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Apalis iMX8 Ubuntu 系统移植及 ROS 应用

Tuesday, May 12, 2020

Toradex 的 Apalis iMX8 模块采用 NXP 最新的 iMX 8 QuadMax 、QuadPlus 处理器。默认 BSP 是基于 Yocto 工程编译,这是一个精简的产品级 Linux BSP。但是对于习惯 Ubuntu 环境的用户,特别是 ROS 用户,Yocto 的操作会显得相对复杂。本文将介绍如何为 Apalis iMX8 制作一个 Ubuntu BSP,并演示如何使用 ROS。

一个完整的 Ubuntu BSP 包括 u-boot、Linux kernel 和 Ubuntu rootfs。为了能够受益于 Toradex 的开发成果,我们将使用 Toradex 官方 Linux V3.0b4 BSP 中的u-boot、Linux kernel,rootfs 则仍然采用 ubuntu-base-18.04.4-base-arm64。编译方法来自 NXP 论坛。当然,我们会使用 Toradex 的 Yocto 编译环境

首先从上面链接下载 ubuntu-base-18.04.4-base-arm64.tar.gz,然后解压。

$ mkdir ~/ubuntu-rootfs
$ sudo tar vxf ubuntu-base-18.04.4-base-arm64.tar.gz -C ubuntu-rootfs

复制该脚本文件,创建 ch-mount.sh。

$ sudo chmod a+x ./ch-mount.sh

上面下载的是一个基础的 Ubuntu-base 文件系统,缺失了很多常用的工具,需要我们进行安装。为此在电脑上安装 qemu-user-static 软件仿真 arm64 运行环境。

$ sudo apt install qemu-user-static


挂载 Ubuntu-base 文件系统,然后可以直接在arm64 环境中操作。

$ sudo ./ch-mount.sh -m ubuntu-rootfs/


添加 DNS 服务器,例如8.8.8.8,或者其他可用的DNS 服务器 IP。

# echo nameserver 8.8.8.8 > /etc/resolv.conf


安装相关软件,当然你也可以把其他软件添加进来。

# apt install language-pack-en-base sudo ssh net-tools \
network-manager iputils-ping rsyslog \
bash-completion htop resolvconf dialog \
vim nano v4l-utils alsa-utils git gcc \
less resolvconf autoconf autopoint libtool \
bison flex gtk-doc-tools glib-2.0 \
libglib2.0-dev libpango1.0-dev libatk1.0-dev kmod pciutils -y


创建用户和设置密码,这里用户名为 ubuntu

# useradd -s '/bin/bash' -m -G adm,sudo ubuntu
# passwd ubuntu
# passwd root
# echo 'apalis-imx8' > /etc/hostname


至此基本的 Ubuntu 已经配置完毕。

# exit

$ sudo ./ch-mount.sh -u ubuntu-rootfs/

接下来需要按照上面的链接搭建 Yocto 编译环境,生成适用于 Apalis iMX8的 GPU 驱动和 weston 软件。将 build/conf/local.conf 文件中INHERIT += "rm_work" 属性注释掉,因为我们需要其中一些软件包编译后的二进制文件,用于构建 Ubuntu BSP。然后成功编译适用于 Apalis iMX8的 console-tdx-image。

# Delete the the souIMX8rce/object/binary files once a package is built to preserve disk space
# INHERIT += "rm_work"


如果你已经在之前成功编译过 console-tdx-image 但是没有删除INHERIT += "rm_work" 属性,那需要重新编译下面几个软件包

$ bitbake -c cleanall libdrm && bitbake libdrm
$  bitbake imx-gpu-viv && bitbake -c cleanall imx-gpu-viv
$  bitbake -c cleanall imx-dpu-g2d && bitbake imx-dpu-g2d
$ bitbake -c cleanall wayland && bitbake wayland
$ bitbake -c cleanall wayland-protocols && bitbake wayland-protocols
$ bitbake -c cleanall weston && bitbake weston
& bitbake -c cleanall weston-init && bitbake weston-init 
& bitbake -c cleanall libinput && bitbake libinput


