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《Yocto項目實戰(zhàn)教程》是一本系統(tǒng)化講解Yocto項目核心技術(shù)的專業(yè)教程。全書從基礎(chǔ)概念到高級應(yīng)用，詳細(xì)剖析了Yocto項目體系架構(gòu)，包括Linux系統(tǒng)架構(gòu)解析、OpenEmbedded構(gòu)建系統(tǒng)原理、元數(shù)據(jù)組織架構(gòu)、BitBake構(gòu)建引擎工作機(jī)制、Poky參考系統(tǒng)的核心組件等關(guān)鍵技術(shù)。特別針對嵌入式開發(fā)實踐需求，深入講解了內(nèi)核菜譜定制、BSP層開發(fā)、交叉編譯工具鏈構(gòu)建、SDK集成開發(fā)等實戰(zhàn)內(nèi)容。書中提供了豐富的開發(fā)案例，涵蓋從QEMU模擬器、樹莓派到NXP i.MX系列工業(yè)級平臺的實際應(yīng)用，通過循序漸進(jìn)的教學(xué)方式，幫助讀者快速掌握Yocto項目的開發(fā)方法與技巧。本書內(nèi)容翔實、案例典型，既適合嵌入式Linux開發(fā)工程師作為工作參考手冊，也可作為高校嵌入式系統(tǒng)課程的專業(yè)教材，同時還能滿足技術(shù)愛好者自學(xué)Yocto項目的需求。

本書基于筆者的實踐經(jīng)驗，系統(tǒng)化講解Yocto項目的核心知識，結(jié)合豐富的實戰(zhàn)示例，幫助讀者高效掌握Yocto項目的構(gòu)建方法，并深入理解其應(yīng)用與實踐技巧。

嵌入式Linux系統(tǒng)的現(xiàn)狀與挑戰(zhàn)

隨著科技的快速發(fā)展，嵌入式Linux系統(tǒng)已廣泛應(yīng)用于智能家居、工業(yè)控制、智能汽車等領(lǐng)域，并在AIoT、邊緣計算、智能醫(yī)療等方向發(fā)揮著關(guān)鍵作用。其開源、靈活、可定制的特性，使其成為嵌入式設(shè)備的主流操作系統(tǒng)；市場需求持續(xù)增長，使其在智能設(shè)備中的核心地位不斷加強(qiáng)。

然而，嵌入式Linux系統(tǒng)的開發(fā)面臨諸多挑戰(zhàn)。硬件生態(tài)碎片化導(dǎo)致適配和維護(hù)成本高昂，定制化需求要求針對啟動速度、功耗、實時性、安全性進(jìn)行深度優(yōu)化，開發(fā)流程復(fù)雜，涉及內(nèi)核裁剪、驅(qū)動適配、交叉編譯、軟件棧集成，且版本管理混亂，周期冗長。此外，軟硬件協(xié)同優(yōu)化難度大，不同平臺資源受限，優(yōu)化策略難以通用，進(jìn)一步提高了開發(fā)門檻，使嵌入式Linux系統(tǒng)在智能設(shè)備中的核心地位面臨更高的技術(shù)挑戰(zhàn)。

應(yīng)運而生的Yocto項目

面對嵌入式Linux系統(tǒng)開發(fā)中硬件適配復(fù)雜、定制化需求高、構(gòu)建流程煩瑣等挑戰(zhàn)，Yocto項目提供了一套靈活、可擴(kuò)展、自動化的構(gòu)建工具集。它采用模塊化架構(gòu)、分層構(gòu)建體系和軟件棧管理機(jī)制，使開發(fā)者能夠高效定制、優(yōu)化和維護(hù)嵌入式Linux系統(tǒng)，可提高開發(fā)效率并降低適配成本。

