《DFZU2EG_4EV MPSoC开发板之嵌入式Linux 驱动开发指南》 第十章 Petalinux构建Qt和OpenCV交叉编译开发环境（上）

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第十章 Petalinux构建Qt和OpenCV交叉编译开发环境

1）实验平台：正点原子 DFZU2EG_4EV MPSoC开发板

2) 章节摘自【正点原子】DFZU2EG_4EV MPSoC开发板之嵌入式Linux 驱动开发指南 V1.0

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如果读者用过2019.1之前的Petalinux，会知道在设置Petalinux工作环境变量后可以直接使用arm或aarch64的linux交叉编译工具链，然而此后的Petalinux版本包括我们当前使用的Petalinux在设置环境变量后只能得到裸机的交叉编译工具链，而无法获得linux交叉编译工具链，所以本章以构建Qt和OpenCV交叉编译开发环境为例讲解如何获得linux交叉编译工具链。

10.1 简介
10.1.1 Petalinux的交叉编译工具链

交叉编译是编译技术发展过程中的一个重要分支。通俗的说，交叉编译就是在一个平台上生成另一个平台上的可执行代码。这里提到的平台有两方面的含义：处理器的体系结构和所运行的操作系统。

通常，程序是在一台计算机上编译，然后再分布到将要使用的其它计算机上。当主机系统（运行编译器的系统）和目标系统（产生的程序将在其上运行的系统）不兼容时，该过程就叫做交叉编译。嵌入式系统应用的日益广泛和需求推动了交叉编译技术的发展。嵌入式系统开发，一般都是基于X86的PC平台进行，如果开发非X86的嵌入式系统，由于嵌入式系统资源的匮乏，交叉编译几乎是唯一手段。嵌入式系统中的应用程序都是通过交叉编译得到的。

我们使用Petalinux工具编译，显示Petalinux工具是带有交叉编译工具链的。设置Petalinux的工作环境后，输入“aa”，然后按TAB键，会显示当前环境中，以“aa”开头的工具和命令，包括交叉编译的工具和命令，如下图所示：                    

图 10.1.1以“aa”开头的工具和命令

其中以aarch64开头的是aarch64的交叉编译工具链，显示的aarch64交叉编译工具链只有none，也就是裸机下的交叉编译工具链，不能编译linux，那么用于linux的交叉编译工具链是啥样的呢，如下图所示：

图 10.1.2 用于linux的交叉编译工具链

是以aarch64-xilinx-linux开头的。如果我们想编译linux内核或linux应用就可以用其中的aarch64-xilinx-linux-gcc进行编译。既然设置Petalinux工作环境没有，那么Petalinux是怎么构建linux系统的呢？其实Petalinux在构建linux系统过程中会编译生成linux交叉编译工具链，然后使用其构建linux系统，可以在Petalinux工程下使用“find . -name"aarch64-xilinx-linux-gcc"”命令找到相应的痕迹。不过这种构建过程中编译生成的linux交叉编译工具链是不方便使用的，而且其功能完整性还不能得到保证，毕竟我们不知道Petalinux在构建完成后会怎么处理这些中间件。那么怎么才能获得实用的linux编译工具链呢？这就是本章的重点了。因为有了linux交叉编译工具链就可以摆脱对Petalinux的依赖，直接使用linux交叉编译工具链进行编译，方便快捷。

由于获取linux编译工具链需要用Petalinux构建SDK，然后安装SDK，为了避免后面开发Qt和OpenCV时重新构建安装SDK，所以本章我们就将Qt和OpenCV也打包进SDK。所谓的SDK，也就是软件开发工具集，与Petalinux构建的根文件系统息息相关，里面不仅包含有Petalinux构建的根文件系统，各种库和头文件，还包含linux交叉编译工具链，用来编译linux内核及linux应用以使其能在ZYNQ MPSoc的PS上运行。

