🥇Buildroot — del 1. Generel information, opbygning af et minimalt system, konfiguration via menu

Introduktion

I denne artikelserie vil jeg undersøge buildroot-distributionssamlesystemet og dele erfaringer med dets tilpasning. Her vil jeg præsentere praktisk erfaring med at oprette et lille operativsystem med grafisk grænseflade og minimal funktionalitet.

Først og fremmest bør man ikke forveksle et samlesystem med en distribution. Buildroot kan samle et system fra et sæt pakker, som det har fået foreslået. Buildroot er baseret på make-filer og har derfor enorme tilpasningsmuligheder. At erstatte en pakke med en anden version, tilføje sin egen pakke, ændre byggebestemmelserne for pakken, tilpasse filsystemet efter installation af alle pakker? Alt dette kan buildroot.

I Rusland anvendes buildroot, men efter min mening er der for lidt information på russisk for nybegyndere.

Målet med arbejdet er at samle en distribution med live-boot, icewm-grænseflade og en browser. Den målrettede platform er virtualbox.

Hvorfor samle sin egen distribution? Ofte er der behov for begrænset funktionalitet ved begrænsede ressourcer. Endnu oftere kræves det i automatisering at skabe firmware. At tilpasse en generel distributionssystem ved at fjerne unødvendige pakker og forvandle det til firmware er en langt mere arbejdskrævende proces end at samle en ny distribution. Brug af Gentoo har også sine begrænsninger.

Buildroot er et meget kraftfuldt system, men det vil ikke gøre noget for dig. Det kan kun give muligheder og automatisere byggeprocessen.

Alternative samlesystemer (yocto, open build system osv.) overvejes ikke og sammenlignes ikke.

Hvor kan man finde og hvordan kan man komme i gang

Projektets hjemmeside — buildroot.org. Her kan man downloade den aktuelle version og læse vejledningen. Der kan man også kontakte fællesskabet, finde bug-tracker, maillister og IRC-kanal.

Buildroot opererer med defconfig'er til den målrettede byggemaskine. Defconfig er en konfigurationsfil, der kun indeholder indstillinger, der ikke har standardværdier. Det er netop denne, der definerer, hvad og hvordan der skal bygges. Samtidig kan man separat tilpasse konfigurationerne for busybox, linux-kernel, uclibc, bootloaders u-boot og barebox, men alle vil være knyttet til den målrettede maskine.
Efter udpakning af den downloadede arkiv eller kloning fra git får man en funktionsdygtig buildroot. Detaljer om katalogstrukturen kan findes i vejledningen; jeg vil fortælle om de vigtigste:

board — katalog med filer, der er specifikke for hvert bundkort. Dette kan være scripts til at oprette systembilleder (iso, sdcart, cpio osv.), overlay-katalog, kerneindstillinger osv.
configs — det egentlige defconfig for bundkortet. Defconfig er en ufuldstændig konfiguration for bundkortet. Den indeholder kun parametre, der afviger fra de standardindstillinger.
dl — katalog med downloadede kildekoder/filer til bygningen
output/target — det samlede filsystem for det opnåede operativsystem. Herfra oprettes der billeder til opstart/installering.
output/host — værktøjer til at samle hosten
output/build — samlede pakker

Konfigurationen af bygningen udføres via KConfig. Det samme system bruges til at opbygge Linux-kernen. Liste over de mest anvendte kommandoer (udføres i kataloget buildroot):

make menuconfig — åbne bygningens indstillinger. Man kan også bruge grafisk interface (make nconfig, make xconfig, make gconfig)
make linux-menuconfig — åbne kernekonfigurationen.
make clean — rydde op i bygningens resultater (alt hvad der er gemt i output)
make — bygge systemet. Under dette udføres der ikke en genbygning af allerede opbyggede processer.
make defconfig_name — skifte konfiguration til en bestemt defconfig
make list-defconfigs — vise listen over defconfig'er
make source — kun hente installationsfiler uden bygning.
make help — vise listen over mulige kommandoer

Vigtige bemærkninger og nyttige tips

Buildroot genopbygger ikke allerede opbyggede pakker! Derfor kan der opstå en situation, hvor der kræves en fuld genbygning.