删除 Ubuntu-base 中原有的 drm、egl、wayland 文件。

$ sudo rm -rf ubuntu-rootfs/usr/lib/aarch64-linux-gnu/libdrm*
$ sudo rm -rf ubuntu-rootfs/usr/lib/aarch64-linux-gnu/mesa-egl/*
$ sudo rm -rf ubuntu-rootfs/usr/lib/aarch64-linux-gnu/libglapi.so.0*
$ sudo rm -rf /usr/lib/aarch64-linux-gnu/libwayland-*


我们在 “~/V30/“ 目录下编译 Yocto 环境,同样 ubuntu-rootfs 也位于 “~/“目录中。根据你的实际情况调整路径,然后复制相关文件。

oe-user@oe-v30-build:~/V30/build/tmp/work/aarch64-mx8-tdx-linux/libdrm/2.4.91.imx-r0/image$ sudo cp -Ppra usr ~/ubuntu-rootfs/
oe-user@oe-v30-build:~/V30/build/tmp/work/aarch64-mx8-tdx-linux/imx-gpu-viv/1_6.2.4.p4.8-aarch64-r0/image$ sudo cp -Ppra ./* ~/ubuntu-rootfs /
oe-user@oe-v30-build:~/V30/build/tmp/work/aarch64-mx8-tdx-linux/imx-dpu-g2d/1.7.6-r0/image$  sudo cp -Ppra ./* ~/ubuntu-rootfs /
oe-user@oe-v30-build:~/V30/build/tmp/work/aarch64-tdx-linux/wayland/1.16.0-r0/image$ sudo cp -Ppra ./* ~/ubuntu-rootfs /
oe-user@oe-v30-build:~/V30/build/tmp/work/aarch64-mx8-tdx-linux/wayland-protocols/1.16.imx-r0/image$ sudo cp -Ppra ./* ~/ ubuntu-rootfs /
oe-user@oe-v30-build:~/V30/build/tmp/work/aarch64-mx8-tdx-linux/weston/5.0.0.imx-r0/image$ sudo cp -Ppra ./* ~/ubuntu-rootfs /
oe-user@oe-v30-build:~/V30/build/tmp/work/aarch64-tdx-linux/libinput/1.11.3-r0/image$ sudo cp -Ppra ./* ~/ubuntu-rootfs /
oe-user@oe-v30-build:~/V30/build/tmp/work/aarch64-tdx-linux/libxkbcommon/0.8.2-r0/images$ sudo cp -Ppra ./* ~/ubuntu-rootfs /
oe-user@oe-v30-build:~/V30/build/tmp/work/aarch64-tdx-linux/mtdev/1.1.5-r0/image$ sudo cp -Ppra ./* ~/ubuntu-rootfs /
oe-user@oe-v30-build:~/V30/build/tmp/work/aarch64-tdx-linux/libevdev/1.5.9-r0/image$ sudo cp -Ppra ./* ~/ubuntu-rootfs /


如果需要 Gstreamer 也可以添加进来

$ bitbake -c cleanall gstreamer1.0-plugins-base && bitbake gstreamer1.0-plugins-base
$ bitbake -c cleanall gstreamer1.0-plugins-good && bitbake gstreamer1.0-plugins-good
$ bitbake -c cleanall gstreamer1.0-plugins-bad && bitbake gstreamer1.0-plugins-bad
$ bitbake -c cleanall imx-gst1.0-plugin && bitbake imx-gst1.0-plugin

oe-user@oe-v30-build:~/V30/build/tmp/work/aarch64-tdx-linux/gstreamer1.0/1.14.imx-r0/image$ sudo cp -Ppra ./* ~/ ubuntu-rootfs /
oe-user@oe-v30-build:~/V30/build/tmp/work/aarch64-mx8-tdx-linux/gstreamer1.0-plugins-base/1.14.imx-r0/image$ sudo cp -Ppra ./* ~/ ubuntu-rootfs /
oe-user@oe-v30-build:~/V30/build/tmp/work/aarch64-mx8-tdx-linux/gstreamer1.0-plugins-good/1.14.imx-r0/image$ sudo cp -Ppra ./* ~/ ubuntu-rootfs /
oe-user@oe-v30-build:~/V30/build/tmp/work/aarch64-mx8-tdx-linux/gstreamer1.0-plugins-bad/1.14.imx-r0/image$ sudo cp -Ppra ./* ~/ ubuntu-rootfs /
oe-user@oe-v30-build:~/V30/build/tmp/work/aarch64-mx8-tdx-linux/imx-gst1.0-plugin/4.5.2-r0/image$ sudo cp -Ppra ./* ~/ ubuntu-rootfs /


