Yocto 项目下通过网络更新内核、设备树及模块

前言

在 Yocto 项目的开发过程中，特别是在进行 BSP（Board Support Package）开发时，经常需要调整特定软件包的版本，修改内核、设备树以及内核模块。然而，每次更改后都重新刷写整个镜像不仅耗时，而且效率低下。本文主要记录一种快速迭代开发的方法，即通过网络更新内核镜像、设备树以及内核模块，以 ST 开发板为例进行详细说明。

调整特定软件包版本

在 Yocto 项目中，调整特定软件包的版本是一个常见的需求。

以调整 libgpiod 版本为例，libgpiod 是一个专为 Linux 系统设计的 GPIO 控制库。它提供了一组用户空间的API，使开发者能够方便地与GPIO设备进行交互，进行配置、读取和控制操作。

• 定位配方：
  • 在 openembedded 目录下使用 find . -name "libgpiod" 搜索 libgpiod 的配方路径。
  • 确定 meta-openembedded/meta-oe/recipes-support/libgpiod 目录下是否存在你需要的指定版本配方。（如果不存在，那就要考虑自己编写配方，这里不考虑这种情况）
    
• 指定版本：在 conf/local.conf 文件中添加 PREFERRED_VERSION_libgpiod = "1.6.4%" 来指定 libgpiod 的版本为 1.6.4。
• 编译配方：使用 bitbake libgpiod 命令编译 libgpiod 版本，观察是否下载指定版本的软件包。
• 检查依赖关系：确保没有其他配方依赖于更高版本的 libgpiod。如果有，可能需要调整这些配方的依赖关系或更新它们以兼容 1.6.4 版本。
• 清理构建缓存：如果之前构建过其他版本的 libgpiod，可能需要清理构建缓存以避免潜在冲突。可以使用 bitbake -c cleansstate libgpiod 或 bitbake -c cleanall libgpiod 命令。
• 验证版本：在构建完成后，可以使用 bitbake -e libgpiod PV 命令来验证实际使用的 libgpiod 版本号（PV 代表 Package Version）。

查找所有配方

Yocto 项目构建系统依赖于大量的配方（Recipe）文件，这些文件定义了如何构建软件包、镜像和其他组件。当需要定位某个特定软件或镜像的配方时，使用 bitbake -s 命令结合 grep 进行筛选是一个实用的技巧。

• 使用 bitbake -s 列出所有配方及其版本。
• 使用 bitbake-layers show-recipes，列出所有可用的配方及其所属的层，这有助于我们理解配方的来源和层次结构。

如何通过网络更新内核镜像和设备树

• 定位配方文件：在 Yocto 中，内核镜像的配方通常符合 linux-<?> 的命名规则，这种命名模式用于表示特定于某个硬件平台或特定功能的 Linux 内核配方（Recipe）。如 linux-imx（i.MX系列）、linux-stm32mp（STM32MP系列）、linux-qcom（针对高通平台）、linux-rpi（针对树莓派平台）等。

  • 使用 bitbake -s | grep linux 查找当前构建系统中可能涉及 Linux 内核的源代码、模块、设备树或其他与 Linux 相关组件的配方。
  • 如果不确定哪个目标是内核镜像，可以查看与 Linux 内核相关的配方文件（通常位于 meta-layers 的recipes-kernel/ 目录下）。这些配方文件会定义如何构建 Linux 内核，并且可能会包含构建镜像的目标。如下图的 linux-stm32mp
    

• 使用 bitbake linux-stm32mp 触发一个完整的内核镜像构建过程，这个过程会自动去下载源代码、配置、编译和打包内核镜像等步骤。

• 查找编译包的位置

  • Yocto 在编译完成后会生成很多文件，通常位于<work dir>/<build dir>/tmp 目录下。其中，内核编译完成后的镜像文件一般会放在类似于<work dir>/<build dir>/tmp/work/<machine name>-<distro name>-linux/<kernel name>/<version>-r<revision>/image/boot/的目录下。这里的< >需要根据具体的 Yocto工程配置来确定。比如说我这里：

  • 内核镜像 uImage ：build/tmp-glibc/work/stm32mp15_loar_gateway-ostl-linux-gnueabi/linux-stm32mp/6.1.82-stm32mp-r2-r0/image/boot/uImage

  • 设备树文件 ： build/tmp-glibc/work/stm32mp15_loar_gateway-ostl-linux-gnueabi/linux-stm32mp/6.1.82-stm32mp-r2-r0/image/boot/stm32mp15-loar-gateway.dtb
    

• 通过网络更新目标板的内核

  • 进入编译好的镜像目录，替换目标板 /boot 目录下的 uimage，dtb
  • scp uImage root@10.2.1.62:/boot/uImage
  • scp stm32mp15-loar-gateway.dtb root@10.2.1.62:/boot/stm32mp15-loar-gateway.dtb
  • reboot 重启目标板重新加载镜像和设备树
    

如何通过网络更新内核模块

Linux 内核模块可分为内置模块和可加载的模块。

内置模块

• 内置模块被静态地编译进了内核，它们与内核的其他部分一起被编译成一个单独的二进制文件，并在系统启动时被加载到内存中。所以在更新内核时同样会更新内置模块。

• 要确定一个模块是不是内置模块，可以运行以下命令，这个文件包含了当前内核版本下所有内置模块的名称。如果一个模块在这个文件中，那么它就是内置的。

  cat /lib/modules/$(uname -r)/modules.builtin
  

可加载模块

• 可加载模块（也称为动态内核模块）是可以在系统运行时动态地加载和卸载的内核代码块。
• Yocto 内核编译完成后的内核模块文件一般会放在类似于<work dir>/<build dir>/tmp/work/<machine name>-<distro name>-linux/<kernel name>/<version>-r<revision>/image/lib/modules/的目录下。这里的< >需要根据具体的 Yocto工程配置来确定。比如说我这里的 SPI 模块：build/tmp-glibc/work/stm32mp15_loar_gateway-ostl-linux-gnueabi/linux-stm32mp/6.1.82-stm32mp-r2-r0/image/lib/modules/6.1.82/kernel/drivers/spi/spi-stm32.ko
  
• 进入编译好的模块目录，替换目标板 /lib/modules/ 目录下对应的内核模块，比如 spi-stm32.ko
  • scp spi-stm32.ko root@10.2.1.62:/lib/modules/6.1.82/kernel/drivers/spi/spi-stm32.ko
  • 更新模块依赖:：sudo depmod
  • 加载新模块：sudo insmod /lib/modules/6.1.82/kernel/drivers/spi/spi-stm32.ko
  • 或者使用 modprobe 自动处理模块依赖关系：sudo modprobe spi-stm32