Buildroot 构建 Linux 系统

news2024/9/20 20:50:18

Buildroot 是一个工具，以简化和自动化为嵌入式系统构建完整 Linux 系统的过程。使用交叉编译技术，Buildroot 能够生成交叉编译工具链、根文件系统、Linux 内核映像和针对目标设备的引导加载程序。可以独立地使用这些选项的任何组合，例如，可以使用现有的交叉编译工具链，然后使用 Buildroot 构建根文件系统。

Buildroot 特别适用于嵌入式系统开发人员，因为嵌入式系统通常使用不同于常规 x86 处理器的处理器架构，如 PowerPC、MIPS、ARM、RISC-V 等。Buildroot 支持多种处理器及其变种，并为许多常见的开发板提供了默认配置。此外，一些第三方项目基于 Buildroot，或者在 Buildroot 基础上开发其 BSP（板支持包）或 SDK（软件开发工具包）。

Buildroot 是为在 Linux 系统上运行而设计的。虽然 Buildroot 会构建大部分编译所需的宿主包，但一些标准的 Linux 工具预计已经在宿主系统上安装好了。

下面是一些必需包的概述（请注意，包名可能因发行版而异）。

  • which：查找命令的绝对路径。
  • sed：文本流编辑器，用于文本替换和转换。
  • make：自动化构建工具，通过Makefile文件控制编译过程。
  • binutils：包含链接器、汇编器等二进制工具。
  • build-essential（Debian系统）：包含编译软件所需的基本包。
  • diffutils：包含diff和patch工具，用于比较和合并文件差异。
  • gcc/g++：GNU编译器集合，用于编译C/C++代码。
  • bash：常用的Unix shell，用于命令行交互和脚本编写。
  • patch：应用补丁文件到原始文件或目录。
  • gzip/bzip2：用于文件压缩和解压缩的工具。
  • perl：通用的文本处理编程语言。
  • tar：打包和解包文件的归档工具。
  • cpio：另一个归档工具，常与tar一起使用。
  • unzip：解压缩zip格式文件的工具。
  • rsync：用于同步文件和目录的增量备份工具。
  • file：确定文件类型的工具。
  • bc：任意精度的计算器语言。
  • findutils：包含find等用于搜索文件的工具。
  • wget：从网络上下载文件的命令行工具。

从 buildroot 目录运行以下命令：

  • $ make menuconfig：使用基于 curses 的原始配置器。
  • $ make nconfig：使用新的基于 curses 的配置器。
  • $ make xconfig：使用基于 Qt 的配置器。
  • $ make gconfig：使用基于 GTK 的配置器

配置工具将生成一个包含整个配置的 .config 文件。这个文件将由顶层 Makefile 读取。

要开始构建过程，请运行以下命令： $ make

下面是 make 命令的一般执行步骤：

  • 下载源文件（如果需要）；
  • 配置、构建和安装交叉编译工具链，或者导入一个外部工具链；
  • 配置、构建和安装所选的目标软件包；
  • 构建一个内核映像（可选）；
  • 构建一个引导加载程序映像（可选）；
  • 创建一个根文件系统，并以所选的格式保存。

Buildroot 的输出存储在一个单独的目录 output/ 中。该目录包含几个子目录：

  • images/ 存储所有映像文件（内核映像、引导加载程序和根文件系统映像）。这些文件是需要放在目标系统上的文件。
  • build/ 存储所有组件的构建结果（包括 Buildroot 在主机上使用的工具和为目标编译的软件包）。该目录为每个组件包含一个子目录。
  • host/ 包含为主机构建的工具，以及目标工具链的系统根。前者是为主机编译的工具的安装，用于 Buildroot 的正确执行，包括交叉编译工具链。后者是类似于根文件系统层次结构的层次结构。它包含所有用户空间软件包的头文件和库，这些软件包提供和安装其他软件包使用的库。然而，该目录并不意味着用作目标的根文件系统：它包含许多开发文件、未剥离的二进制文件和库，使其对于嵌入式系统来说太大了。这些开发文件用于为目标编译依赖于其他库的库和应用程序。
  • staging/ 是指向 host/ 中目标工具链系统根的符号链接，仅用于向后兼容。
  • target/ 包含几乎完整的目标根文件系统：除了 /dev/ 中的设备文件之外，一切都已准备就绪（ Buildroot 无法创建它们，因为 Buildroot 不以 root 权限运行，也不希望以 root 权限运行）。另外，它没有正确的权限（例如 busybox 二进制文件的 setuid ）。因此，这个目录不应该在目标上使用。相反，应该使用 images/ 目录中构建的任何一个映像。如果需要一个用于通过 NFS 引导的根文件系统的提取映像，则使用在 images/ 中生成的 tarball 映像，并以 root 权限进行提取。与 staging/ 相比，target/ 只包含运行所选目标应用程序所需的文件和库：开发文件（头文件等）未出现，二进制文件被剥离。

这些命令，make menuconfig | nconfig|gconfig | xconfig 和 make，是基本命令，可以轻松快速地生成适合自己需求的映像，包含启用的所有功能和应用程序。