Yocto項目匯聚了全球開發(fā)者的智慧，依托活躍的開源社區(qū)，不斷優(yōu)化和迭代，支持多架構(gòu)、多平臺的嵌入式Linux系統(tǒng)構(gòu)建與定制。它持續(xù)提升跨平臺適配能力、完善長期維護(hù)機(jī)制、增強(qiáng)系統(tǒng)穩(wěn)定性和可復(fù)用性。隨著技術(shù)演進(jìn)，Yocto項目不斷拓展應(yīng)用場景，為日益復(fù)雜的嵌入式Linux系統(tǒng)需求提供更加高效、可靠的解決方案。

本書的定位與特點

Yocto項目已成為定制嵌入式Linux系統(tǒng)的主流工具，但由于構(gòu)建體系復(fù)雜、配置靈活、調(diào)試難度大，其難學(xué)易用的特性讓許多開發(fā)者望而卻步。本書在官方文檔的基礎(chǔ)上，結(jié)合筆者多年的嵌入式開發(fā)經(jīng)驗，提煉核心理論框架，使其易讀易懂。同時輔以大量實踐案例，幫助讀者系統(tǒng)化學(xué)習(xí)Yocto項目，快速掌握Yocto項目的基礎(chǔ)知識與實戰(zhàn)技巧。

本書以實踐為導(dǎo)向，從基礎(chǔ)到進(jìn)階、從理論到實戰(zhàn)，循序漸進(jìn)，全面剖析Yocto項目的架構(gòu)與高階應(yīng)用。無論是初學(xué)者、進(jìn)階開發(fā)者，還是專注于底層技術(shù)研究的專家，本書都將成為系統(tǒng)學(xué)習(xí)Yocto項目的一站式指南，助您自信應(yīng)對嵌入式Linux系統(tǒng)的定制與構(gòu)建挑戰(zhàn)。

Yocto項目在中國的現(xiàn)狀與機(jī)遇

當(dāng)前，Yocto項目已在全球范圍內(nèi)得到廣泛認(rèn)可和應(yīng)用，但在國內(nèi)的普及程度相對較低。國產(chǎn)芯片適配度不足、技術(shù)資料主要以英文為主、本地社區(qū)生態(tài)不成熟，使開發(fā)者在學(xué)習(xí)和應(yīng)用Yocto項目時面臨較高門檻。此外，盡管國產(chǎn)AI技術(shù)發(fā)展迅速，但AI設(shè)備的軟件環(huán)境仍主要依賴廠商的專有SDK和BSP，不同平臺的軟件接口和適配機(jī)制存在差異，增加了系統(tǒng)維護(hù)和版本管理的復(fù)雜度。

隨著國產(chǎn)芯片生態(tài)的持續(xù)優(yōu)化，Yocto項目的本地化進(jìn)程正在加速推進(jìn)。同時，AI技術(shù)在邊緣計算、智能設(shè)備等領(lǐng)域中的應(yīng)用需求增長，對嵌入式Linux系統(tǒng)的定制、構(gòu)建效率和長期維護(hù)提出了更高要求。Yocto項目憑借靈活的構(gòu)建機(jī)制和廣泛的硬件支持，正成為國產(chǎn)芯片和AI應(yīng)用的重要支撐，將為嵌入式Linux系統(tǒng)的開發(fā)和維護(hù)提供高效、穩(wěn)定、可擴(kuò)展的解決方案。

總結(jié)與展望

本書旨在促進(jìn)Yocto項目在國內(nèi)的應(yīng)用，幫助嵌入式開發(fā)者系統(tǒng)掌握其核心技術(shù)。通過系統(tǒng)化講解與實踐結(jié)合，降低學(xué)習(xí)門檻，使Yocto項目在國產(chǎn)芯片研發(fā)及更多嵌入式應(yīng)用中發(fā)揮更大價值。

受限于編寫周期和筆者的個人水平，書中難免存在疏漏與不足。如您在閱讀過程中發(fā)現(xiàn)問題或有任何建議，歡迎交流探討。相信在大家的共同努力下，Yocto項目將在國產(chǎn)芯片生態(tài)、AIoT和邊緣計算等領(lǐng)域得到更廣泛的應(yīng)用，進(jìn)一步推動嵌入式Linux系統(tǒng)生態(tài)的標(biāo)準(zhǔn)化與發(fā)展。