10.1.2 Qt简介

Qt是一个跨平台的C++图形用户界面应用程序开发框架。它既可以开发GUI图形用户界面程序，也可用于开发非GUI程序，比如控制台工具和服务器。Qt是面向对象的框架，使用特殊的代码生成扩展（称为元对象编译器 (MetaObject Compiler, moc)）以及一些宏，Qt很容易扩展，并且允许真正地组件编程。

Qt是一个完整的开发框架，其目的旨在简化桌面、嵌入式和移动平台的应用程序和用户界面的创建。Qt除了可以绘制漂亮的界面（包括控件、布局、交互），还包含很多其它功能，比如多线程、访问数据库、图像处理、音频视频处理、网络通信、文件操作等。

大部分应用程序都可以使用Qt实现，除了与计算机底层结合特别紧密的，例如驱动开发，它直接使用硬件提供的编程接口，而不能使用操作系统自带的函数库。

由于Qt良好的跨平台特性，基本上不做修改就可以在Linux上实现同样的界面。Linux操作系统是嵌入式的主力军，广泛应用于消费类电子、工业控制、军工电子、电信‍/‍网络‍/‍通讯、航空航天、汽车电子、医疗设备、仪器仪表等相关行业。

除了Qt的跨平台特性和功能丰富外，笔者选择Qt的另一个原因是开源。Qt有商业版和开源版（使用GPL和LGPL开源协议），开源版Qt足以满足一般需求。关于Qt不同许可证模式和开发平台下的不同特性，可访问该网页：https://www.qt.io/cn/product/features。进入该网页后，点击左侧的选择菜单，选择对应的许可证模式和开发平台后，右侧会显示支持的特性，不支持的特性会变灰。

图 10.1.3 Qt版本特性

开发Qt需要搭建Qt开发环境。Qt有自己的集成开发环境——Qt Creator。Qt Creator是一个跨平台的、完整的Qt集成开发环境(IDE),其中包括了高级C++代码编辑器、项目和生成管理工具、集成的上下文相关的帮助系统、图形化调试器、代码管理和浏览工具等。与常见的IDE不同的是，QtCreator本身是一个空壳，不包含编译器和Qt库，所以后面还需要配置QtCreator。

由于使用Qt的人很多，市面上关于Qt的教程也很多，入门的、深入的都有，所以本章就不浪费时间讲解如何安装Qt了，读者可自行上网搜索Qt的安装，也可阅读本章扩展阅读部分的“安装Qt”。

10.1.3 OpenCV简介

OpenCV全称 Open Source Computer VisionLibrary，是一个开源的计算机视觉库，实现了图像处理和计算机视觉方面的很多通用算法，我们可以调用它提供的各种 API 接口对图像进行算法处理，例如图像模糊处理、边缘检测、滤波以及人脸识别等相关应用场景，笔者对此并不是很了解，大家有兴趣的话可以在网上百度 get 这些知识。

OpenCV基于 BSD 协议，因此它可免费用于学术和商业用途，其提供 C++、C、Python 和 Java 接口，支持 Windows、Linux、Mac OS、iOS 和 Android 等多种操作系统。

OpenCV提供了丰富的API可简化我们对图像处理相关的编程工作，同样这些API也是封装成链接库的形式，可以是动态链接库（Dynamic linklibrary）或者静态链接库（Staticlink library）；对于嵌入式Linux系统来说，我们需要通过交叉编译将OpenCV源码编译成可适用于ARM平台的链接库文件，那么如何获取适用于ARM平台的链接库文件呢？

答案是可以使用Petalinux构建，通过定制根文件系统的方式将OpenCV库添加到根文件系统中，这样就获取到了用于我们开发板的链接库文件。

10.2 定制根文件系统rootfs

前面介绍了SDK与Petalinux构建的根文件系统息息相关，这是因为SDK中包含了根文件系统，而根文件系统中又包含了我们添加的各种各样的软件库，特别是链接库，我们在电脑主机中开发编译Qt或OpenCV时就需要这些链接库。下面我们定制本章的根文件系统。

