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i.MX平台Yocto构建指南：从环境搭建到定制化Linux系统

发表于 21 小时前 | 查看: 2| 回复: 0

一、Yocto Project 简介

Yocto Project 是一个开源协作项目，专注于嵌入式 Linux 操作系统开发，能够帮助开发者为不同硬件平台构建定制化的 Linux 镜像。对于 NXP i.MX 系列开发板，Yocto 提供了专门的 BSP（Board Support Package），通过分层架构整合内核、U-Boot、驱动及应用组件，支持 i.MX 6/7/8/9 等多个家族的 SoC（System-on-Chips）。

本教程聚焦 i.MX 平台的 Yocto 环境搭建、镜像构建、部署及定制化操作，适用于嵌入式开发工程师快速上手。

1. 核心概念铺垫

在理解构建过程前，需明确 Yocto 的核心组件：

  • Poky：Yocto 的参考发行版，包含构建系统（BitBake）、基础元数据（meta-poky）、开源层（meta-openembedded）等核心内容。
  • BitBake：Yocto 的构建引擎，负责解析配方（Recipe）、依赖管理、执行构建任务。
  • 层（Layer）：元数据的组织单元，用于分离硬件、软件、定制化配置（如 meta-yocto-bsp 对应硬件 BSP，meta-custom 对应自定义配置）。
  • 配方（Recipe）： .bb 文件，定义单个软件包的构建规则（源码地址、编译参数、依赖、安装步骤）。
  • 机器配置（Machine）： conf/machine/<machine>.conf，定义硬件平台的参数（架构、内核、驱动、分区等）。
  • 发行版配置（Distro）： conf/distro/<distro>.conf，定义系统全局特性（包管理器、初始化系统、编译器版本等）。
  • 构建目录（Build Directory）：构建过程中生成的临时文件、编译产物、最终镜像的存放目录（通常为 build/）。

二、前置准备

（一）硬件要求

  • 主机系统：推荐 Ubuntu 22.04 及以上版本（其他 Linux 发行版需适配依赖包）
  • 硬盘空间：最小 50GB（基础构建），推荐 120GB（全后端编译），机器学习组件构建需 250GB 以上
  • 网络环境：稳定网络（用于下载源码、依赖包及镜像资源）

（二）软件依赖安装

在 Ubuntu 主机中执行以下命令，安装 Yocto 构建必需的依赖包：

sudo apt-get install build-essential chrpath cpio debianutils
diffstat file gawk gcc git iputils-ping libacl1 liblz4-tool locales
python3 python3-git python3-jinja2 python3-pexpect python3-pip 
python3-subunit socat texinfo unzip wget xz-utils zstd efitools

注意：确保系统默认 grep 版本未被替换，否则可能导致构建失败。

（三）Repo 工具安装

Repo 是基于 Git 的多仓库管理工具，用于简化 Yocto 分层源码的下载，安装步骤如下：

  1. 创建工具目录并下载 Repo：
mkdir -p ~/bin

curl https://storage.googleapis.com/git-repo-downloads/repo > ~/bin/repo

chmod a+x ~/bin/repo
  1. 配置环境变量（永久生效）：
echo "export PATH=~/bin:\$PATH" >> ~/.bashrc

source ~/.bashrc

三、Yocto 环境搭建

（一）下载 i.MX Yocto BSP 源码

  1. 创建工作目录并初始化 Repo：
mkdir imx-yocto-bsp

cd imx-yocto-bsp

repo init -u https://github.com/nxp-imx/imx-manifest -b imx-linux-walnascar -m imx-6.12.34-2.1.0.xml
  • -b 指定分支（对应 Yocto 5.2 Walnascar 版本）
  • -m 指定清单文件（定义源码仓库及版本）
  1. 同步源码（耗时较长，取决于网络速度）：
repo sync

同步完成后，源码将存储在 imx-yocto-bsp/sources 目录，包含 i.MX 专属层（meta-imx）和社区层（如 poky、meta-freescale 等）。

（二）构建配置初始化

i.MX 提供 imx-setup-release.sh 脚本简化构建配置，需指定目标硬件（MACHINE）和图形后端（DISTRO），语法如下：

DISTRO=<发行版配置> MACHINE=<机器名称> source imx-setup-release.sh -b <构建目录名>

关键参数说明：

参数 可选值 说明
DISTRO fsl-imx-wayland 纯 Wayland 图形（推荐 i.MX 8/9）
fsl-imx-xwayland Wayland + X11（默认，兼容 X11 应用）
fsl-imx-fb 帧缓冲（仅支持 i.MX 6/7，不支持 8/9）
MACHINE imx8mpevk i.MX 8M Plus EVK 开发板
imx8mqevk i.MX 8M Quad EVK 开发板
imx6qpsabresd i.MX 6QuadPlus SABRE-SD 开发板
其他 完整列表见文档 5.1 节（如 imx93evk、imx7dsabresd 等）