下载 Toradex Linux V3.0b4 BSP后解压。

$ cd ~/
$ wget https://docs.toradex.cn/107503-apalis-imx8_console-image-tezi.tar
$ tar vxf 107503-apalis-imx8_console-image-tezi.tar
$ cd Apalis-iMX8_Console-Image-Tezi_3.0b4.254/
$ sudo tar vxf Console-Image-apalis-imx8.tar.xz -C ~/console-rootfs


复制相关文件

oe-user@oe-v30-build:~ $ cd ~/
oe-user@oe-v30-build:~ $ sudo cp -Ppra console-rootfs/lib/firmware/vpu ubuntu-rootfs/lib/firmware/
oe-user@oe-v30-build:~ $ sudo cp -Ppra console-rootfs/lib/firmware/mrvl ubuntu-rootfs/lib/firmware/
oe-user@oe-v30-build:~ $ sudo cp -Ppra console-rootfs/lib/modules ubuntu-rootfs/lib/
oe-user@oe-v30-build:~ $ sudo cp -Ppra console-rootfs/etc/systemd/system/getty.target.wants/serial-getty@ttyS0.service \
ubuntu-rootfs/etc/systemd/system/getty.target.wants/

oe-user@oe-v30-build:~ $ sudo cp -Ppra console-rootfs/etc/fstab ubuntu-rootfs/etc/
oe-user@oe-v30-build:~ $ sudo cp -Ppra console-rootfs/usr/share/X11/xkb ubuntu-rootfs/usr/share/X11/
oe-user@oe-v30-build:~ $ sudo rm ubuntu-rootfs/usr/lib/aarch64-linux-gnu/libjpeg.so*
oe-user@oe-v30-build:~ $ sudo cp -Ppra console-rootfs/usr/lib/libjpeg.so* ubuntu-rootfs/usr/lib/aarch64-linux-gnu/
oe-user@oe-v30-build:~ $ sudo rm ubuntu-rootfs/usr/lib/aarch64-linux-gnu/libcairo.so*
oe-user@oe-v30-build:~ $ sudo cp -Ppra console-rootfs/usr/lib/libcairo.so.2* ubuntu-rootfs/usr/lib/aarch64-linux-gnu/


到此,集成显示功能的基本 Ubuntu rootfs 已经构建完毕。如你看到的,我们采用了 weston 和 wayland 显示框架,而不是传统的 Xorg。所以这里的 Ubuntu 也并不是我们在电脑上看到的 Gnome 桌面环境。

最后我们将 ubuntu-rootfs 重新打包成支持 Toradex Easy Installer 烧写的格式。

oe-user@oe-v30-build:~ $ cd ~/
oe-user@oe-v30-build:~ $ sudo tar cJfv ubuntu_18.04.4_rootfs.tar.xz -C ubuntu-rootfs .
oe-user@oe-v30-build:~ $ mv ubuntu_18.04.4_rootfs.tar.xz Apalis-iMX8_Console-Image-Tezi_3.0b4.254/
oe-user@oe-v30-build:~ $ mv Apalis-iMX8_Console-Image-Tezi_3.0b4.254 Apalis_iMX8_3.0b4.254_ubuntu18.04
oe-user@oe-v30-build:~ $ cd Apalis_iMX8_3.0b4.254_ubuntu18.04
oe-user@oe-v30-build:~ $ rm Console-Image-apalis-imx8.tar.xz