进入到第六章Petalinux设计流程实战中创建的petalinux工程目录下，然后按照6.3.2小节设置Petalinux环境变量。输入如下命令配置根文件系统：

1. petalinux-config -c rootfs

复制代码

执行结果如下图所示：

图 10.2.1 根文件系统配置界面

下面定制本章需要的根文件系统。（在第九章的基础上定制）

10.2.1 添加Qt

添加Qt需要对如下配置项进行配置：

1. PetalinuxPackage Groups  --->
   
2.        packagegroup-petalinux-qt   --->
   
3.               packagegroup-petalinux-qt（Y）
   
4.               populate_sdk_qt5（Y）

复制代码

结果如下图所示：

图 10.2.2 添加qt

“packagegroup-petalinux-qt”中包含了linux系统使用Qt需要的基本包。移动到“packagegroup-petalinux-qt”，然后用界面下方的“< Help >”查看其含义，也可以按下键盘上的H键，结果如下图所示：

图 10.2.3包含的Qt包

可以看到“packagegroup-petalinux-qt”中包含了Qt的基本包有哪些。“populate_sdk_qt5”表示包含Qt5主机工具链，同样可以用< Help >查看其含义。

其中的dev和dbg应该对应着开发和调试，由于没有具体说明，此处就不配置了。

对于Qt，还有一个Qt扩展“qt-extended”的包组，名为packagegroup-petalinux-qt-extended，此处笔者没有添加该包组，有需要的读者可自行添加。

10.2.2 添加OpenCV

添加OpenCV需要对如下配置项进行配置：

1. PetalinuxPackage Groups  --->
   
2. packagegroup-petalinux-opencv   --->
   
3.       packagegroup-petalinux-opencv（Y）

复制代码

结果如下图所示：

图 10.2.4 添加OpenCV

packagegroup-petalinux-opencv包含着linux系统使用opencv需要用到的基本库，可以用< Help >查看，结果如下图所示：

图 10.2.5 packagegroup-petalinux-opencv中的包

10.2.3 添加Python

当今社会，随着深度学习及AI的兴起，使用Python的人越来越多，在根文件系统中必然不可缺少对Python的支持，添加Python需要对如下配置项进行配置：

1. PetalinuxPackage Groups  --->
   
2. packagegroup-petalinux-python-modules   --->
   
3.       packagegroup-petalinux-python-modules（Y）

复制代码

结果如下图所示：

图 10.2.6添加Python

用< Help >可以看到packagegroup-petalinux-python-modules包含如下Python工具包：

图 10.2.7包含的Python工具包

10.2.4 添加视频工具库v4lutils（可选）

如果想使用开发板对视频进行采集开发等，可以添加视频工具库v4lutils。添加视频工具库v4lutils需要进行如下配置：

1. PetalinuxPackage Groups  --->
   
2. packagegroup-petalinux-v4lutils   --->
   
3.       packagegroup-petalinux-v4lutils（Y）

复制代码

结果如下图所示：

图10.2.8 添加多媒体库

用< Help >可以看到packagegroup-petalinux-multimedia包含如下包：

图10.2.9包含的多媒体库

笔者未使用过，就不介绍了。

10.2.5 添加音频库audio（可选）

要想添加对音频的操作，可以添加音频库audio。添加音频库需要进行如下配置：

1. PetalinuxPackage Groups  --->
   
2. packagegroup-petalinux-audio   --->
   
3.       packagegroup-petalinux-audio（Y）

复制代码

结果如下图所示：

图10.2.10 添加多媒体库

用< Help >可以看到packagegroup-petalinux-audio包含如下包：

图 10.2.11包含的音频工具库

由于添加音频库会使根文件系统变大、且不是每个人都需要的，所以是可选，此处介绍是让读者知道有这么个东西。

10.2.6 添加gcc编译工具链（可选）

要想在开发板上直接编译C/C++源码，可以添加gcc编译工具链，也就是packagegroup-petalinux-self-hosted，self-hosted直译就是自主机的，也就是把开发板当作主机来开发使用。添加packagegroup-petalinux-self-hosted需要进行如下配置：

