Desenvolvendo Sistemas de Linux Embarcado - Tchelinux 2009

Desenvolvendo Sistemas de Linux Embarcado

Marcelo Veiga Neves [email protected]

Tchelinux 2009 Porto Alegre, 14 de novembro de 2009

Roteiro

• Introdução • Projeto de Linux Embarcado • Demonstração

• Referências

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Roteiro

• Introdução – Sistemas Embarcados

– Linux Embarcado – Exemplo de Hardware para Sistemas Embarcados

– Inicialização do Linux em Sistemas Embarcados

• Projeto de Linux Embarcado

• Demonstração • Referências

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Introdução

• ObjeRvos: – Compreender o funcionamento de um Sistema de Linux Embarcado

– Quais os componentes de soVware precisam ser preparados

– Como criar um Linux Embarcado completo

• Pré-‐requisitos: – Compreensão do papel e funcionamento do Kernel do Linux

– Familiaridade com ambiente de desenvolvimento Linux

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Sistemas Embarcados

• Definição de Sistema Embarcado:

• Requisitos/CaracterísRcas de Sistemas Embarcados – Recursos reduzidos (CPU, memória, energia, etc.) – Armazenamento de estado sólido (flash) – Operação “Head less” (sem display) – Etc.

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“Um sistema embarcado é um computador que é completamente encapsulado ou dedicado ao disposiRvo ou sistema que ele controla.” (Wikipedia)

Linux Embarcado

• Não é apenas o Kernel • SoVware necessário para o Linux funcionar em um Sistema Embarcado – Aplicações para prover funcionalidades específicas do sistema

– Kernel com configuração específica – Bootloader para configurar o hardware e iniciar o sistema operacional

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Exemplo de Hardware para Sistema Embarcado

• Kit de desenvolvimento: Freescale MPC8313E-‐RDB

• PowerPC PowerQUICC II PRO MPC8313E (a 333/133 MHz)

• 128 MByte DDR2 • 32 MByte NAND Flash

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Inicialização do Linux

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O que precisa ser preparado?

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Roteiro

• Introdução • Projeto de Linux Embarcado

– Toolchain – Bootloader – Kernel – Root Filesystem

• Demonstração • Considerações Finais

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Toolchain

• Conjunto de ferramentas necessárias para compilar (ou cross-‐compilar) um sistema Linux

• Componentes: – BinuRls (as, ld, ar, ramlib, strip, etc.) – Kernel headers (#include <linux/*>, <asm/*>, etc.) – Compilador C (GCC) – Biblioteca C (glibc, uClibc, dietlibc, etc.)

• Opções para geração de toolchain: – Gerar manualmente (compilando cada pacote) – Obter uma cópia pré-‐compilada – URlizar uma ferramenta de geração (crosstool-‐ng, buildroot, PTXdist,

OpenEmbedded, etc.)

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Exemplo: Buildroot

• Exemplo de geração:

• Configurar ambiente:

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$ git clone git://git.buildroot.net/buildroot $ cd buildroot $ make menuconfig # Configurar geração do toolchain $ make $ ls output/stagging/* # Conteúdo do toolchain

$ export PATH:/path/to/buildroot/output/stagging/usr/bin:$PATH $ export CROSS_COMPILE=powerpc-‐linux-‐uclibc-‐ # Teste de compilação $ powerpc-‐linux-‐uclibc-‐gcc –o hello helloworld.c

Exemplo: Buildroot

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Demo! (Geração de toolchain com o Buildroot)

Roteiro

• Introdução • Projeto de Linux Embarcado

– Toolchain – Bootloader – Kernel – Root Filesystem

• Demonstração

• Referências

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Bootloader

• Primeiro soVware que executa quando o hardware é ligado

• Responsável por carregar e transferir o controle para o Kernel

• Para isso: – Configura o hardware – Oferece comandos para

configuração e diagnósRco

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Bootloaders

21 Fonte: h~p://www.elinux.org/Bootloader, 13/11/09

Bootloaders

22 Fonte: h~p://www.elinux.org/Bootloader, 13/11/09

Exemplo: U-‐Boot

• Exemplo de compilação:

• Porte para uma nova plataforma: – u-‐boot/Makefile – u-‐boot/board/<boardname>/* – u-‐boot/include/configs/<boardname>.h

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$ git clone git://git.denx.de/u-‐boot $ cd u-‐boot $ export CROSS_COMPILE=powerpc-‐linux-‐uclibc-‐ $ make clobber $ make MPC8313ERDB_33_config # Configuração para a placa $ make ... $ ls u-‐boot.bin

Exemplo: U-‐Boot

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Demo! (Compilação e uRlização do u-‐boot)

Roteiro

• Introdução • Projeto de Linux Embarcado – Toolchain – Bootloader – Kernel – Root Filesystem


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Kernel do Linux

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Exemplo: Linux para PowerPC


• Módulos:

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$ git clone git://git.kernel.org/pub/scm/linux/kernel/git/torvalds/linux-‐2.6.git $ cd linux-‐2.6 $ export CROSS_COMPILE=powerpc-‐linux-‐uclibc-‐ $ export ARCH=powerpc $ make mrproper $ make 83xx/mpc8313_rdb_defconfig # Configuração para a placa $ make menuconfig # Refinar configuração $ make ... $ ls arch/powerpc/boot/uImage # Imagem para ser usada com o u-‐boot

$ make modules $ make modules_install INSTALL_MOD_PATH=/path/to/roo�s


• Porte para uma nova plataforma • PowerPC: – Device Tree Blob (DTB)

• Arquivo que descreve o hardware • Também uRlizado pelo bootloader

• Outras arquiteturas: – Modificar o código fonte – Ex: ARM

• Modificar/criar arch/arm/mach-‐[plataforma]/

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Demo! (Compilação do Linux e arquivo de device tree)

Roteiro

• Introdução • Projeto de Linux Embarcado – Toolchain – Bootloader – Kernel – Root Filesystem


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Root Filesystem

• Árvore de diretórios contendo bibliotecas, scripts, aplicações, etc.

• Opções para geração de roofs: – Manual (compilando e instalando cada pacote) – URlizando um sistema de build

• Tipos de sistemas de arquivos: – Ext2/3 – Em flash:

• SquashFS (read-‐only, rápido) • JFFS2 (mais uRlizado atualmente) • UBIFS (sucessor do JFFS2, rápido)

– cramfs,initramfs, etc.

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Root Filesystem

32 Fonte: Embedded building tools BOF, Thomas Petazzoni (ELC 2009)

Ferramentas para geração

Root Filesystem

33 Fonte: Embedded building tools BOF, Thomas Petazzoni (ELC 2009)

Ferramentas para geração

Exemplo: Buildroot


• Geração da imagem de roo�s para o u-‐boot

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$ git clone git://git.buildroot.net/buildroot $ cd buildroot $ make menuconfig # Configurar roo�s para a placa, seleção de pacotes $ make $ ls output/target/* # Conteúdo do roo�s $ ls output/images/roo�s.powerpc.ext2.gz # Imagem gerada

$ make menuconfig # Configurar buildroot para compilar o u-‐boot $ make BOARD_NAME=MPC8313ERDB_33 # Comando de geração de imagens do u-‐boot $ mkimage -‐n 'uboot ext2 ramdisk roo�s' \ -‐A ppc -‐O linux -‐T ramdisk -‐C gzip \ -‐d ./output/images/roo�s.powerpc.ext2.gz \ ./output/images/roo�s.powerpc.ext2.gz.uboot

Exemplo: Buildroot

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Demo! (Geração de roo�s com o Buildroot)

Roteiro

• Introdução • Projeto de Linux Embarcado • Demonstração

• Referências

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Demonstração na Placa

• Boot dos binários gerados na apresentação (via TFTP)

• Configuração da rede e dos parâmetros de boot do Kernel:

• Configuração dos parâmetros de boot do Kernel:

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=> setenv ethact TSEC1 ⇒ setenv ipaddr 10.1.1.2 ⇒ setenv serverip 10.1.1.1 => setenv bootargs root=/dev/ram console=~yS0,115200 => saveenv

⇒ �tp 200000 uImage ⇒ �tp 1000000 roo�s.powerpc.ext2.gz.uboot ⇒ �tp 400000 mpc8313erdb.dtb ⇒ bootm 200000 1000000 400000

Referências

• Embedded Linux Conference – h~p://www.embeddedlinuxconference.com/

– Apresentações (ELC 2009): • It's Alive! -‐ Linux on Embedded PowerPC porRng guide, Grant Likely • Update on filesystems for flash storage, Michael Opdenacker

• Embedded Linux and Mainline Kernel, David Woodhouse

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Referências

• Livros: – Building Embedded Linux Systems, Karim Yaghmour

– Embedded Linux Primer: A PracRcal Real-‐World Approach, Christopher Hallinan

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Referências

• Embedded Linux Wiki – h~p://www.elinux.org

• Free Electrons – h~p://free-‐electrons.com/docs/

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Desenvolvendo Sistemas de Linux Embarcado

Marcelo Veiga Neves [email protected]

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