大型嵌入式軟件的自動(dòng)化交叉編譯＊

安峰

（蘇州工業(yè)園區(qū)服務(wù)外包職業(yè)學(xué)院 信息技術(shù)系，蘇州 215123）

安峰（工程師），主要研究領(lǐng)域?yàn)榍度胧綀D像處理。

引 言

在嵌入式Linux軟件的開發(fā)當(dāng)中，交叉編譯基本是不可或缺的一步。如果整個(gè)系統(tǒng)規(guī)模較小的話，例如一些不需要其他庫(kù)或者很少依賴包的系統(tǒng)，我們可以采取人工的辦法：下載源代碼、解壓縮、設(shè)置參數(shù)、交叉編譯然后下載運(yùn)行。但是隨著系統(tǒng)規(guī)模的不斷擴(kuò)大，依賴包的不斷增長(zhǎng)，人工交叉編譯所需的工作量隨之增長(zhǎng)，同時(shí)需要富有經(jīng)驗(yàn)的工程師進(jìn)行操作，難以實(shí)現(xiàn)目前市場(chǎng)所要求的快速開發(fā)。

例如筆者對(duì)一款Linux下的媒體管理軟件mythtv進(jìn)行交叉編譯的時(shí)候就遇到了這個(gè)問題，整個(gè)應(yīng)用軟件的壓縮包達(dá)到幾十兆，同時(shí)還依賴于其他幾十個(gè)庫(kù)，而每個(gè)庫(kù)又有各自的依賴，如果按照傳統(tǒng)的交叉編譯方式進(jìn)行的話無(wú)疑是個(gè)災(zāi)難。幸運(yùn)的是，mythtv被集成在開源框架系統(tǒng)Openbricks當(dāng)中，這使得整個(gè)系統(tǒng)的交叉編譯、定制、開發(fā)和發(fā)布變得簡(jiǎn)單起來(lái)。

1 Openbricks框架系統(tǒng)介紹

Openbricks是一個(gè)企業(yè)級(jí)的框架系統(tǒng)，內(nèi)部集成了Bootloader，kernel，Systemd，X11和大量的工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)（OpenGL ES，OpenVG，OpenMAX……），應(yīng)用框架（Qt，GTK，EFL，SDL），多款大型的應(yīng)用軟件（均是開源媒體管理、播放軟件）以及一系列的shell腳本。這些腳本智能化地管理著整個(gè)框架系統(tǒng)，可以根據(jù)用戶的配置，自動(dòng)化生成目標(biāo)系統(tǒng)，智能地實(shí)現(xiàn)所有的庫(kù)依賴、源代碼下載、配置、編譯以及目標(biāo)系統(tǒng)生成的功能。

Openbricks是一個(gè)開源項(xiàng)目，其源代碼目前由版本控制工具M(jìn)ercurial來(lái)管理。在ubuntu環(huán)境下，我們可以通過命令行的方式（或者通過git的方式）來(lái)獲取到源代碼：hg clone http：／／hg.Openbricks.org／Openbricks

如圖1所示，源代碼目錄下主要有sources、packages、scripts和build等目錄。其中，scripts目錄下存放控制腳本，以控制整個(gè)系統(tǒng)的運(yùn)作；sources目錄下存放有每個(gè)包的源代碼（壓縮包）；packages目錄下存放每個(gè)軟件包的配置腳本、編譯腳本和安裝腳本；build目錄下存放解壓縮后的軟件包源代碼。

圖1 源代碼獲取及目錄層次

2 配置功能

如上文所述，Openbricks內(nèi)部集成有大量的開發(fā)庫(kù)，因此在使用這些庫(kù)之前需要進(jìn)行適當(dāng)?shù)呐渲谩Ｔ贠penbricks源代碼的根目錄下輸入make menuconfig，即可啟動(dòng)Openbricks配置界面。值得一提的是，Openbricks的智能管理功能會(huì)根據(jù)用戶環(huán)境的不同，來(lái)提示用戶是否需要自動(dòng)下載安裝所需的配置工具，如圖2所示。

圖2 自動(dòng)下載配置工具

在安裝完所需的工具之后，即可出現(xiàn)用戶配置主界面，如圖3所示。我們選擇了框架中眾多軟件中的mythtv，以及目標(biāo)平臺(tái)的cpu、architecture和平臺(tái)等，如果需要進(jìn)一步定制軟件，可以在packets、libs等目錄下進(jìn)行進(jìn)一步的修改。在保存配置文件之后輸入make命令即可進(jìn)行整個(gè)系統(tǒng)的編譯與生成，如果一切順利的話，將會(huì)在binary目錄下生成目標(biāo)系統(tǒng)，而mythtv所依賴的Qt、X11、python和perl等眾多庫(kù)則被自動(dòng)下載并且編譯、安裝。默認(rèn)情況下，目標(biāo)系統(tǒng)是以文件系統(tǒng)的形式存在，同時(shí)，目標(biāo)系統(tǒng)的Bootloader和kernel也相應(yīng)包含在內(nèi)。由于目前硬件平臺(tái)的多樣性，因此在多數(shù)情況下，kernel還需要進(jìn)一步的移植才能更好地適應(yīng)用戶的目標(biāo)系統(tǒng)。