1. PetalinuxPackage Groups  --->
   
2. packagegroup-petalinux-self-hosted   --->
   
3.       packagegroup-petalinux-self-hosted（Y）

复制代码

结果如下图所示：

图 10.2.12 添加编译工具链

用< Help >可以看到packagegroup-petalinux-self-hosted包含如下包：

图 10.2.13 包含的包

packagegroup-self-hosted中包含着gcc编译工具链；对于whetstone，笔者查到的信息好像是一种性能测试工具；vim，相信不需要笔者进行介绍了，linux中一种流行的文本编辑器。

注意该包是可选的，添加会增大根文件系统的大小，需要的话可以添加。

10.2.7 添加utils工具（可选）

要想丰富根文件系统的一些常用工具，如查看cpu频率等，可以添加utils工具包，需要进行的配置如下：

1. PetalinuxPackage Groups  --->
   
2. packagegroup-petalinux-utils   --->
   
3.       packagegroup-petalinux-utils（Y）

复制代码

结果如下图所示：

图10.2.14 添加多媒体库

用< Help >可以看到packagegroup-petalinux-utils包含如下包：

图 10.2.15包含的utils工具

10.2.8 添加网络工具（可选）

要想丰富根文件系统的网络相关方面的功能，如访问mdio寄存器等，可以添加网络栈包networking-stack，需要进行的配置如下：

1. PetalinuxPackage Groups  --->
   
2. packagegroup-petalinux-networking-stack   --->
   
3.       packagegroup-petalinux-networking-stack（Y）

复制代码

结果如下图所示：

图10.2.16 添加多媒体库

用< Help >可以看到packagegroup-petalinux-networking-stack包含如下包：

图 10.2.17包含的网络工具

10.2.9 添加GPU库（可选）

配置rootfs来构建用于在GPU上运行图形应用程序的mali.ko。

1. FilesystemPackages --->
   
2. libs --->
   
3. libmali-xlnx   --->
   
4. libmali-xlnx

复制代码

结果如下图所示：

图 10.2.18 添加GPU库

“mali-backend-defaults (x11)”表示mali的后端是x11，也可以选择其他的后端，可选的后端如下：

图 10.2.19 默认后端选择

配置完成后，保存配置并退出。

10.3 编译根文件系统并构建SDK

使用如下命令编译刚才定制的根文件系统：

1. petalinux-build -c rootfs

复制代码

结果如下图所示：

图 10.3.1 编译根文件系统

Petalinux工程编译生成的根文件系统在images/linux/目录下。

构建SDK的命令如下：

1. petalinux-build --sdk

复制代码

该命令可构建SDK并将其部署在当前Petalinux工程的images/linux/sdk.sh中。

注：笔者不推荐读者自己构建SDK，一是因为由于Petalinux本身bug的原因会出现一些ERROR，有些ERROR不好解决，二是构建SDK太耗硬盘空间。推荐使用我们提供的已经构建好的SDK文件，路径为资料盘A盘：4_SourceCode\3_Embedded_Linux\资源文件\sdk.sh。

构建时可能会出现如下图所示的错误：

图 10.3.2 出现的错误

错误的原因是缺失了包unfs3，而且由于BB_NO_NETWORK的原因不能联网下载。如果访问错误中的网页http://petalinux.xilinx.com/sswreleases/rel-v2020/downloads/git2_github.com.unfs3.unfs3.git.tar.gz会发现也是不能下载，这可能是Xilinux在打包“下载”时可能出现的缺漏。