孫杰

第1章　Yocto項目 1
1.1　嵌入式Linux系統(tǒng) 1
1.1.1　什么是嵌入式系統(tǒng) 2
1.1.2　嵌入式Linux系統(tǒng)簡介 2
1.1.3　嵌入式Linux系統(tǒng)的應(yīng)用領(lǐng)域 3
1.1.4　嵌入式Linux系統(tǒng)的構(gòu)建工具 4
1.1.5　常見的嵌入式Linux系統(tǒng)發(fā)行版 5
1.2　什么是Yocto項目 6
1.2.1　Yocto項目的起源 6
1.2.2　為什么選擇Yocto項目 7
1.2.3　社區(qū)與資源 7
1.3　Yocto項目概覽 9
1.3.1　版本管理 10
1.3.2　開發(fā)與生產(chǎn)工具 12
1.3.3　常用術(shù)語 13
1.4　特性與挑戰(zhàn) 16
1.4.1　特性與優(yōu)勢 16
1.4.2　面臨的挑戰(zhàn) 17
1.4.3　經(jīng)驗總結(jié) 19
第2章　Linux系統(tǒng)架構(gòu) 22
2.1　GNU/Linux 22
2.1.1　GNU/Linux概述 23
2.1.2　Linux系統(tǒng)架構(gòu)概述 23
2.2　Bootloader 24
2.2.1　Bootloader啟動流程 25
2.2.2　常用的Bootloader 25
2.2.3　U-Boot簡介 26
2.2.4　GRUB簡介 27
2.3　內(nèi)核空間 28
2.3.1　Linux內(nèi)核 28
2.3.2　控制硬件資源 31
2.3.3　服務(wù)用戶空間 32
2.4　用戶空間 33
2.4.1　根文件系統(tǒng) 34
2.4.2　標(biāo)準(zhǔn)C庫 34
2.4.3　系統(tǒng)共享庫 36
2.4.4　init進(jìn)程 37
2.4.5　窗口管理系統(tǒng) 38
第3章　Yocto項目基礎(chǔ)架構(gòu) 40
3.1　快速構(gòu)建指南 41
3.1.1　搭建構(gòu)建主機(jī)環(huán)境 41
3.1.2　下載Poky源代碼 42
3.1.3　初始化OpenEmbedded構(gòu)建環(huán)境 42
3.1.4　構(gòu)建鏡像 44
3.1.5　QEMU啟動鏡像 44
3.2　Yocto項目架構(gòu) 45
3.2.1　層模型 45
3.2.2　核心組件 46
3.2.3　構(gòu)建主機(jī) 47
3.3　OpenEmbedded構(gòu)建系統(tǒng) 48
3.3.1　BitBake構(gòu)建引擎 49
3.3.2　OpenEmbedded-Core 49
3.3.3　構(gòu)建系統(tǒng)工作流 50
3.4　OpenEmbedded構(gòu)建環(huán)境 52
3.4.1　構(gòu)建環(huán)境配置腳本 53
3.4.2　構(gòu)建目錄結(jié)構(gòu) 54
3.4.3　構(gòu)建輸出結(jié)構(gòu) 55
第4章　元數(shù)據(jù)架構(gòu) 60
4.1　元數(shù)據(jù) 60
4.1.1　元數(shù)據(jù)的概念 61
4.1.2　元數(shù)據(jù)文件 61
4.1.3　元數(shù)據(jù)語法 68
4.2　菜譜 77
4.2.1　菜譜及追加菜譜示例 77
4.2.2　菜譜命名與版本控制 79
4.2.3　菜譜語法 81
4.2.4　創(chuàng)建菜譜 89
4.2.5　菜譜工作流 97
4.3　層 108
4.3.1　層的概念 108
4.3.2　層的結(jié)構(gòu)與功能 109
4.3.3　層的分類 115
4.3.4　bitbake-layers層管理工具 122
第5章　BitBake構(gòu)建引擎 130
5.1　BitBake的起源與發(fā)展 130
5.2　BitBake的源代碼 131
5.2.1　BitBake源代碼的獲取 131