圖3 用戶配置主界面

3 自動(dòng)化編譯原理

Openbricks之所以能實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化的編譯，在于一系列的shell腳本。在開始編譯之后，腳本開始檢查目錄下的所有包，并按照makefile對(duì)時(shí)間規(guī)則的定義以及用戶在配置界面中所作的選擇對(duì)相關(guān)包進(jìn)行編譯。對(duì)于每個(gè)軟件包，在Openbricks框架當(dāng)中均有一系列的目錄與之對(duì)應(yīng)。以zlib包為例，在packet目錄下有一個(gè)zlib文件夾，其中包含有meta、build和install三個(gè)文件，這三個(gè)文件分別記錄了zlib包的版本、依賴、配置和編譯參數(shù)。在script目錄當(dāng)中的編譯安裝腳本會(huì)判斷相關(guān)的軟件包是否已經(jīng)被順利編譯安裝，如果沒有，則會(huì)檢查包的依賴鏈，并進(jìn)行代碼下載、編譯等操作。Openbricks腳本流程圖如圖4所示。

圖4 Openbricks腳本流程圖

其中，檢測(cè)包之間的依賴關(guān)系是通過Linux平臺(tái)下的pkg工具，源代碼下載通過wget工具，其他一些需要用到的工具會(huì)在編譯過程中自動(dòng)下載，系統(tǒng)主機(jī)通常選擇在ubuntu環(huán)境下。

4 基于Openbricks的軟件開發(fā)與發(fā)布

基于Openbricks，可以快速地進(jìn)行軟件的開發(fā)工作。以開發(fā)一個(gè)基于Qt和OpenGL的3D嵌入式圖形程序?yàn)槔陂_發(fā)程序時(shí)，我們只希望關(guān)注于應(yīng)用程序本身，而不是受困于Qt、OpenGL的配置、安裝問題。基于Openbricks，我們將應(yīng)用程序以packet的形式添加進(jìn)Openbricks，假設(shè)應(yīng)用程序名叫mythremote，則添加方法如下：

① 運(yùn)行.／scripts／newpacket mythremote命 令，將在packet目錄下生成mythremote目錄；

② 在mythremote目錄下編輯meta文件，修改PKG＿VERSION、PKG＿URL和依賴包等宏變量；

③ 運(yùn)行.／scripts／unpacked mythremote命令，測(cè)試是否會(huì)根據(jù)PKG＿URL來(lái)自動(dòng)下載相應(yīng)源代碼，并解壓縮到build目錄下的mythremote目錄下；

④ 編輯build文件，增加配置命令；

⑤ 運(yùn)行.／scripts／build mythremote命令，即可進(jìn)行源代碼編譯，如果在meta文件下有包依賴的話，則會(huì)先進(jìn)行依賴包的下載、編譯與安裝。

基于Openbricks，我們也可以快速地進(jìn)行軟件的發(fā)布工作，因?yàn)樵创a是集成在Openbricks之中，因此用戶在以源代碼編譯、安裝我們的程序時(shí)不必再去關(guān)心Qt或者OpenGL的問題，只需簡(jiǎn)單地配置，然后一個(gè)指令，即可生成相應(yīng)的目標(biāo)系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了嵌入式Linux軟件的快速、簡(jiǎn)單的發(fā)布。

結(jié) 語(yǔ)

本文討論的基于Openbricks的實(shí)現(xiàn)方法及應(yīng)用的主要技術(shù)，使得開發(fā)者可以專注于應(yīng)用相關(guān)的細(xì)節(jié)開發(fā)，不用再去關(guān)注硬件、Bootloader、kernel和應(yīng)用框架等。工程實(shí)踐證明這些方法都是可行的，可以較大地提高開發(fā)效率。由于主系統(tǒng)環(huán)境參數(shù)和用戶經(jīng)驗(yàn)的不同等，在首次編譯該系統(tǒng)時(shí)會(huì)遇到一些問題，而且首次編譯系統(tǒng)的時(shí)間也較長(zhǎng)（10個(gè)小時(shí)左右），這也是該產(chǎn)品有待提高之處。

［1］http：／／www.Openbricks.org／.

［2］http：／／www.mythtv.org／.

［3］張?jiān)~，向勇，鄭志國(guó).Peta Linux操作系統(tǒng)在 Micro Blaze系統(tǒng)中的移植［J］.單片機(jī)與嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用，2010，10（7）.

［4］韋東山.嵌入式Linux應(yīng)用開發(fā)完全手冊(cè)［M］.北京：人民郵電出版社，2008.

［5］文全剛.嵌入式Linux操作系統(tǒng)原理與應(yīng)用［M］.北京：北京航空航天大學(xué)出版社，2002：155－169.

［6］亞荷毛爾.構(gòu)建嵌入式Linux系統(tǒng)［M］.2版.O'keilly Taiwan公司，譯.北京：中國(guó)電力出版社，2011.