1 Yocto简介
1.1 什么是Yocto项目？
Yocto项目是Linux基金会的一个工作组，它是一个开源协作项目，帮助开发人员创建基于Linux的定制系统，这些系统专为嵌入式产品而设计，与产品的硬件架构无关。Yocto项目提供了一个灵活的工具集和开发环境，使世界各地的嵌入式设备开发人员能够通过共享技术、软件栈、配置和最佳实践来创建这些定制的Linux映像。
全球数以千计的开发人员发现，Yocto项目在系统和应用程序开发、存档和管理以及用于速度、占用空间和内存利用率的定制方面都具有优势。该项目是提供嵌入式软件栈的标准。该项目允许针对多个硬件平台进行软件定制和构建交换，并允许维护和扩展软件栈。
Yocto提供模板、工具和方法，帮助我们为嵌入式产品创建基于Linux的定制系统，而无需考虑硬件架构。它可以根据glibc和 musl C 标准库以及实时操作系统 (RTOS Real-Time Operating System) 工具链生成定制的 Linux 发行版，用于裸机开发，如Zephyr项目所做的那样。
该项目由Linux基金会成员管理，独立于成员组织，成员组织以多种方式参与该项目并为其提供资源。
该项目成立于2010年，由众多硬件制造商、开源操作系统、供应商和电子公司合作完成，旨在减少重复工作，并为新老用户提供资源和信息。这些资源包括OpenEmbedded项目提供的核心系统组件OpenEmbedded Core。
Yocto项目汇集了多家公司、社区、项目和工具，其目的都是一样的--构建基于Linux的嵌入式产品。这些利益相关者同舟共济，在社区需求的驱动下携手合作。
为了便于我们理解Yocto项目的职责和成果，我们可以用计算器来进行类比。输入是一组描述我们所需的数据，也就是我们的规范。
输出则是我们想要的基于Linux的嵌入式产品。输出由操作系统的各个部分组成。它包括Linux内核、引导加载器和根文件系统（rootfs），它们被捆绑在一起并组织在一起工作。
Yocto项目的工具可用于所有中间步骤，以生成rootfs捆绑包和其他可交付成果。先前构建的软件组件可在不同的构建过程中重复使用（应用程序、库或任何软件组件）。
如果无法重复使用，则按照正确的顺序和所需的配置构建软件组件，包括从各自的源代码库（如Linux内核档案库(www.kernel.org)、GitHub、BitBucket 和 GitLab）获取所需的源代码。
Yocto项目的工具会准备好构建环境、实用程序和工具链，从而减少对主机软件的依赖。这些实用程序、版本和配置选项与主机Linux发行版无关，在产生相同结果的同时，最大限度地减少了需要依赖的主机实用程序的数量。它大大提高了确定性，减少了对构建主机的依赖，同时提高了首次构建的成功率。
BitBake和OpenEmbedded Core属于OpenEmbedded项目，而Poky等一些项目则属于Yocto项目。它们互为补充，在系统中发挥着特定的作用。我们将在本章和本书中详细了解它们是如何协同工作的。
1.2 OpenEmbedded项目与Yocto项目的联盟
OpenEmbedded项目是在2003年1月左右创建的，当时来自OpenZaurus项目的一些核心开发人员开始使用新的构建系统。从一开始，OpenEmbedded构建系统就是一个受 Gentoo Portage软件包系统启发并基于该系统的任务调度程序，名为BitBake。因此，项目的软件集和支持的机器列表迅速增加。
由于开发过程混乱且不协调，在需要更稳定、更完善代码库的产品中使用OpenEmbedded十分具有挑战性，因此Poky发行版应运而生。Poky最初是OpenEmbedded构建系统的一个子集，在有限的体系结构中拥有更完善、更稳定的代码库。此外，由于规模缩小，Poky还能开发一些亮点技术，如集成开发环境插件和快速模拟器 (QEMU) 集成，这些技术目前仍在使用中。
Yocto项目和OpenEmbedded项目在名为 OpenEmbedded Core的核心构建系统上进行了整合。它采用了Poky和OpenEmbedded的精华，强调更多使用附加组件、元数据和子集。2010年11月左右，Linux基金会宣布Yoct 项目将在Linux基金会赞助的项目下继续这项工作。
1.3 了解Poky
Poky是默认的Yocto项目参考发行版，使用OpenEmbedded构建系统技术。它由一系列工具、配置文件和配方数据（称为元数据）组成。它与平台无关，使用BitBake工具、OpenEmbedded Core和默认元数据集执行交叉编译，如下图所示。此外，它还提供了一种机制，用于构建和组合成千上万的分布式开源项目，从而形成一个完全可定制的、完整的、连贯的 Linux 软件栈。
Poky的主要目标是提供嵌入式开发人员所需的所有功能。
1.3.1 BitBake
BitBake是一个任务调度器和执行系统，可解析Python和Shell脚本代码。解析后的代码会生成并运行任务，这些任务是根据代码的依赖关系排序的一系列步骤。
BitBake会评估所有可用的元数据，管理动态变量扩展、依赖关系和代码生成。此外，它还会跟踪所有任务以确保其完成，从而最大限度地利用处理资源，缩短构建时间并提高可预测性。BitBake 的开发在 bitbake-devel@lists.openembedded.org | Home 邮件列表中进行，源代码在Poky的bitbake子目录中。
1.3.2 OpenEmbedded Core
OpenEmbedded Core元数据集提供了Poky构建系统的引擎。它提供核心功能，并力求通用和尽可能精简。它支持七种不同的处理器架构（ARM、ARM64、x86、x86-64、PowerPC、PowerPC 64、MIPS、MIPS64、RISC-V32 和 RISC-V 64），仅支持QEMU模拟的平台。
