Wind River Linux：Yocto Project互換の組込みLinuxビルドシステム

Wind River LinuxではLinuxディストリビューションを、Yocto Project互換のビルドシステムにより作成します。Yocto Projectのビルドシステムは、Recipe、Layer、DISTRO、MACHINEという設定項目により、作成するLinuxディストリビューションの構成を決定します。Wind River Linuxのビルドシステムはこれらに加えて、Yocto Projectよりも簡単にアプリケーションやミドルウェア、ライブラリを統合できるWRTEMPLATEという設定項目を有しています。それぞれの設定項目の役割を以下に示します。

• Recipe : ソースコードを収集してビルドする方法を定義する。
• Layer : Recipeを統合し、実行ファイルと関連するライブラリの組み合わせを定義する。
• WRTEMPLATE：高度なアプリケーションの構築をより円滑にするため、Layerをまたいで機能を統合するWind River Linux独自のカスタマイズ機能。アプリケーションに必要なライブラリだけでなく、連携するアプリケーションや関連するミドルウェアまで含めた構成を定義できる設定項目。WRTEMPLATEは"feature/*"と命名される。
• DISTRO : Linuxディストリビューションをカスタマイズする基となるLinuxディストリビューションのテンプレートを定義する。
• MACHINE : 個別のハードウェアに対応したBSPを定義する。

Recipe、Layer、WRTEMPLATE、DISTRO、MACHINEの関係図

Recipe

Recipeは最も細かな粒度の設定項目で、ソースコードからアプリケーションやライブラリといったコンポーネントをビルドする方法を定義します。Wind River Linuxのビルドシステムは、Recipeに記載されたURL、Gitリポジトリ、ローカルファイルシステムからソースコードを入手し、ターゲットデバイス用（例：Arm 64-bit用）にコンパイルします。

Layer

Layerは、Recipeによって生成されたアプリケーションとライブラリを統合し、アプリケーションを実行するために必要最小限となるソフトウェアのセットを定義します。例えば、Layerにはmeta-networkingやmeta-webserverなどがあります。依存関係のあるプログラムのRecipeを、Layerにより統合することで、開発者はライブラリの依存関係に頭を悩ませることなく、アプリケーションを簡単にターゲットデバイスへインストールすることができます。なお、Layerには多数のRecipeが含まれていますが、そのすべてがビルドされるわけでなく、デフォルトで有効なRecipeのみがビルドされ、インストールされます。デフォルトで無効なRecipeを含める場合は、設定ファイルに変更を加える必要があります。

WRTEMPLATE

WRTEMPLATEはWind River Linuxが独自に定義するコンフィグレーション機能です。WRTEMPLATEはLayerをまたぐ設定項目であり、アプリケーションとライブラリだけでなく、アプリケーションに依存する別のアプリケーションやミドルウェアまで含んだ構成を定義します。これにより、導入したい機能にあわせた機能名（下表はその一例）を設定ファイルに追記するだけで、複数のアプリケーションが連携する高度なシステムを、簡単に構築することができます。

DISTROとMACHINE

DISTROとMACHINEは、すべてのプログラムを実行するための土台を定義します。DISTROは、Linuxディストリビューションの雛形を定義します。プログラムの実行に不可欠なLinuxカーネルをはじめ、カーネルモジュールや基本的なライブラリが含まれています。MACHINEは、BSPを定義します。プログラムとターゲットデバイスのハードウェアを結合する役割を担います。

動画：ソースコードでゼロからビルドするYoctoベースの組込みLinuxディストリビューション
※動画は LTS21 となっておりますが、LTS22 も類似の手順で実行可能です。

それでは、Wind River Linuxを使ってArm 64-bit向けのLinuxディストリビューションを作成し、実行してみましょう。実行するまでの手順は下図橙矢印の通りです。なお、今回も前回同様にQEMUにより作成した仮想Raspberry Pi 4上でLinuxディストリビューションを実行します。QEMUの概要については「ホストPCのみでWind River Linuxを実行する」をご参照ください。

• 開発／実行環境の準備
• 開発環境を構築する（下図：橙①）
• ターゲットデバイス用のビルドシステムを取得する（下図：橙②）
• Linuxディストリビューションをカスタマイズする（下図：橙③）
• Linuxディストリビューションをビルドする（下図：橙④、bitbakeによる）
  • 仮想SDカードへデプロイする（下図：橙⑤）：ただし本手順では橙④により自動的に実施される
• Linuxディストリビューションを実行する（下図：橙⑥）

ターゲットデバイス上でLinuxを実行するまでの手順：Wind River Linux（橙）とWind River Linux Distro（赤）

開発／実行環境の準備

Wind River Linuxを使用するには、LinuxをインストールしたホストPCが必要です。推奨されるホストPCの要件は「Wind River Linux Release Notes：Host System Recommendations and Requirements」をご確認ください。また、「Necessary Linux Host System Libraries and Executables」に掲載されているパッケージも事前にインストールしてください。今回の動画ではホストPCにUbuntu Desktop 20.04（x86 64bit）を選択しています。

