yocto(2.6 Thud)でRaspberry-pi Zero W - Step1 - 最小イメージをビルドしてみた

はじめに

組み込みの勉強のため、yoctoでRaspberry-pi Zero WのOSイメージをビルドしてみました。
今回はOS起動からwlanの接続までを目標に進めます。

方法1 : meta-raspberrypi によるビルド

yocto Projectで提供されているmeta-raspberrypiを用いてビルドした

参考サイト

• Raspberry Pi Zero W向けにYoctoをカスタマイズする | ニフティものづくりブログ https://blog.web.nifty.com/engineer/1040
• ラズベリーパイゼロでyocto - メモ http://mickey-happygolucky.hatenablog.com/entry/2017/04/11/015101

ビルド準備

yoctoビルドに必要なパッケージをインストールやpoky/recipeの取得

パッケージインストール

yoctoビルドに必要なパッケージをインストール

sudo apt -y install build-essential chrpath diffstat gawk git libncurses5-dev pkg-config subversion texi2html texinfo python2.7 bc

pythonのシンボリックリンクを貼る

sudo ln -sf /usr/bin/python2.7 /usr/bin/python

poky/各種recipeを取得

gitで取得する

cd ~
git clone -b thud git://git.yoctoproject.org/poky.git poky-thud
cd ~/poky-thud
git clone -b thud git://git.yoctoproject.org/meta-raspberrypi
git clone -b thud clone git://git.openembedded.org/meta-openembedded

###ビルド用ディレクトリの設定
ビルドの作業ディレクトリを設定する。pokyのoe-init-build-envを用いて環境変数の設定も行う
(oe-init-build-envで、bitbakeのpathも通るのでビルドする際は毎回実行が必要)

mkdir -p ~/rasp/build/conf
oe-init-build-env ~/rasp/build

ビルド用コンフィグファイル

local.conf , bblayers.confによりビルドオプション、ビルド対象を記載
(github: https://github.com/extdada/yocto_raspberrypi_zero)

bblayers.confの記載

bblayers.confでレシピレイヤの指定を行う。

~/rasp/build/conf/bblayers.conf

POKY_BBLAYERS_CONF_VERSION = "2"
 
BBPATH = "${TOPDIR}"
BBFILES ?= ""
 
BBLAYERS ?= " \
  ${HOME}/poky-thud/meta \
  ${HOME}/poky-thud/meta-poky \
  ${HOME}/poky-thud/meta-yocto-bsp \
  ${HOME}/poky-thud/meta-openembedded/meta-oe \
  ${HOME}/poky-thud/meta-openembedded/meta-networking \
  ${HOME}/poky-thud/meta-openembedded/meta-python \
  ${HOME}/poky-thud/meta-raspberrypi \
  "

local.confの編集

local.confで各種設定を行う。主要設定の詳細のみ以下に記載

• MACHINE : meta-raspberrypiで定義された機器ごとの設定を引き出す
  • raspberrypi0-wifi : raspberry-pi zero w
• DISTRO : ディストリビューション定義
  • poky : yoctoのディストリビューション
• DISTRO_FEATURES_append : ディストリビューションの追加を行う
  • bluez5 : Bluetooth Stack
• COMBINED_FEATURES_append : MACHINE_FEATURES_append/DISTRO_FEATURES_appendの同時設定
  • wifi : wifi関連のデバイスドライバ
  • bluetooth : bluetooth関連のデバイスドライバ
• BB_DISKMON_DIRS : yoctoビルドにおけるディレクトリ容量制限
• BB_NUMBER_THREADS : 並列実行スレッド数
• PARALLEL_MAKE : gccの並列実行オプション、BB_NUMBER_THREADSに近い
• IMAGE_INSTALL_append : インストールパッケージの追加
  • linux-firmware-bcm42420 : Broadcomのfirmware?(80211cfg関連)
  • connmam : systemd用のnetwork configurationツール
  • pulseaudio : オーディオ制御
• INHERIT_append = " extrausers" : user追加設定 (以下を参照)
• DISTRO_FEATURES_append += "systemd" : systemd設定(以下を参照)

~/rasp/build/conf/local.conf

MACHINE ??= "raspberrypi0-wifi"

DISTRO ?= "poky"

# raspberri pi default
DISTRO_FEATURES_append = " bluez5"
COMBINED_FEATURES_append = " wifi bluetooth alsa ext2 usbgadget usbhost"

PACKAGE_CLASSES ?= "package_rpm"
EXTRA_IMAGE_FEATURES ?= "debug-tweaks"

USER_CLASSES ?= "buildstats image-mklibs image-prelink"
PATCHRESOLVE = "noop"

BB_DISKMON_DIRS ??= "\
    STOPTASKS,${TMPDIR},1G,100K \
    STOPTASKS,${DL_DIR},1G,100K \
    STOPTASKS,${SSTATE_DIR},1G,100K \
    STOPTASKS,/tmp,100M,100K \
    ABORT,${TMPDIR},100M,1K \
    ABORT,${DL_DIR},100M,1K \
    ABORT,${SSTATE_DIR},100M,1K \
    ABORT,/tmp,10M,1K"

PACKAGECONFIG_append_pn-qemu-native = " sdl"
PACKAGECONFIG_append_pn-nativesdk-qemu = " sdl"

# core
BB_NUMBER_THREADS = "12"
PARALLEL_MAKE = "-j 12"

CONF_VERSION = "1"
IMAGE_INSTALL_append = " linux-firmware-bcm43430 connman connman-client pulseaudio pulseaudio-server usbutils sudo wiringpi"
IMAGE_FEATURES_append = " ssh-server-dropbear"

# user setting
INHERIT_append = " extrausers"
EXTRA_USERS_PARAMS = "useradd -P devuser devuser; usermod -P root root;"

# use systemd
DISTRO_FEATURES_append += " systemd"
VIRTUAL-RUNTIME_init_manager = "systemd"
DISTRO_FEATURES_BACKFILL_CONSIDERED = "sysvinit"
VIRTUAL-RUNTIME_initscripts = ""
IMX_DEFAULT_DISTRO_FEATURES_append = " systemd"

イメージビルド

設定が完了したのでビルドする

ビルド実行

実行ホスト側の性能によるが、2～3時間かかる

cd ~/rasp/build
bitbake rpi-hwup-image

イメージ生成

下記のディレクトリにイメージが生成される。これを書き込む

cd ~/rpi/build/tmp/deploy/images/raspberrypi0-wifi/
ls rpi-hwup-image-*
rpi-hwup-image-raspberrypi0-wifi-20190318120523.rootfs.rpi-sdimg

一応起動するがwlan0が認識されない

SDに上記イメージを書き込むと起動したが、wlan0が認識されない

$ ifconfig -a
lo        Link encap:Local Loopback  
          inet addr:127.0.0.1  Mask:255.0.0.0
          inet6 addr: ::1/128 Scope:Host
          UP LOOPBACK RUNNING  MTU:65536  Metric:1
          RX packets:0 errors:0 dropped:0 overruns:0 frame:0
          TX packets:0 errors:0 dropped:0 overruns:0 carrier:0
          collisions:0 txqueuelen:1 
          RX bytes:0 (0.0 B)  TX bytes:0 (0.0 B)

lsmodでもデバイス認識されていない

$ lsmod | grep cfg80211
$ 

rfkillのリストも何もない

$ rfkill list all
$

以下の対応したが特に変化なし。

• IMAGE_INSTALL_appendにlinux-firmwareを追加
• poky/openembedded/meta-raspberrypiのbranchをrocko(2.5)に変更

(何か知見のある方アドバイスいただけたら幸いです)

2019/04/05追記

@shino_r 氏より以下のコメントをいただきました

方法1でwlan0が使えないのはthudでファーム名称が変わったためと思います。
私の環境ではlinux-firmware-rpidistro-bcm43430でwlan0が動いていますよ。

そのため、IMAGE_INSTALL_appendを修正

#IMAGE_INSTALL_append = " linux-firmware-bcm43430 connman connman-client pulseaudio pulseaudio-server usbutils sudo wiringpi"
IMAGE_INSTALL_append = " linux-firmware-rpidistro-bcm43430 usbutils sudo wiringpi wpa-supplicant"