示例：配置 i.MX 8M Plus EVK + XWayland 后端

DISTRO=fsl-imx-xwayland MACHINE=imx8mpevk source imx-setup-release.sh -b build-xwayland

执行后会提示接受 NXP EULA（最终用户许可协议），输入 y 确认后，脚本将创建构建目录 build-xwayland，并生成配置文件 conf/bblayers.conf（分层配置）和 conf/local.conf（本地参数配置）。

四、镜像构建

（一）选择镜像类型

Yocto 支持多种预定义镜像，适配不同场景，常用镜像如下：

镜像名称 用途 提供层
core-image-minimal 最小系统（仅能启动） poky
core-image-base 控制台完整系统（支持硬件功能） poky
imx-image-multimedia 带多媒体功能（无 Qt） meta-imx/meta-imx-sdk
imx-image-full 带 Qt 6 + 机器学习功能（需 GPU 支持） meta-imx/meta-imx-sdk
fsl-image-machine-test 社区基础测试镜像（无 GUI） meta-freescale-distro

（二）执行构建命令

使用 bitbake 命令启动构建，语法：bitbake <镜像名称>

以构建最小系统镜像 core-image-minimal 为例：

bitbake core-image-minimal

BitBake 会按以下阶段执行构建（可通过 bitbake -e <目标> 查看完整变量和阶段）：

阶段 1：解析元数据（Parsing）
  • 加载 bblayers.conf 中所有层的元数据（配方、配置文件）。
  • 解析目标镜像的配方（如 core-image-minimal.bb），递归解析所有依赖的软件包配方（如内核、根文件系统、工具链）。
  • 生成构建任务依赖图（Task Graph），确定任务执行顺序（如先编译依赖，再编译主包）。
阶段 2：依赖解析（Dependency Resolution）
  • BitBake 分析所有配方的 DEPENDS（编译依赖）和 RDEPENDS（运行依赖），解决依赖冲突。
  • 确定每个软件包的构建顺序（如先编译 glibc，再编译 gcc，最后编译应用程序）。
阶段 3：资源下载（Fetch）
  • 下载配方中 SRC_URI 指定的源码（如内核源码、软件包源码），缓存到 DL_DIR。
  • 支持多种协议（HTTP、Git、FTP），并验证校验和（如 SHA256），确保源码完整性。
  • 若本地已缓存，则跳过下载（加速构建）。
阶段 4：解包与补丁（Unpack & Patch）
  • 将下载的源码解包到 build/tmp/work/<架构>/<包名>/<版本>/workdir/。
  • 应用配方中定义的补丁（SRC_URI 中的 .patch 文件），适配源码到目标平台。
阶段 5：配置与编译（Configure & Compile）
  • 配置：执行源码的配置脚本（如 ./configure、make menuconfig、CMake），注入 Yocto 定义的编译参数（如交叉编译器路径、CFLAGS、LDFLAGS）。
  • 编译：调用交叉编译器（Yocto 自动构建的工具链，位于 build/tmp/sysroots/<主机架构>/usr/bin/<目标架构>/）编译源码，生成可执行文件 / 库。
阶段 6：安装与打包（Install & Package）
  • 安装：将编译产物（可执行文件、库、配置文件）安装到 build/tmp/work/<架构>/<包名>/<版本>/image/（临时安装目录）。
  • 打包：根据 PACKAGE_CLASSES 配置，将安装目录的文件打包为指定格式（deb/rpm/ipk），或直接打包到根文件系统。
阶段 7：生成根文件系统（RootFS）
  • 收集所有软件包的安装文件，合并到根文件系统目录（build/tmp/work/<架构>/<镜像名>/<版本>/rootfs/）。
  • 生成文件系统镜像（如 ext4、squashfs、ubifs），或生成可启动镜像（如 SD 卡镜像、ISO 镜像）。
阶段 8：输出最终镜像
  • 最终镜像文件输出到 build/tmp/deploy/images/<MACHINE>/，常见产物：
    • core-image-minimal-<MACHINE>.rootfs.ext4：根文件系统镜像。
    • core-image-minimal-<MACHINE>.sdimg：可直接烧录到 SD 卡的镜像。
    • zImage/Image：内核镜像。
    • u-boot.bin：U-Boot 镜像（若配置了 U-Boot 构建）。

示例 1：构建多媒体镜像（无 Qt）

cd build-xwayland  # 进入构建目录

bitbake imx-image-multimedia

示例 2：构建带 Qt 6 和机器学习的完整镜像

bitbake imx-image-full
  • 首次构建会自动下载工具链和依赖包，耗时较长（数小时至数十小时，取决于硬件性能）
  • 构建过程中可通过日志查看进度：build-xwayland/tmp/work/<架构>/<组件>/temp