開発環境を構築する

ターゲットデバイス用のビルドシステムを取得する

最初に利用する開発ツールは"setup.sh"です。まずsetup.shに"--list-machines"オプションを指定し実行すると、Wind River Linuxが対応しているBSPのリストが表示されます。このリストの中からターゲットデバイスとするBSP名を指定して、ビルドシステムを構築します。今回のターゲットはQEMUで作成した仮想的なRaspberry Pi 4のため、BSPとして"bcm-2xxx-rpi4"を選択します。setup.shに"--machines bcm-2xxx-rpi4"オプションを指定し、コマンドを実行するとRaspberry Pi 4用のビルドシステムが完成します。

setup.shの詳細は「The setup.sh Tool」をご参照ください。

                        
$ ./wrlinux-x/setup.sh --list-machines
＜利用可能なBSPの一覧が表示される＞
$ ./wrlinux-x/setup.sh --machines bcm-2xxx-rpi4
＜Raspberry Pi 4に対応するBSPを入手する＞
                        
                    

開発用ファイルを入手した後、". ./environment-setup-x86_64-wrlinuxsdk-linux"コマンドを実行してください。このコマンドにより、開発作業に必要なPATHがシステムに追加されます。続いて". ./oe-init-build-env <ディレクトリ名>"のコマンドを実行すると、Linuxディストリビューションをカスタマイズするための設定ファイルを含む、ビルド用ディレクトリが作成されます。以下の例では、qemubuildという名前のビルド用ディレクトリを作成しています。

                        
$ . ./environment-setup-x86_64-wrlinuxsdk-linux
$ . ./oe-init-build-env qemubuild
$ pwd
/home/UserName/qemubuild/build
$ ls
conf                    
                        
                    

• qemubuild： ビルド作業行うためのディレクトリ

Linuxディストリビューションをカスタマイズする

最初に利用する開発ツールは"setup.sh"です。まずsetup.shに"--list-machines"オプションを指定し実行すると、Wind River Linuxが対応しているBSPのリストが表示されます。このリストの中からターゲットデバイスとするBSP名を指定して、ビルドシステムを構築します。今回のターゲットはQEMUで作成した仮想的なRaspberry Pi 4のため、BSPとして"bcm-2xxx-rpi4"を選択します。"setup.sh"に"--machines bcm-2xxx-rpi4"オプションを指定し、コマンドを実行するとRaspberry Pi 4用のビルドシステムが完成します。

                        
$ vi ./conf/local.conf
BB_NO_NETWORK ?= '0' 
MACHINE ?= " bcm-2xxx-rpi4"                             
                        
                    

Linuxディストリビューションをビルドする

Linuxディストリビューションのビルドには"bitbake"コマンドを利用します。bitbakeコマンドの引数には、標準のビルドを意味する"wrlinux-image-std"を指定します。また、コマンドのオプションとして"-c populate_sdk_ext"を指定します。このオプションにより、Linuxディストリビューション上で実行可能なアプリケーションを開発するためのSDKを生成することができます。bitbakeコマンドを実行すると約8000個のソースコードが次々にダウンロードされ、統合されます。完了までしばらくお待ちください。

                        
$ bitbake wrlinux-image-std -c populate_sdk_ext
                        
                    

GitHub版ではパッケージをオープンソースコミュニティから収集するため、オープンソースコミュニティのパッケージ配布状況が変わるとビルドができなくなることがあります。Wind River Linuxの有償版を利用することにより、パッケージの収集先がウインドリバー社のサーバーとなるため、ウインドリバーが十分に検証した高品質なパッケージを、常時入手できるようになります。

ビルド完了後、エラーが発生していないか、ターミナルのメッセージをご確認ください。エラーが発生している場合は、エラー内容がビルド画面に赤字で表示されます。ビルド成功後、ビルドの成果物は下記のディレクトリへ格納されます。なお、QEMUで実行するイメージファイルもこのディレクトリに含まれています。そのため、QEMUで実行する場合、生成物をデプロイする作業は不要です。

                        
$ ls tmp-glibc/deploy/images/bcm-2xxx-rpi4/ #生成されたLinuxディストリビューション
$ ls tmp-glibc/deploy/sdk/ #開発ツール一式                                                         
                        
                    

Linuxディストリビューションを実行する

ソースコードからビルドしたLinuxディストリビューションをQEMUで実行する（CUI）

それではLinuxディストリビューションに変更を加えてみましょう。ここではGUI（XFCE）を備えたLinuxディストリビューションを作成します。GUIを実現するための画面表示機能には様々なライブラリやデータ、設定項目が絡んでくるため、大変に思うかもしれませんが、実は前述したLinuxディストリビューションの作成方法とほぼ同じです。変更は以下に示すわずか2つです。

ソースコードからビルドしたLinuxディストリビューションをQEMUで実行する（GUI）

                        
$ vi. ./conf/local.conf
BB_NO_NETWORK ?= '0' 
DISTRO ?= "wrlinux-graphics"
WRTEMPLATE ?= "feature/xfce"
MACHINE ?= "bcm-2xxx-rpi4"
…
$ bitbake wrlinux-image-std-sato -c populate_sdk_ext
…
$ runqemu  bcm-2xxx-rpi4                            
                        
                    

以上が、Wind River LinuxによりソースコードからLinuxディストリビューションを作成し、実行する手順です。x86アーキテクチャでの確認やHello Worldサンプルアプリケーションの作成などWind River Linuxの各種動作手順は「Wind River Linux Platform Development Quick Start, LTS 22」に記載しておりますので、ぜひダウンロードしてください。

次回の記事では、SDKを利用してLinuxアプリケーションを開発する方法について、ご紹介します。