开发工作集中在 https://lists.openembedded.org/g/openembedded-
core (mailto:openembedded-core@lists.openembedded.org) 邮件列表，并将其元数据存放在Poky的meta子目录中。
1.3.2元数据
元数据（Metadata）包括配方和配置文件。它由Python和Shell Script文本文件混合组成，提供了非常灵活的工具。Poky利用它来扩展 OpenEmbedded Core，并包含两个不同的层，即其他元数据子集，如下所示：
- meta-poky
该层提供默认和支持的发布策略、可视化品牌和元数据跟踪信息（维护者、上游状态等）。该层将作为一个精心策划的模板，供发行版构建者用于为其自定义发行版提供种子。
- meta-yocto-bsp
提供板级支持包（BSP），作为 Yocto 项目开发和质量保证（QA）过程的参考硬件。
第9章 "使用 octo项目开发"将更详细地探讨元数据，并在我们编写配方时作为参考。
1.4 Yocto项目的发布Yocto
项目每六个月发布一次版本，分别在四月和十月。这种发布周期确保了持续的开发流程，同时提供了更多的测试点，并注重稳定性。只要一个版本准备就绪，它就会成为稳定版或长期支持 (LTS) 版。
稳定版和长期支持版的支持期有很大不同。稳定版的支持期为7个月，每个稳定版有1个月的重叠支持期。LTS版本的最低支持期为2年，可选择延长。官方支持期结束后，转为社区支持，最后达到生命周期结束（EOL）。
官方发布支持期结束后，如果有社区成员加入成为社区维护者，发布版本就可以转为社区支持版本。最后，当源代码在两个月内没有任何变化，或者社区维护者不再是活跃成员时，发布版本就会转为EOL。
下图显示了两个发布周期：
下表提供了 Yocto 项目的版本、代号、发布日期和当前支持级别，如下所示。更新后的表格见 Yocto Project
使用Yocto进行嵌入式Linux开发2 第一个基于Poky的系统
2 第一个基于Poky的系统
2.1 构建主机系统
- Ubuntu:
$ sudo apt install gawk wget git diffstat unzip texinfo gcc build-essential chrpath socat cpio python3 python3-pip python3-pexpect xz-utils debianutils iputils-ping python3-git python3-jinja2 libegl1-mesa libsdl1.2-dev xterm python3-subunit mesa-common-dev zstd liblz4-tool
- Fedora
$ sudo dnf install gawk make wget tar bzip2 gzip python3 unzip perl patch diffutils diffstat git cpp gcc gcc-c++ glibc-devel texinfo chrpath ccache perl-Data-Dumper perl-Text- perl-Thread-Queue perl-bignum socat python3-pexpect findutils which file cpio python python3-pip xz python3-GitPython python3-jinja2 SDL-devel xterm rpcgen mesa-libGL-devel perl-
FindBin perl-File-Compare perl-File-Copy per-locale zstd lz4
2.2 下载Poky 代码
在我们的开发主机系统上安装了所需的软件包后，我们可以使用 Git 下载当前 LTS 版本的 Poky 源代码，命令如下：
$ git clone https://git.yoctoproject.org/poky -b kirkstone
下载完成后，poky 目录中的内容如下：
2.3 准备构建环境
在poky目录中存在oe-init-build-env脚本，用于设置构建环境。
$ source oe-init-build-env [build-directory]
这里，[build-directory] 是一可选参数，用于指定配置环境的目录名称。如果为空，则默认为 build。
2.4 local.conf
初始化构建环境时，它会创建build/conf/local.conf文件。这个配置文件功能强大，几乎可以配置构建过程的方方面面。我们可以为自定义跨工具链设置目标机器和工具链主机架构，优化选项以最大限度地缩短构建时间等等。build/conf/local.conf文件内的注释是极好的文档，也是可能的变量及其默认值的参考。我们可能需要更改默认值的最小变量集如下：
MACHINE ??= "qemux86-64"
通过 MACHINE 变量，我们可以确定要构建的目标机器。在撰写本文时，Poky的参考BSP支持以下机器：
- beaglebone-yocto
BeagleBone，是 32 位 ARM 的参考平台
- genericx86
这是对基于x86的32位机器的通用支持
- genericx86-64
这是对基于x86的64位机器的通用支持
- edgerouter
这是 EdgeRouter Lite，是64位MIPS 的参考平台。
除了这些机器外，OpenEmbedded Core在meta目录中还提供了对以下快速仿真 (QEMU) 机器的支持：
- qemuarm： QEMU ARMv7 仿真
- qemuarmv5：这是 QEMU ARMv5 仿真
- qemuarm64：这是 QEMU ARMv8 仿真
- qemumips： 这是 QEMU MIPS 仿真
- qemumips64： 这是 QEMU MIPS64 仿真
- qemuppc： 这是 QEMU PowerPC 仿真
- qemuppc64： 这是 QEMU PowerPC 64 仿真
- qemux86-64： 这是 QEMU x86-64 仿真
- qemux86： 这是 QEMU x86 仿真
- qemuriscv32：这是 QEMU RISC-V 32 仿真
- qemuriscv64： 这是 QEMU RISC-V 64 仿真
一些供应商提供的额外BSP层为其他机器提供支持。使用额外BSP层的过程参见第11章 "探索外部层"。
注意local.conf文件是覆盖整个Yocto项目工具中若干全局默认配置的便捷方法。基本上，我们可以更改或设置任何变量，例如在映像文件中添加额外的软件包。更改 build/conf/local.conf文件非常方便，但源代码管理系统通常不会跟踪此目录中的临时更改。
build/conf/local.conf 文件可以设置多个变量。值得花些时间阅读生成的文件注释，以便大致了解可以设置哪些变量。
构建目标映像Poky提供了几种预先设计好的映像配方，我们可以用它们来构建二进制映像。我们可以在 poky 目录下运行以下命令来查看可用图像列表：
$ ls meta*/recipes*/*images/*.bb
所有配方提供的镜像都是一组解包和配置好的软件包，生成的文件系统可用于硬件或受支持的 QEMU 机器之一。
接下来，我们可以看看最常用的镜像列表：
- core-image-minimal 镜像： 这是一个允许设备启动的小型镜像。它便于内核和引导加载器的测试和开发。
- core-image-base： 该图像仅用于控制台，为目标设备提供基本硬件支持。
- core-image-weston： 该镜像提供 Wayland 协议库和参考 Weston 合成器。
- core-image-x11：这是一个带有终端的基本 X11 映像。
- core-image-sato：这是一个支持 Sato 的镜像，为使用 X11 的移动设备提供移动环境。它提供终端、编辑器、文件管理器、媒体播放器等应用程序。
- core-image-full-cmdline： 纯控制台镜像，安装了功能更全面的 Linux 系统功能。
社区还提供其他参考镜像。有几种镜像支持实时、initramfs 和 MTD（闪存工具）等功能。最好查看源代码或《Yocto 项目参考手册》（Yocto Project Reference Manual — The Yocto Project ® 4.0.4 documentation ）以获取完整的最新列表。
为目标构建镜像的过程很简单。但首先，在使 BitBake 之前，我们需要使用源代码 oe-init-build-env [build-directory] 来设置构建环境。要构建镜像，我们可以使用下面命令中的模板：
$ bitbake core-image-full-cmdline
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2.5 在QEMU中运行映像
我们可以使用硬件模拟来加快开发进程，因为它可以在不涉及任何实际硬件的情况下进行测试运行。幸运的是，大多数项目只有很小一部分依赖于硬件。
QEMU是一款免费的开源软件包，可执行硬件虚拟化。基于QEMU的机器允许在没有实际硬件的情况下进行测试和开发。目前支持 ARMv5、ARMv7、ARMv8、MIPS、MIPS64、PowerPC、PowerPC 64、RISC-V 32、RISC-V 64、x86 和 x86-64 仿真。我们将在 "通过仿真加速产品开发 - QEMU "一文中详细介绍QEMU的使用。
OpenEmbedded Core提供了runqemu脚本工具，它是一个封装工具，能让QEMU的使用更简单。运行脚本工具的方法如下：
$ runqemu <machine> <zimage> <filesystem>
$ runqemu qemux86-64 core-image-full-cmdline
这里， 是要用作 qemux86-64 的机器/架构，或任何其他受支持的机器。此外， 是内核的路径（例如，bzImage-qemux86-64.bin）。
最后， 是ext4 映像的路径（例如，filesystem-qemux86-64.ext4）或NFS目录的路径。前面调用 runqemu 和 时的所有参数都是可选的。只需运行runqemu 足以在设置了构建环境的 shell 中启动映像，因为它会自动获取构建环境时的默认设置。
因此，举例来说，如果我们运行runqemu qemux86-64 core-image-full-cmdline，就会看到与下面截图类似的内容：
在完成 Linux 启动后，你会看到登录提示：
我们可以使用空密码登录root账户。即使在QEMU内执行，系统也会像普通机器一样运行。在实际硬件中部署映像的过程各不相同，这取决于所使用的存储类型、引导加载程序等。不过，生成镜像的过程是相同的。我们将在第15章"启动自定义嵌入式 Linux"中探讨如何在真实硬件中构建和运行映像。
2.6 小结
在本章中，我们学习了设置Poky和构建第一个映像所需的步骤。然后，我们使用runqemu运行了映像，这让我们对可用功能有了很好的概览。
3 Toaster
我们已经知道了如何在Poky中使用BitBake构建图像image，那么我们将学习如何使用Toaster完成同样的操作。
3.1 什么是Toaster？
Toaster是一个用于配置和运行构建的Web接口。它与BitBake和Poky构建系统通信，以管理和收集有关构建、软件包和镜像的信息。
使用Toaster的两种方法：
- 本地
可以将Toaster作为本地实例运行，适用于单用户开发，为BitBake命令行和一些构建信息提供图形界面。
- 托管
适合多用户使用。Toaster服务器会构建和存储用户的工件。使用托管实例时，其组件可以分布在多台机器上。
在本章中，我们将把Toaster作为本地实例使用。不过，如果您想将其用作托管实例，请访问以下网站获取说明--《Toaster 手册》（https://docs.yoctoproject.org/4.0.4/toaster-manual/index.html）。
3.2 安装Toaster
Toaster使用Python Django框架。
$ pip3 install --user -r bitbake/toaster-requirements.txt
启动：
$ source oe-init-build-env
$ source toaster start
浏览器打开http://127.0.0.1:8000。 默认情况下，Toaster通过端口8000启动。网络端口参数允许您使用不同的端口，例如：$source toaster start webport=8400。
3.2 构建映像
创建新项目
项目主界面，下图所示：
在"Configuration"选项卡上，转到"Machine"，将目标机器更改为qemux86-64：
点击Image recipes选项卡，选择要构建的映像。我们将构建 core-image-full-cmdline：
构建过程需要一些时间，但之后我们就可以看到已构建的图像以及一些统计数据，如下图所示：
下图为core-image-full-cmdline目录结构：
Toaster是一款功能强大的工具。您可以在本地开发机器或共享服务器上使用它，以图形方式显示构建过程。你可以返回启动Toaster的终端，运行runqemu qemux86-64 core-image-full-cmdline。您将看到下面的截图：
在完成Linux启动后，你会看到登录提示。
我们可以使用空密码登录root账户。
附录A：搭建环境问题解决方法
| 名称 | 版本 |
| ubuntu | 24.04 |
问题：Please make sure locale 'en_US.UTF-8' is available on your system
解决方法：sudo locale-gen en_US.UTF-8
问题：User namespaces are not usable by BitBake, possibly due to AppArmor.
网址：https://bugs.launchpad.net/ubuntu/+source/apparmor/+bug/2056555
解决方法：sudo apparmor_parser -R /etc/apparmor.d/unprivileged_userns
问题：yocto闪退
sudo dmesg
[689378.340967] audit: type=1400 audit(1736761255.856:2391): apparmor="DENIED" operation="userns_create" class="namespace" info="Userns create restricted - failed to find unprivileged_userns profile" error=-13 profile="unconfined" pid=1412713 comm="libdnf-native:c" requested="userns_create" denied="userns_create" target="unprivileged_userns"
解决方法：sudo gedit /etc/apparmor.d/bitbake
内容：
abi <abi/4.0>,
include <tunables/global>
profile bitbake /**/bitbake/bin/bitbake flags=(unconfined) {
userns,
}
sudo apparmor_parser -r /etc/apparmor.d/bitbake
问题：error: externally-managed-environment
× This environment is externally managed
╰─> To install Python packages system-wide, try apt install
python3-xyz, where xyz is the package you are trying to
install.
网址：https://blog.youkuaiyun.com/tobinator3105/article/details/143582997
有两种解决方法：
1、临时解决方法在pip命令后使用--break-system-packages
pip3 install --user -r bitbake/toaster-requirements.txt --break-system-packages
2、永久解决办法：
mkdir -p ~/.config/pip
nano ~/.config/pip/pip.conf
在nano编辑器中，加
[global]
break-system-packages = true
user = true
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