5.2.2　BitBake源代碼結(jié)構(gòu)及核心模塊 132
5.3　BitBake命令 137
5.3.1　BitBake的命令語法 137
5.3.2　執(zhí)行默認(rèn)任務(wù) 140
5.3.3　執(zhí)行指定任務(wù) 141
5.3.4　強(qiáng)制執(zhí)行任務(wù) 143
5.4　BitBake調(diào)試與優(yōu)化 144
5.4.1　清除共享狀態(tài)緩存 144
5.4.2　查看任務(wù)列表 146
5.4.3　查看變量值 149
5.4.4　查看依賴關(guān)系 150
5.4.5　查看調(diào)試信息 153
5.5　BitBake執(zhí)行流程 154
5.5.1　基礎(chǔ)配置解析 155
5.5.2　菜譜解析與管理 156
5.5.3　任務(wù)依賴與調(diào)度 158
5.5.4　任務(wù)執(zhí)行與日志記錄 159
第6章　Poky參考發(fā)行版 163
6.1　Poky 163
6.1.1　發(fā)行版與特性 164
6.1.2　源代碼接口與核心文件 165
6.2　鏡像菜譜 167
6.2.1　鏡像菜譜詳解 167
6.2.2　鏡像菜譜語法 171
6.2.3　鏡像類 173
6.2.4　包組菜譜 178
6.3　機(jī)器配置文件 181
6.3.1　Poky中的機(jī)器配置文件 181
6.3.2　機(jī)器特性與實現(xiàn) 188
6.3.3　選擇目標(biāo)設(shè)備 190
6.4　發(fā)行版配置文件 191
6.4.1　指定發(fā)行版配置文件 191
6.4.2　Poky中的發(fā)行版配置文件 192
6.4.3　發(fā)行版特性與實現(xiàn) 199
6.5　QEMU 203
6.5.1　QEMU簡介 203
6.5.2　設(shè)置QEMU的運行環(huán)境 204
6.5.3　runqemu腳本 204
第7章　定制鏡像菜譜與內(nèi)核菜譜 208
7.1　定制鏡像菜譜 209
7.1.1　搭建構(gòu)建環(huán)境 209
7.1.2　創(chuàng)建自定義層 210
7.1.3　定制鏡像菜譜的步驟 211
7.1.4　QEMU測試鏡像 214
7.2　定制應(yīng)用程序 216
7.2.1　HelloWorld應(yīng)用程序 216
7.2.2　Yocto項目中的HelloWorld程序 217
7.2.3　使用QEMU測試HelloWorld程序 219
7.3　定制內(nèi)核菜譜 219
7.3.1　Yocto項目的內(nèi)核倉庫 220
7.3.2　內(nèi)核元數(shù)據(jù) 225
7.3.3　內(nèi)核菜譜 234
7.3.4　內(nèi)核配置 239
7.3.5　定制內(nèi)核菜譜的步驟 242
7.4　定制內(nèi)核樹外模塊 245
7.4.1　樹外模塊的基本原理 246
7.4.2　樹外模塊的安裝與加載 246
7.4.3　定制customer.ko樹外模塊 248
第8章　樹莓派啟動定制鏡像 253
8.1　樹莓派簡介 254
8.1.1　樹莓派4B 254
8.1.2　樹莓派與Yocto項目 255
8.2　構(gòu)建和部署樹莓派鏡像 256
8.2.1　構(gòu)建樹莓派測試鏡像 256
8.2.2　將鏡像部署到SD卡 261
8.2.3　啟動樹莓派4B 265
8.3　meta-raspberrypi層 266
8.3.1　meta-raspberrypi層概述 267
8.3.2　層配置 269
8.3.3　硬件配置 271
8.3.4　內(nèi)核配置 274
8.3.5　圖形系統(tǒng)配置 278
8.3.6　硬件測試鏡像菜譜 279
8.4　使用Wic工具創(chuàng)建分區(qū)鏡像 280
8.4.1　Wic工具介紹 280
8.4.2　Kickstart文件 284