修改image.json 文件

{
  "config_format": 2,
  "autoinstall": false,
  "name": "Ubuntu 18.04 based on Toradex Linux 3.0b4.254",
  "description": "Ubuntu 18.04 Weston",
  "version": "Ubuntu_18.04_3.0b4.254",
"release_date": "2020-04-21",
……
              {
                  "partition_size_nominal": 512,
                  "want_maximised": true,
                  "content": {
                      "label": "RFS",
                      "filesystem_type": "ext4",
                      "mkfs_options": "-E nodiscard",
                      "filename": "ubuntu_18.04.4_rootfs.tar.xz",
                      "uncompressed_size": 1232.53125
                  }
  }

现在你可以将 Apalis_iMX8_3.0b4.254_ubuntu18.04 复制到 SD 或者 U 盘通过 Toradex Easy Installer 安装。如果你想直接在 Apalis iMX8模块上测试 Ubuntu 也可以从下面链接下载我们已经制作好的安装文件。

ftp://ftp.toradex.cn/Temp/ubuntu_imx8q/Apalis_iMX8_3.0b4.254_ubuntu18.04.tar

安装完毕后在调试串口使用 ubuntu 用户登录,密码为之前您所设置的。我们提供的 Ubuntu 测试 BSP 里,密码为ubuntu.

开启以太网并设置DNS 服务器IP。

ubuntu@apalis-imx8:~$ sudo ifconfig eth0 up
ubuntu@apalis-imx8:~$ sudo dhclient eth0
ubuntu@apalis-imx8:~$ sudo vi /etc/resolv.conf


启动 weston 。

ubuntu@apalis-imx8:~$ export XDG_RUNTIME_DIR=/run/user/1000
ubuntu@apalis-imx8:~$ sudo -E weston --tty=1 &
ubuntu@apalis-imx8:~$ weston-flower



ROS 测试

在 Ubuntu 系统里你可以十分方便地安装 ROS 程序,具体可以参考下面说明。

http://wiki.ros.org/melodic/Installation/Ubuntu
http://wiki.ros.org/ROS/Tutorials

ubuntu@apalis-imx8:~$ sudo apt install lsb-core
ubuntu@apalis-imx8:~$ sudo sh -c 'echo "deb http://packages.ros.org/ros/ubuntu $(lsb_release -sc) main" > /etc/apt/sources.list.d/ros-latest.list'
ubuntu@apalis-imx8:~$ sudo apt-key adv --keyserver 'hkp://keyserver.ubuntu.com:80' --recv-key C1CF6E31E6BADE8868B172B4F42ED6FBAB17C654
ubuntu@apalis-imx8:~$ sudo apt update
ubuntu@apalis-imx8:~$ sudo apt install ros-melodic-desktop


在三个 SSH 终端分别运行下面命令,模拟ROS 节点之间相互通信。

ubuntu@apalis-imx8:~$ source /opt/ros/melodic/setup.sh
ubuntu@apalis-imx8:~$ roscore

ubuntu@apalis-imx8:~$ source /opt/ros/melodic/setup.sh
ubuntu@apalis-imx8:~$ rosrun roscpp_tutorials talker

ubuntu@apalis-imx8:~$ source /opt/ros/melodic/setup.sh
ubuntu@apalis-imx8:~$ rosrun roscpp_tutorials listener


总结

Ubuntu 系统由于其丰富的软件源,用户可以很便捷地安装所需软件,加速测试、开发流程。为此本文结合 NXP 资料介绍在 Apalis iMX8 上移植 Ubuntu 的方法以及 ROS 的简单应用。由于驱动限制,iMX8 并不支持 Xorg,因此 ROS 默认的图形界面工具将无法直接使用,如rqt 等。另外需要说明的是 Apalis iMX8 Ubuntu 系统并不是 Toradex 官方支持的系统,本文仅用于技术讨论,使用期间如遇到问题,需用户自行解决。

以上所有的信息仅供您的参考,其中并不包含任何承诺。Toradex 会不定期发布软件更新,以上信息不保证能够适用于最新的软件。关于文中任何的错误、遗漏或者链接内容,我们对此不承担责任。
Author: 胡珊逢,FAE,韬睿(上海)
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