上記でビルドしたところ、wlan0認識しました

はじめは存在しませんが、/etc/network/interfacesと/etc/wpa_supplicant.confを記載した上で
ifup wlan0を実行すると正常に認識、IPアドレス取得できました

/etc/network/interfaces

auto lo
iface lo inet loopback

auto wlan0
iface wlan0 inet dhcp
wpa-conf /etc/wpa_supplicant.conf

/etc/wpa_supplicant.conf

ctrl_interface=/var/run/wpa_supplicant
ctrl_interface_group=0
network={
    ssid="hoge"
    psk="hogehoge"
    key_mgmt=WPA-PSK
    proto=RSN
    pairwise=CCMP
    group=CCMP
}

ありがとうございました

方法2: meta-rpiレイヤを使用する

上記方法でwlan0が認識しないため、別の方法で対応
Jumpnow Technologiesで提供されいているmeta-rpiを利用してビルドする

参考サイト

• Building Raspberry Pi Systems with Yocto https://jumpnowtek.com/rpi/Raspberry-Pi-Systems-with-Yocto.html

ビルド準備

必要なパッケージに差分はありません

poky/recipe等の取得

cd ~
git clone -b thud git://git.yoctoproject.org/poky.git poky-thud
cd ~/poky-thud
git clone -b thud git://git.yoctoproject.org/meta-raspberrypi
git clone -b thud clone git://git.openembedded.org/meta-openembedded
git clone -b thud https://github.com/meta-qt5/meta-qt5
mkdir -p ~/rpi
cd ~/rpi
git clone -b thud git://github.com/jumpnow/meta-rpi

###ビルド用ディレクトリの設定
ビルドの作業ディレクトリを設定する。pokyのoe-init-build-envを用いて環境変数の設定も行う
(oe-init-build-envで、bitbakeのpathも通るのでビルドする際は毎回実行が必要)

mkdir -p ~/rpi/build/conf
oe-init-build-env ~/rpi/build

ビルド用コンフィグファイル

サンプルファイルのコピー

meta-rpiにサンプルが存在するので、そちらを利用する

cd ~/rpi
cp meta-rpi/conf/local.conf.sample build/conf/local.conf
cp meta-rpi/conf/bblayers.conf.sample build/conf/bblayers.conf

サンプルのbblayers.confのレイヤディレクトリ指定は以下の通りなので、上記設定をしていれば問題ない

• ~/poky-thud : poky, meta-openembedded, meta-qt5, meta-raspberrypi
• ~/rpi : meta-rpi

local.confの修正

以下の項目を修正する

• MACHINE : raspberrypi0-wifi
• EXTRA_USERS_PARAMS : 任意のユーザ名。パスワードに変更

ビルド実行

meta-rpiではconsole-imageがイメージとなる。

cd ~/rpi/build
bitbake console-image

SDカードへの書き込み

meta-rpiに対してSDカードへの書き込みスクリプトも用意されている。

パーティション分割

cd ~/rpi/meta-rpi/scripts
sudo ./mk2parts.sh sdb

ネットワークの設定

スクリプト側でwpa_supplicant.confのコピーを行う処理があるため、指定の場所に配置すると自動配置される。

cp interfaces-example interfaces
cp wpa_supplicant.conf-sample wpa_supplicant.conf

wpa_supplicant.conf

country=JP
ctrl_interface=/var/run/wpa_supplicant
ap_scan=1

network={
    key_mgmt=WPA-PSK
    ssid="<ssid>"
    psk="<pass>"
}

SDカードへの書き込み

作業用ディレクトリの作成や環境変数の設定を行い、書き込み用スクリプトを実行する

sudo mkdir /media/card
export OETMP=~/rpi/build/tmp
export MACHINE=raspberrypi0-wifi
./copy_boot.sh sdb
./copy_rootfs.sh sdb console

起動

wlan0が認識された！
とりあえずスタンドアローン状態から開放されたので今回はここまで

今後の展望

• SSH設定
  • open-sshを追加する
• LTEのUSBドングルを認識させる
• meta-raspberrypiのみでビルドするとwlan0が認識される理由を調査
  • 差分を見て判断するしかない…？
• meta-rpiでインストールされるパッケージを削減する
  • まずQt5は外したい