0. 背景

0.1 PetaLinux 是什么

PetaLinux 是 Xilinx 推出的用于在其自家 SoC 上構(gòu)建嵌入式 Linux 的一套工具集，集成了編譯、調(diào)試、仿真等眾多工具。

0.2 原有的搭建 PetaLinux 開發(fā)環(huán)境的方式有什么問題

實(shí)驗(yàn)室的項(xiàng)目基于 Xilinx 的 Zynq 系列 SoC 開發(fā)，需要使用 PetaLinux 構(gòu)建嵌入式 Linux 系統(tǒng)，第一步就是搭建開發(fā)環(huán)境。團(tuán)隊(duì)成員平時的主力系統(tǒng)是 Windows，使用虛擬機(jī)的方式搭建 Linux 開發(fā)環(huán)境。搭建開發(fā)環(huán)境出現(xiàn)困難，或?yàn)楣?jié)省時間的目的時會從其他成員那里復(fù)制搭建好環(huán)境的虛擬機(jī)。這些方式已產(chǎn)生或可能產(chǎn)生的問題可以總結(jié)如下：

1. 安裝開發(fā)環(huán)境的依賴稍顯復(fù)雜，且根據(jù)操作系統(tǒng)不同而異，新手不易搞定。安裝過程沒有被很好的文檔化，團(tuán)隊(duì)成員重復(fù)勞動明顯。

2. 統(tǒng)一操作系統(tǒng)版本困難。開發(fā)人員（現(xiàn)有成員、未來加入成員、項(xiàng)目其他團(tuán)隊(duì)的成員）可能使用著不同的 Linux 發(fā)行版和版本，因?yàn)樗麄兛赡苡胁煌南埠茫姹旧舷矚g嘗鮮或守舊，在既有系統(tǒng)上已經(jīng)有順手的開發(fā)工具和設(shè)置等等。而當(dāng)大家希望統(tǒng)一開發(fā)環(huán)境或自行搭建失敗時，往往選擇復(fù)制整個虛擬機(jī)鏡像。

3. 使用復(fù)制整個虛擬機(jī)的方式傳遞開發(fā)環(huán)境不夠靈活。表現(xiàn)為：

使用了一段時間后的虛擬機(jī)大小可能動輒四五十個 GB，拷貝時間長，難以通過網(wǎng)絡(luò)共享。

為保留可回退的環(huán)境，可能為虛擬機(jī)添加快照，但這會進(jìn)一步顯著增加虛擬機(jī)的體積。

傳遞虛擬機(jī)不僅傳遞了需要的開發(fā)環(huán)境，還傳遞了大量無用的軟件和個人設(shè)置，難以兼顧不同開發(fā)者之間的習(xí)慣差異。

對于不同項(xiàng)目、用途可能存在多個虛擬機(jī)，資源冗余很大。

4. 使用虛擬機(jī)性能表現(xiàn)差。主機(jī)配置不高時，使用虛擬機(jī)（可能會再虛擬機(jī)內(nèi)運(yùn)行 IDE 等其他開發(fā)工具）會經(jīng)常卡頓，降低了開發(fā)效率。

5. 使用為某一開發(fā)環(huán)境而復(fù)制來的虛擬機(jī)，遷就其環(huán)境不愿再安裝合適的開發(fā)工具（如 IDE 等）。

0.3 基于 Docker 的解決方案

Docker 作為在很多場景下虛擬機(jī)的替代方案備受矚目，其資源消耗小、為單一應(yīng)用配置環(huán)境、易于通過網(wǎng)絡(luò)共享等特點(diǎn)很好的解決了上面提到的諸多問題。通過 Docker 來構(gòu)建 PetaLinux 開發(fā)環(huán)境，我們可以獲得以下優(yōu)勢：

經(jīng)過壓縮的鏡像體積只有 1GB 左右，方便網(wǎng)絡(luò)傳輸。

很容易再團(tuán)隊(duì)中統(tǒng)一開發(fā)環(huán)境，包括操作系統(tