《Yocto項目實戰(zhàn)教程》是一本系統化講解Yocto項目核心技術的專業(yè)教程。全書從基礎概念到高級應用，詳細剖析了Yocto項目體系架構，包括Linux系統架構解析、OpenEmbedded構建系統原理、元數據組織架構、BitBake構建引擎工作機制、Poky參考系統的核心組件等關鍵技術。特別針對嵌入式開發(fā)實踐需求，深入講解了內核菜譜定制、BSP層開發(fā)、交叉編譯工具鏈構建、SDK集成開發(fā)等實戰(zhàn)內容。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)級平臺的實際應用，通過循序漸進的教學方式，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課程的專業(yè)教材，同時還能滿足技術愛好者自學Yocto項目的需求。
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*覆蓋樹莓派與AI與邊緣計算
·學習Yocto項目，邁向新時代Linux系統架構：在AI、芯片和智能汽車等新時代關鍵領域，Linux系統必須實現深度定制與持續(xù)可維護。Yocto項目正是主流企業(yè)用來構建、集成并高效管理Linux系統的標準工具。掌握Yocto項目，是進入系統架構核心崗位的捷徑，也是技術躍遷的關鍵一步。
·理論 實戰(zhàn) 視頻三線驅動，層層破解Yocto項目技術難關：Yocto項目因高質量中文資料匱乏，常讓學習者感到棘手。本書摒棄空泛講解，聚焦實戰(zhàn)落地，輔以作者親錄視頻，循序漸進梳理核心技術鏈條。從QEMU、BeagleBone、樹莓派到恩智浦i.MX8，覆蓋主流平臺，構建清晰系統化的學習路徑。
·破解35歲焦慮，構建稀缺型技術能力，輕松轉型任何linux崗位：Yocto項目貫通上層應用、底層驅動與系統架構。學習它可快速拓寬技術路徑，實現從應用到平臺的跨界轉型，建立系統級能力，突破傳統經驗的局限。
本書基于筆者的實踐經驗，系統化講解Yocto項目的核心知識，結合豐富的實戰(zhàn)示例，幫助讀者高效掌握Yocto項目的構建方法，并深入理解其應用與實踐技巧。
嵌入式Linux系統的現狀與挑戰(zhàn)
隨著科技的快速發(fā)展，嵌入式Linux系統已廣泛應用于智能家居、工業(yè)控制、智能汽車等領域，并在AIoT、邊緣計算、智能醫(yī)療等方向發(fā)揮著關鍵作用。其開源、靈活、可定制的特性，使其成為嵌入式設備的主流操作系統；市場需求持續(xù)增長，使其在智能設備中的核心地位不斷加強。
然而，嵌入式Linux系統的開發(fā)面臨諸多挑戰(zhàn)。硬件生態(tài)碎片化導致適配和維護成本高昂，定制化需求要求針對啟動速度、功耗、實時性、安全性進行深度優(yōu)化，開發(fā)流程復雜，涉及內核裁剪、驅動適配、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，進一步提高了開發(fā)門檻，使嵌入式Linux系統在智能設備中的核心地位面臨更高的技術挑戰(zhàn)。
應運而生的Yocto項目
面對嵌入式Linux系統開發(fā)中硬件適配復雜、定制化需求高、構建流程煩瑣等挑戰(zhàn)，Yocto項目提供了一套靈活、可擴展、自動化的構建工具集。它采用模塊化架構、分層構建體系和軟件棧管理機制，使開發(fā)者能夠高效定制、優(yōu)化和維護嵌入式Linux系統，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、多平臺的嵌入式Linux系統構建與定制。它持續(xù)提升跨平臺適配能力、完善長期維護機制、增強系統穩(wěn)定性和可復用性。隨著技術演進，Yocto項目不斷拓展應用場景，為日益復雜的嵌入式Linux系統需求提供更加高效、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系統的主流工具，但由于構建體系復雜、配置靈活、調試難度大，其難學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上，結合筆者多年的嵌入式開發(fā)經驗，提煉核心理論框架，使其易讀易懂。同時輔以大量實踐案例，幫助讀者系統化學習Yocto項目，快速掌握Yocto項目的基礎知識與實戰(zhàn)技巧。
本書以實踐為導向，從基礎到進階、從理論到實戰(zhàn)，循序漸進，全面剖析Yocto項目的架構與高階應用。無論是初學者、進階開發(fā)者，還是專注于底層技術研究的專家，本書都將成為系統學習Yocto項目的一站式指南，助您自信應對嵌入式Linux系統的定制與構建挑戰(zhàn)。
Yocto項目在中國的現狀與機遇
當前，Yocto項目已在全球范圍內得到廣泛認可和應用，但在國內的普及程度相對較低。國產芯片適配度不足、技術資料主要以英文為主、本地社區(qū)生態(tài)不成熟，使開發(fā)者在學習和應用Yocto項目時面臨較高門檻。此外，盡管國產AI技術發(fā)展迅速，但AI設備的軟件環(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制存在差異，增加了系統維護和版本管理的復雜度。
隨著國產芯片生態(tài)的持續(xù)優(yōu)化，Yocto項目的本地化進程正在加速推進。同時，AI技術在邊緣計算、智能設備等領域中的應用需求增長，對嵌入式Linux系統的定制、構建效率和長期維護提出了更高要求。Yocto項目憑借靈活的構建機制和廣泛的硬件支持，正成為國產芯片和AI應用的重要支撐，將為嵌入式Linux系統的開發(fā)和維護提供高效、穩(wěn)定、可擴展的解決方案。
總結與展望
本書旨在促進Yocto項目在國內的應用，幫助嵌入式開發(fā)者系統掌握其核心技術。通過系統化講解與實踐結合，降低學習門檻，使Yocto項目在國產芯片研發(fā)及更多嵌入式應用中發(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項目將在國產芯片生態(tài)、AIoT和邊緣計算等領域得到更廣泛的應用，進一步推動嵌入式Linux系統生態(tài)的標準化與發(fā)展。
孫杰
第1章 Yocto項目 1
1.1 嵌入式Linux系統 1
1.1.1 什么是嵌入式系統 2
1.1.2 嵌入式Linux系統簡介 2
1.1.3 嵌入式Linux系統的應用領域 3
1.1.4 嵌入式Linux系統的構建工具 4
1.1.5 常見的嵌入式Linux系統發(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)與生產工具 12
1.3.3 常用術語 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 經驗總結 19
第2章 Linux系統架構 22
2.1 GNU/Linux 22
2.1.1 GNU/Linux概述 23
2.1.2 Linux系統架構概述 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 內核空間 28
2.3.1 Linux內核 28
2.3.2 控制硬件資源 31
2.3.3 服務用戶空間 32
2.4 用戶空間 33
2.4.1 根文件系統 34
2.4.2 標準C庫 34
2.4.3 系統共享庫 36
2.4.4 init進程 37
2.4.5 窗口管理系統 38
第3章 Yocto項目基礎架構 40
3.1 快速構建指南 41
3.1.1 搭建構建主機環(huán)境 41
3.1.2 下載Poky源代碼 42
3.1.3 初始化OpenEmbedded構建環(huán)境 42
3.1.4 構建鏡像 44
3.1.5 QEMU啟動鏡像 44
3.2 Yocto項目架構 45
3.2.1 層模型 45
3.2.2 核心組件 46
3.2.3 構建主機 47
3.3 OpenEmbedded構建系統 48
3.3.1 BitBake構建引擎 49
3.3.2 OpenEmbedded-Core 49
3.3.3 構建系統工作流 50
3.4 OpenEmbedded構建環(huán)境 52
3.4.1 構建環(huán)境配置腳本 53
3.4.2 構建目錄結構 54
3.4.3 構建輸出結構 55
第4章 元數據架構 60
4.1 元數據 60
4.1.1 元數據的概念 61
4.1.2 元數據文件 61
4.1.3 元數據語法 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 層的結構與功能 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源代碼結構及核心模塊 132
5.3 BitBake命令 137
5.3.1 BitBake的命令語法 137
5.3.2 執(zhí)行默認任務 140
5.3.3 執(zhí)行指定任務 141
5.3.4 強制執(zhí)行任務 143
5.4 BitBake調試與優(yōu)化 144
5.4.1 清除共享狀態(tài)緩存 144
5.4.2 查看任務列表 146
5.4.3 查看變量值 149
5.4.4 查看依賴關系 150
5.4.5 查看調試信息 153
5.5 BitBake執(zhí)行流程 154
5.5.1 基礎配置解析 155
5.5.2 菜譜解析與管理 156
5.5.3 任務依賴與調度 158
5.5.4 任務執(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 機器配置文件 181
6.3.1 Poky中的機器配置文件 181
6.3.2 機器特性與實現 188
6.3.3 選擇目標設備 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 199
6.5 QEMU 203
6.5.1 QEMU簡介 203
6.5.2 設置QEMU的運行環(huán)境 204
6.5.3 runqemu腳本 204
第7章 定制鏡像菜譜與內核菜譜 208
7.1 定制鏡像菜譜 209
7.1.1 搭建構建環(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 定制應用程序 216
7.2.1 HelloWorld應用程序 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 定制內核菜譜 219
7.3.1 Yocto項目的內核倉庫 220
7.3.2 內核元數據 225
7.3.3 內核菜譜 234
7.3.4 內核配置 239
7.3.5 定制內核菜譜的步驟 242
7.4 定制內核樹外模塊 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 構建和部署樹莓派鏡像 256
8.2.1 構建樹莓派測試鏡像 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 內核配置 274
8.3.5 圖形系統配置 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 定制機器配置文件 300
9.2 定制內核菜譜 300
9.2.1 內核配置 301
9.2.2 指定內核設備樹文件 302
9.2.3 添加內核補丁 303
9.3 定制硬件啟動配置菜譜 306
9.3.1 指定內核設備樹文件 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)建基礎測試鏡像菜譜 311
9.4.2 添加SSH服務 311
9.4.3 X11圖形顯示協議 311
9.4.4 啟用Systemd系統管理器 313
9.5 定制分區(qū)鏡像 316
9.5.1 定制Kickstart文件 317
9.5.2 重構并驗證鏡像 318
9.5.3 meta-raspberrypi-custom層的最終結構 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 可擴展SDK 333
10.2.1 可擴展SDK結構 333
10.2.2 定制可擴展SDK安裝包 336
10.2.3 devtool命令行工具 340
10.3 標準SDK構建應用程序 349
10.3.1 定制應用程序 349
10.3.2 構建應用程序 350
10.3.3 部署與測試 353
10.4 可擴展SDK構建與部署 355
10.4.1 創(chuàng)建菜譜 355
10.4.2 構建與部署 360
10.4.3 測試與集成 362
第11章 進階項目實戰(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 初始化構建環(huán)境 378
11.2.1 構建環(huán)境配置腳本 379
11.2.2 初始化構建環(huán)境 381
11.3 元數據結構 385
11.3.1 元數據層結構 385
11.3.2 鏡像菜譜 388
11.3.3 內核 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 408
11.5 構建鏡像與部署驗證 412
11.5.1 構建目標鏡像 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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