Palestra apresentada durante a Semana Acadêmica do Centro de Tecnologia de Alegrete - SACTA 2010 - da Universidade Federal do Pampa - UNIPAMPA, em Alegrete - RS. Resumo: Esta palestra tem como tema o desenvolvimento de Linux para sistemas embarcados. Primeiramente, será apresentada uma visão geral da área. Na sequência, serão abordados os problemas típicos envolvendo o porte do Linux para novas plataformas, a preparação de toolchains para cross-compilação, bootloaders, escolha de sistemas de arquivos, preparação do kernel para trabalhar com os barramentos e dispositivos típicos em sistemas embarcados, depuração do hardware embarcado, entre outros. A palestra terá também uma seção de demonstração utilizando uma placa baseada em PowerPC.

1. Linux
em
Sistemas
Embarcados
Marcelo
Veiga
Neves
marcelo.veiga@gmail.com
SACTA
2010
Alegrete,
25
de
junho
de
2010

2. Roteiro
• Introdução
• Projeto
de
Linux
Embarcado
• Demonstração
• Referências
1

3. Roteiro
• Introdução
– Sistemas
Embarcados
– Linux
Embarcado
– Exemplos
de
Sistemas
Embarcados
com
Linux
– Inicialização
do
Linux
em
Sistemas
Embarcados
• Projeto
de
Linux
Embarcado
• Demonstração
• Referências
2

4. Introdução
• ObjePvos:
– Conhecer
a
área
de
Linux
para
Sistemas
Embarcados
– Compreender
o
funcionamento
de
um
Sistema
de
Linux
Embarcado
– Quais
os
componentes
de
soTware
precisam
ser
preparados
para
criar
um
Linux
Embarcado
completo
• Pré-­‐requisitos:
– Compreensão
do
papel
e
funcionamento
do
Kernel
do
Linux
– Familiaridade
com
ambiente
de
desenvolvimento
Linux
3

5. Sistemas
Embarcados
• Definição
de
Sistema
Embarcado:
“Um
sistema
embarcado
é
um
computador
que
é
completamente
encapsulado
ou
dedicado
ao
disposiPvo
ou
sistema
que
ele
controla.”
(Wikipedia)
• Requisitos/CaracterísPcas
de
Sistemas
Embarcados
– Recursos
reduzidos
(CPU,
memória,
energia,
etc.)
– Armazenamento
de
estado
sólido
(flash)
– Operação
“Head
less”
(sem
display)
– Etc.
4

6. 5

7. Oportunidades
em
Linux
Embarcado
• Oportunidade
para:
– Nerds
que
gostam
de
Linux
e
SoTware
Livre
– Quem
quer
desenvolver
em
nível
de
Kernel
• Porte
do
Linux
para
novas
plataformas
• Criação
e
adaptação
de
drivers
de
disposiPvos
• Implementação
de
protocolos
de
rede
– Quem
prefere
programar
em
C
em
ambiente
Linux
(também
tem
lugar
para
quem
gosta
de
Java,
C++,
Python,
etc.)
• Mercado
está
aquecido
e
não
existe
profissionais
• Oportunidades
também
para
empreendedores
6

8. Linux
Embarcado
• Todo
o
soTware
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
7

9. Inicialização
do
Linux
8

10. O
que
precisa
ser
preparado?
9

11. O
que
precisa
ser
preparado?
10

12. O
que
precisa
ser
preparado?
11

13. O
que
precisa
ser
preparado?
12

14. O
que
precisa
ser
preparado?
13

15. O
que
precisa
ser
preparado?
14

16. Roteiro
• Introdução
• Projeto
de
Linux
Embarcado
– Toolchain
– Bootloader
– Kernel
– Root
Filesystem
• Demonstração
• Considerações
Finais
15

17. Toolchain
• Conjunto
de
ferramentas
necessárias
para
compilar
(ou
cross-­‐
compilar)
um
sistema
Linux
• Componentes:
– BinuPls
(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
– UPlizar
uma
ferramenta
de
geração
(crosstool-­‐ng,
buildroot,
PTXdist,
OpenEmbedded,
etc.)
16