8.4.3　Wic插件 286
8.4.4　Wic工具的操作模式 288
8.4.5　樹莓派的鏡像分區(qū) 290
8.4.6　dd和bmaptool部署鏡像 293
第9章　實戰(zhàn)定制樹莓派BSP層 297
9.1　創(chuàng)建與配置BSP層 298
9.1.1　定制BSP層的方法 298
9.1.2　創(chuàng)建meta-raspberrypi-custom層 298
9.1.3　定制機(jī)器配置文件 300
9.2　定制內(nèi)核菜譜 300
9.2.1　內(nèi)核配置 301
9.2.2　指定內(nèi)核設(shè)備樹文件 302
9.2.3　添加內(nèi)核補(bǔ)丁 303
9.3　定制硬件啟動配置菜譜 306
9.3.1　指定內(nèi)核設(shè)備樹文件 307
9.3.2　控制LED硬件行為 308
9.4　定制測試鏡像菜譜 310
9.4.1　創(chuàng)建基礎(chǔ)測試鏡像菜譜 311
9.4.2　添加SSH服務(wù) 311
9.4.3　X11圖形顯示協(xié)議 311
9.4.4　啟用Systemd系統(tǒng)管理器 313
9.5　定制分區(qū)鏡像 316
9.5.1　定制Kickstart文件 317
9.5.2　重構(gòu)并驗證鏡像 318
9.5.3　meta-raspberrypi-custom層的最終結(jié)構(gòu) 319
第10章　軟件開發(fā)工具包 321
10.1　軟件開發(fā)工具包概述 322
10.1.1　SDK簡介 322
10.1.2　獲取和使用SDK安裝包 324
10.1.3　SDK通用組件 328
10.2　可擴(kuò)展SDK 333
10.2.1　可擴(kuò)展SDK結(jié)構(gòu) 333
10.2.2　定制可擴(kuò)展SDK安裝包 336
10.2.3　devtool命令行工具 340
10.3　標(biāo)準(zhǔn)SDK構(gòu)建應(yīng)用程序 349
10.3.1　定制應(yīng)用程序 349
10.3.2　構(gòu)建應(yīng)用程序 350
10.3.3　部署與測試 353
10.4　可擴(kuò)展SDK構(gòu)建與部署 355
10.4.1　創(chuàng)建菜譜 355
10.4.2　構(gòu)建與部署 360
10.4.3　測試與集成 362
第11章　進(jìn)階項目實戰(zhàn) 367
11.1　搭建項目開發(fā)環(huán)境 368
11.1.1　硬件開發(fā)環(huán)境 368
11.1.2　軟件開發(fā)環(huán)境 370
11.2　初始化構(gòu)建環(huán)境 378
11.2.1　構(gòu)建環(huán)境配置腳本 379
11.2.2　初始化構(gòu)建環(huán)境 381
11.3　元數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu) 385
11.3.1　元數(shù)據(jù)層結(jié)構(gòu) 385
11.3.2　鏡像菜譜 388
11.3.3　內(nèi)核 392
11.3.4　Bootloader 398
11.4　定制層與鏡像 403
11.4.1　創(chuàng)建meta-imx-custom層 403
11.4.2　創(chuàng)建追加菜譜文件 404
11.4.3　集成Chromium瀏覽器 405
11.4.4　添加Systemd服務(wù) 408
11.5　構(gòu)建鏡像與部署驗證 412
11.5.1　構(gòu)建目標(biāo)鏡像 412
11.5.2　搭建部署環(huán)境 414
11.5.3　啟動硬件與驗證 421
附錄A　Yocto項目社區(qū)與支持渠道 427

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