在线下载影音资讯、在线网络游戏等；车况诊断系统的服务包括保养通知、车况预警等。目前，在车载智能系统中有日产的Carwings、通用公司的Onstar、丰田公司的G-BOOK、一汽奔腾公司的D-Partner以及荣威公司的inKanet等。其中，OnStar是以安防为主的Telematics服务，G—Book是以资讯及娱乐为主的Telematics服务。