18. Roteiro
• Introdução
• Projeto
de
Linux
Embarcado
– Toolchain
– Bootloader
– Kernel
– Root
Filesystem
• Demonstração
• Referências
17

19. Bootloader
• Primeiro
soTware
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
diagnósPco
18

20. Bootloaders
Fonte:
hzp://www.elinux.org/Bootloader,
13/11/09
19

21. Bootloaders
Fonte:
hzp://www.elinux.org/Bootloader,
13/11/09
20

22. Roteiro
• Introdução
• Projeto
de
Linux
Embarcado
– Toolchain
– Bootloader
– Kernel
– Root
Filesystem
• Demonstração
• Referências
21

23. Kernel
do
Linux
22

24. Exemplo:
Linux
para
PowerPC
• Porte
para
uma
nova
plataforma
• PowerPC:
– Device
Tree
Blob
(DTB)
• Arquivo
que
descreve
o
hardware
• Também
uPlizado
pelo
bootloader
• Outras
arquiteturas:
– Modificar
o
código
fonte
– Ex:
ARM
• Modificar/criar
arch/arm/mach-­‐[plataforma]/
23

25. Roteiro
• Introdução
• Projeto
de
Linux
Embarcado
– Toolchain
– Bootloader
– Kernel
– Root
Filesystem
• Demonstração
• Referências
24

26. Root
Filesystem
• Árvore
de
diretórios
contendo
bibliotecas,
scripts,
aplicações,
etc.
• Opções
para
geração
de
roofs:
– Manual
(compilando
e
instalando
cada
pacote)
– UPlizando
um
sistema
de
build
• Tipos
de
sistemas
de
arquivos:
– Ext2/3
– Em
flash:
• SquashFS
(read-­‐only,
rápido)
• JFFS2
(mais
uPlizado
atualmente)
• UBIFS
(sucessor
do
JFFS2,
rápido)
– cramfs,initramfs,
etc.
25

27. Root
Filesystem
Ferramentas
para
geração
Fonte:
Embedded
building
tools
BOF,
Thomas
Petazzoni
(ELC
2009)
26

28. Root
Filesystem
Ferramentas
para
geração
Fonte:
Embedded
building
tools
BOF,
Thomas
Petazzoni
(ELC
2009)
27

29. Roteiro
• Introdução
• Projeto
de
Linux
Embarcado
• Demonstração
• Referências
28

30. Demonstração
na
Placa
• Roteador
3G
da
Digitel
–
NRX
5100
• Processador
PowerPC
de
333
MHz
• 64
MB
de
memória
RAM
e
32
MB
de
Flash
• Demonstração:
• Boot
do
Linux
Embarcado
via
rede
(protocolo
TFTP)
• Configuração
da
rede
e
dos
parâmetros
de
boot
do
Kernel:
• Acesso
ao
equipamento,
servidor
Web,
sistemas
de
arquivos,
etc.
29

31. Referências
• Embedded
Linux
Conference
– hzp://www.embeddedlinuxconference.com/
– Apresentações
(ELC
2009):
• It's
Alive!
-­‐
Linux
on
Embedded
PowerPC
porPng
guide,
Grant
Likely
• Update
on
filesystems
for
flash
storage,
Michael
Opdenacker
• Embedded
Linux
and
Mainline
Kernel,
David
Woodhouse
30

32. Referências
• Livros:
– Building
Embedded
Linux
Systems,
Karim
Yaghmour
– Embedded
Linux
Primer:
A
PracPcal
Real-­‐World
Approach,
Christopher
Hallinan
31

33. Referências
• Embedded
Linux
Wiki
– hzp://www.elinux.org
• Free
Electrons
– hzp://free-­‐electrons.com/docs/
32

34. Linux
em
Sistemas
Embarcados
Marcelo
Veiga
Neves
marcelo.veiga@gmail.com
SACTA
2010
Alegrete,
25
de
junho
de
2010