解决的方法也很简单，配置Petalinux工程，让其可以联网下载，命令如下：

1. petalinux-config

复制代码

进入到Yocto Settings界面，取消使能BB_NO_NETWORK，如下图所示：

图10.3.3取消使能BB_NO_NETWORK

保存配置并退出。

现在继续构建SDK，结果如下图所示：

图 10.3.4 构建SDK

可以看到是将之前的ERROR变成了WARNING，并未从根本上解决问题。从编译根文件系统没问题而构建SDK有问题来看，可能是Petalinux的一个bug。定制根文件系统时添加的包越多，就越会出现一些奇怪的错误，因而推荐读者在构建SDK之前尽可能少的添加包到根文件系统中，以避免产生无法解决或很难解决的错误，在构建SDK完成后，再定制根文件系统将之前未添加的包或工具添加到根文件系统中。

注：笔者最终发现缺失的unfs3包可访问该网站进行下载：http://downloads.yoctoproject.org/mirror/sources/git2_github.com.unfs3.unfs3.git.tar.gz，将下载下来的包放到错误!未找到引用源。下，然后重新构建，问题即可解决。如果读者在构建SDK时出现其他的ERROR，请使用我们提供的已经构建好的SDK文件，路径为资料盘A盘：4_SourceCode\3_Embedded_Linux\资源文件\sdk.sh。

成功构建的SDK文件在工程的images/linux目录下，名为sdk.sh，如下图所示：

图 10.3.5构建的SDK文件

可以看到构建的SDK文件是一个脚本文件，需要执行才能使用，也就是安装sdk。命令如下：

1. cd images/linux/
   
2. ./sdk.sh

复制代码

首先进入到当前Petalinux工程的images/linux目录下，然后执行sdk.sh进行安装，结果如下图所示：

图 10.3.6 安装sdk

如果使用的是网盘提供的sdk.sh文件，需要先将其拷贝到Ubuntu系统中，然后执行sdk.sh进行安装。

默认是安装在/opt/petalinux/2019.2目录下，如果想安装在其他目录下，可以输入相应的路径，此处笔者保持默认，按回车键继续，结果如下图所示：

图 10.3.7 安装sdk成功

再次确认是否将SDK安装在/opt/petalinux/2019.2目录下，默认为“Y”，也就是“是”，按回车键继续往下执行安装。等待安装完成，安装完成后提示在一个新终端中使用SDK前需要先执行“./opt/petalinux/2019.2/environment-setup-aarch64-xilinx-linux”以设置相应的环境变量，其中的“.”和source具有相同含义。

10.4 SDK中的Qt和OpenCV库

安装完成之后，我们进入到安装目录/opt/petalinux/2019.2下，该目录下有一些文件和文件夹，如下所示：

图 10.4.1 SDK安装目录下的文件

该目录下有一个环境变量配置文件environment-setup-aarch64-xilinx-linux，每次使用之前都需要使用source来运行这个配置文件，例如：

1. source environment-setup-aarch64-xilinx-linux

复制代码

当SDK环境变量配置完成之后，我们可以在终端输入aarch，然后连按三次TAB键查看交叉编译相关的命令，如果配置成功则会显示如下信息，表示环境变量已经配置成功了：

图10.4.2 查看交叉编译工具集

此时，我们就得到了linux交叉编译工具链，可以摆脱Petalinux，直接使用linux交叉编译工具链编译uboot、linux内核和linux应用。

文件夹sysroots/aarch64-xilinx-linux下存放的是我们本章构建的根文件系统，如下图所示：

图 10.4.3 根文件系统

该根文件系统可直接用于我们的开发板。

在sysroots/aarch64-xilinx-linux/usr/lib目录下有很多的库文件，其中就包含了Qt相关的链接库以及OpenCV相关的链接库文件，如下所示：

图 10.4.4 Qt 链接库文件

图 10.4.5 OpenCV 链接库文件