Man kan genopbygge en bestemt pakke med kommandoen make packagename-rebuild. For eksempel kan man genopbygge Linux-kernen:

make linux-rebuild

Buildroot gemmer tilstanden af enhver pakke ved at oprette .stamp-filer i kataloget output/build/$packagename:

Derfor kan man genopbygge root-fs og billeder uden at genopbygge pakker:

rm output/build/host-gcc-final-*/*.stamp_host_installed; rm -rf output/target; find output/ -name ".stamp_target_installed" | xargs rm -rf ; make

Nyttige variable

I buildroot er der et sæt variabler til nem konfiguration.

$TOPDIR — rodkataloget for buildroot
$BASEDIR — OUTPUT-kataloget
$HOST_DIR, $STAGING_DIR, $TARGET_DIR — kataloger for opbygning af host fs, staging fs, target fs.
$BUILD_DIR — katalog med udpakkede og opbyggede pakker

Visualisering

I buildroot er der mulighed for visualisering. Man kan bygge et afhængighedsschema, et tidsplan for bygningen, et diagram for pakke størrelser i det endelige system. Resultaterne fås som pdf-filer (valg mellem svn, png) i kataloget output/graph.

Eksempler på visualiseringskommandoer:

make graph-depends bygge afhængighedstræ
make -graph-depends bygge afhængighedstræ for en bestemt pakke
BR2_GRAPH_OUT=png make graph-build bygge et tidsdiagram med output i PNG
make graph-size bygge et diagram over pakkerstørrelser

Nyttige scripts

I buildroot-katalogen er der en undermappe utils c med nyttige scripts. For eksempel er der et script, der kontrollerer korrektheden af pakke beskrivelsen. Dette kan være nyttigt, når man tilføjer sine egne pakker (det vil jeg gøre senere). I filen utils/readme.txt er der en beskrivelse af disse scripts.

Lad os samle en lagerdistribution

Det er vigtigt at huske, at alle operationer udføres som en almindelig bruger, ikke root.
Alle kommandoer udføres i rodmappen af buildroot. I buildroot-pakken er der allerede et sæt konfigurationer til mange almindelige boards og virtualisering.

Lad os se listen over konfigurationer:

Skifter til konfig qemu_x86_64_defconfig

make qemu_x86_64_defconfig

Og starter build-processen

make

Bygningen afsluttes succesfuldt, lad os se resultaterne:

Buildroot har samlet billeder, som kan køres i Qemu for at sikre, at de fungerer.

qemu-system-x86_64 -kernel output/images/bzImage -hda output/images/rootfs.ext2 -append "root=/dev/sda rw" -s -S

Resultatet er et system, der kører i qemu:

Oprettelse af konfiguration til eget board

Tilføjelse af boardfiler

Lad os se listen over konfigurationer:

Vi ser pc_x86_64_efi_defconfig i listen. Vi vil skabe vores eget board ved at kopiere det fra konfigurationen:

cp configs/pc_x86_64_bios_defconfig configs/my_x86_board_defconfig

Lad os straks oprette en mappe til boardet til opbevaring af vores scripts, rootfs-overlay og andre nødvendige filer:

mkdir board/my_x86_board

Skift til denne defconfig:

make my_x86_board_defconfig

Dermed svarer build-konfigurationen (gemt i .config i rodmappen af buildroot) nu til målmaskinen x86-64 legacy(bios) boot.

Lad os kopiere linux-kernel konfigurationen (den vil blive nyttig senere):

cp board/pc/linux.config board/my_x86_board/

Konfigurering af bygningsparametre gennem KConfig

Vi starter konfigurationen:

make menuconfig

KConfig-vinduet åbnes. Der er mulighed for at konfigurere med grafisk grænseflade (make nconfig, make xconfig, make gconfig):

Vi går ind i den første sektion Target Options. Her kan du vælge målarkitekturen, som bygningen skal laves til.

Bygningsmuligheder — her er der forskellige bygningsindstillinger. Du kan angive kataloger med kildekoder, antal bygge-tråde, spejle til download af kildekoder og andre indstillinger. Lad os beholde standardindstillingerne.

Toolchain – her indstilles selve bygningsværktøjet. Mere om det senere.

Toolchain type – typen af den anvendte værktøjskæde. Dette kan være den indbyggede i buildroot eller en ekstern værktøjskæde (du kan angive en mappe med allerede konstrueret eller en URL til download). Der er yderligere muligheder for forskellige arkitekturer. For eksempel, for arm kan du blot vælge versionen af den eksterne værktøjskæde Linaro.