（三）常用 BitBake 选项

选项 功能
-c fetch 仅下载组件源码（不编译）
-c cleanall 清理组件构建目录（彻底重新构建）
-c deploy 部署镜像 / 组件到根文件系统
-k 构建失败时继续编译其他组件
-g 生成组件依赖树
-s 显示所有配方的当前版本和推荐版本
-DDD 开启三级调试日志

示例：强制重新编译某个组件

bitbake -c compile -f u-boot-imx

（四）U-Boot 配置（可选）

默认 U-Boot 采用 SD 卡启动，如需配置其他启动方式（如 SPI、NAND），需在 local.conf 中添加配置：

# 单启动方式（如 eimnor）

echo "UBOOT\_CONFIG = \"eimnor\"" >> conf/local.conf

# 多启动方式（如 SD + eimnor）

echo "UBOOT\_CONFIG = \"sd eimnor\"" >> conf/local.conf

# 单独构建 U-Boot

MACHINE=imx8mpevk bitbake -c deploy u-boot-imx

五、镜像部署

（一）查找构建产物

构建完成后，镜像文件存储在 build-xwayland/tmp/deploy/images/<机器名称>/，核心文件包括：

  • .wic.zst：SD 卡镜像（包含分区、U-Boot、内核、根文件系统）
  • .tar.gz：根文件系统压缩包（用于其他存储介质部署）
  • u-boot.imx：U-Boot 二进制文件
  • Image：Linux 内核镜像

（二）烧录 SD 卡镜像

  1. 插入 SD 卡到主机，通过 lsblk 查看设备节点（如 /dev/sdb）
  2. 执行烧录命令（替换 <镜像名> 和 <设备节点>）：
zstdcat <镜像名>.wic.zst | sudo dd of=/dev/sd<分区> bs=1M conv=fsync

示例：

zstdcat imx-image-multimedia-imx8mpevk.wic.zst | sudo dd of=/dev/sdb bs=1M conv=fsync
  1. 烧录完成后，将 SD 卡插入 i.MX 开发板，设置启动开关为 SD 卡启动，上电即可启动系统。

六、定制化操作

（一）添加自定义包

如需在镜像中添加额外软件包（需存在对应 Yocto 配方），在 local.conf 中添加：

# 单个包

CORE\_IMAGE\_EXTRA\_INSTALL:append = " <包名>"

# 多个包（空格分隔）

CORE\_IMAGE\_EXTRA\_INSTALL:append = " chromium-ozone-wayland opencv"

示例：添加 Wayland 版本的 Chromium 浏览器

CORE\_IMAGE\_EXTRA\_INSTALL:append = " chromium-ozone-wayland"

bitbake-layers add-layer ../sources/meta-browser/meta-chromium  # 添加浏览器层

bitbake imx-image-multimedia  # 重新构建镜像

（二）创建自定义发行版（DISTRO）

  1. 复制现有发行版配置文件（以 fsl-imx-xwayland 为基础）：
cp ../sources/meta-imx/meta-imx-sdk/conf/distro/fsl-imx-xwayland.conf ../sources/meta-imx/meta-imx-sdk/conf/distro/my-custom-distro.conf
  1. 编辑 my-custom-distro.conf，修改参数（如内核版本、默认包、图形后端等）
  2. 使用自定义发行版构建：
DISTRO=my-custom-distro MACHINE=imx8mpevk source imx-setup-release.sh -b build-custom

bitbake imx-image-full

七、常见问题解决

（一）构建失败：依赖包下载超时

  • 手动下载对应包到 DL_DIR（默认 build-xwayland/downloads）
  • 创建 <包名>.done 文件标记下载完成：touch <包名>.done
  • 重新执行 bitbake 命令

（二）镜像启动失败

  • 检查 SD 卡烧录是否完整（重新烧录）
  • 确认开发板启动开关配置正确
  • 查看 U-Boot 日志（串口输出），确认内核和根文件系统路径是否正确

（三）添加自定义配方（bbappend）不生效

  • 检查配方文件名是否与原配方一致（如 u-boot-imx_%.bbappend）
  • 查看 log.do_fetch 日志，确认补丁是否被正确加载
  • 确保 FILESEXTRAPATHS 路径配置正确：
FILESEXTRAPATHS:prepend := "\${THISDIR}/\${PN}:"

八、参考资料

  1. 官方文档：i.MX Yocto Project User‘s Guide（UG10164）
  2. Yocto Project 官方文档：https://docs.yoctoproject.org/
  3. NXP i.MX 开发者官网：https://www.nxp.com/products/processors-and-microcontrollers/arm-processors/i-mx-applications-processors/i-mx-8-processors:i.MX8

在云栈社区的 C/C++ 板块，你也能找到许多关于底层开发和系统编程的深度讨论，这些知识对于理解像 Yocto 这样的构建系统和进行嵌入式Linux底层开发非常有帮助。




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