可以用来构建许多常见的嵌入式硬件的系统，如：Lego Mindstorms EV3 和树莓派等。

以树莓派 3B 为例，使用 Buildroot 来构建一个完整的系统，可以遵循以下步骤：

1. 下载并解压 Buildroot

  • 从 Buildroot 官方网站（Buildroot - Making Embedded Linux Easy）下载适合开发环境的 Buildroot 版本。例如，可以选择 buildroot-2020.02.x 或更新的版本。
  • 将下载的 Buildroot 压缩包解压到你的工作目录。

2. 配置 Buildroot

  • 进入解压后的 Buildroot 目录。
  • 执行 make raspberrypi3_defconfig（或根据版本和需要选择适当的配置，如： make raspberrypi3_64_defconfig），使配置生效。这个命令会根据树莓派3B的硬件配置预设一些必要的选项。

  raspberrypi3_defconfig 的文件内容如下：

BR2_arm=y
BR2_cortex_a53=y
BR2_ARM_FPU_NEON_VFPV4=y

# patches
BR2_GLOBAL_PATCH_DIR="board/raspberrypi/patches"
BR2_DOWNLOAD_FORCE_CHECK_HASHES=y

BR2_TOOLCHAIN_BUILDROOT_CXX=y

BR2_SYSTEM_DHCP="eth0"

# Linux headers same as kernel, a 6.1 series
BR2_PACKAGE_HOST_LINUX_HEADERS_CUSTOM_6_1=y

BR2_LINUX_KERNEL=y
BR2_LINUX_KERNEL_CUSTOM_TARBALL=y
BR2_LINUX_KERNEL_CUSTOM_TARBALL_LOCATION="$(call github,raspberrypi,linux,17f135b742c4edb340afb365873c3a574f7e16cb)/linux-17f135b742c4edb340afb365873c3a574f7e16cb.tar.gz"
BR2_LINUX_KERNEL_DEFCONFIG="bcm2709"

# Build the DTB from the kernel sources
BR2_LINUX_KERNEL_DTS_SUPPORT=y
BR2_LINUX_KERNEL_INTREE_DTS_NAME="bcm2710-rpi-3-b bcm2710-rpi-3-b-plus bcm2710-rpi-cm3"

BR2_LINUX_KERNEL_NEEDS_HOST_OPENSSL=y

BR2_PACKAGE_RPI_FIRMWARE=y
BR2_PACKAGE_RPI_FIRMWARE_BOOTCODE_BIN=y
BR2_PACKAGE_RPI_FIRMWARE_VARIANT_PI=y
BR2_PACKAGE_RPI_FIRMWARE_CONFIG_FILE="board/raspberrypi3/config_3.txt"

# Required tools to create the SD image
BR2_PACKAGE_HOST_DOSFSTOOLS=y
BR2_PACKAGE_HOST_GENIMAGE=y
BR2_PACKAGE_HOST_MTOOLS=y

# Filesystem / image
BR2_TARGET_ROOTFS_EXT2=y
BR2_TARGET_ROOTFS_EXT2_4=y
BR2_TARGET_ROOTFS_EXT2_SIZE="120M"
# BR2_TARGET_ROOTFS_TAR is not set
BR2_ROOTFS_POST_BUILD_SCRIPT="board/raspberrypi3/post-build.sh"
BR2_ROOTFS_POST_IMAGE_SCRIPT="board/raspberrypi3/post-image.sh"

# Enable compressed kernel module support
BR2_PACKAGE_BUSYBOX_SHOW_OTHERS=y
BR2_PACKAGE_KMOD_TOOLS=y
BR2_PACKAGE_XZ=y
BR2_PACKAGE_KMOD=y
BR2_PACKAGE_HOST_KMOD_XZ=y

3. 定制系统（可选）

  • 如果需要，可以使用 make menuconfig 命令来图形化地定制系统配置。这包括选择Linux内核版本、用户空间软件包、文件系统类型等。

4. 编译系统

  • 执行 make 命令开始编译。根据电脑配置和选择的软件包数量，编译可能需要一段时间。
  • 编译完成后，在 output/images/ 目录下会生成一个或多个镜像文件，如 sdcard.img。

5. 烧录镜像到 SD 卡

  • 使用适当的工具（在 Linux 下使用 dd 命令）将 sdcard.img 文件烧录到一张 SD 卡中。

        $ sudo dd if=output/images/sdcard.img of=/dev/sdX

6. 启动树莓派 3B

  • 将烧录好的 SD 卡插入树莓派 3B 的 SD 卡槽。
  • 连接必要的硬件（如电源、显示器、键盘等）。
  • 启动树莓派 3B，此时应该能够启动并运行通过 Buildroot 构建的系统。

7. 注意事项：

  • 确保开发环境已经安装了所有必要的依赖项和工具，以便能够顺利编译 Buildroot。
  • 在配置和编译过程中，可能需要根据实际情况调整一些选项和参数。
  • 编译完成后，建议进行一些基本的系统测试和验证，以确保系统的稳定性和可用性。

归纳：

通过以上步骤，可以使用 Buildroot 为树莓派 3B 构建一个完整的 Linux 系统。这个系统可以根据需要进行定制和优化，以满足特定的应用场景和需求。同时，Buildroot 还提供了强大的配置和定制能力，使得开发者能够轻松地构建出符合自己需求的嵌入式 Linux 系统。

                                                                                         老徐，2024/7/27

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