C library – valg af C-bibliotek. Dette afhænger af hele systemets funktionalitet. Normalt anvendes glibc, som understøtter al mulig funktionalitet. Men den kan vise sig at være for stor til indbyggede systemer, så der vælges ofte uglibc eller musl. Vi vælger glibc (det vil være nødvendigt senere for at bruge systemd).

Kernel Headers og Custom Kernel Headers series – skal matche versionen af kernen, der vil være i det konstruerede system. For kernel headers kan du også angive stien til tarballen eller git-repositoriet.

GCC COMPILER VERSIONS – valg af version af compiler, der vil blive brugt til bygningen.
Enable C++ support – vi vælger at bygge med understøttelse af C++-biblioteker i systemet. Det vil vi få brug for senere.

Additional gcc options – du kan angive yderligere compilerindstillinger. Det er ikke nødvendigt for nu.

System configuration tillader at angive fremtidige parametre for det oprettede system:

De fleste punkter er forståelige ud fra titlen. Lad os tage et kig på følgende punkter:
Path to the users tables — tabellen med de oprettede brugere (https://buildroot.org/downloads/manual/manual.html#makeuser-syntax).

Eksempel på en fil. Brugeren user vil blive oprettet med adgangskoden admin, automatisk gid/uid, /bin/sh som shell, gruppen user som standard, medlem af gruppen root, kommentaren Foo user.

[alexey@alexey-pc buildroot ]$ cat board/my_x86_board/users.txt 
user -1 user -1 =admin /home/user /bin/sh root Foo user

Root filesystem overlay directories — katalog, der lægges oven på det samlede target-fs. Tilføjer nye filer og erstatter eksisterende.

Custom scripts to run before creating filesystem images — Skripter, der køres lige før filesystemet laves til billeder. Lad os for nu lade skripterne være tomme.

Lad os gå til sektionen Kernel.

Her indstilles kernelindstillingerne. Selve kernen konfigureres via make linux-menuconfig.
Du kan angive kernelens version på forskellige måder: vælge fra de foreslåede, indtaste versionen manuelt, angive et repository eller en klar tarball.

Kernel configuration — sti til kernelkonfigurationen. Du kan vælge standardkonfigurationen for den valgte arkitektur eller defconfig fra Linux. I Linux-kilderne findes der et sæt defconfig'er for forskellige målrettede systemer. Du kan finde den nødvendige ved at se direkte i kilderne her. For eksempel, for BeagleBone Black-boardet kan du vælg konfiguration.

Afsnittet Målpakker gør det muligt at vælge, hvilke pakker der skal installeres i det samlede system. Lad os lade det være uændret for nu. Senere vil vi tilføje vores egne pakker til denne liste.
Filssystembilleder — en liste over filsystembilleder, der vil blive samlet. Lad os tilføje iso-billedet

Bootloaders — valg af de bootloadere, der skal samles. Vælg isolinix

Konfigurering af Systemd

Systemd er blevet en af søjlerne i linux, lige så vigtig som kernel og glibc. Derfor har jeg adskilt dens opsætning i et særskilt punkt.

Konfigureres gennem make menuconfig, derefter Målpakker → Systemværktøjer → systemd. Her kan du angive, hvilke systemd-tjenester der skal installeres og startes ved opstart af systemet.

Gem af systemkonfiguration

Vi gemmer denne konfiguration via KConfig.

Derefter gemmer vi vores defconfig:

make savedefconfig

Konfigurering af Linux-kernen

Konfigurering af linux-kernen udføres med følgende kommando:

make linux-menuconfig

Lad os tilføje støtte til Virtualbox-grafikkort.

Lad os tilføje support til Virtualbox Guest integration.

Gem og afslut. VIGTIGT: konfigurationen gemmes i output/build/linux-$version/config, men ikke i board/my_x86_board/linux.config

Derfor skal vi manuelt kopiere konfigurationen til opbevaringsstedet:

cp output/build/linux-4.19.25/.config board/my_x86_board/linux.config

Derefter udfører vi en fuld genopbygning af hele systemet. Da buildroot ikke genopbygger allerede samlede, skal vi manuelt angive pakker til genopbygning. For ikke at miste tid og sind, er det lettere at genopbygge et lille system helt):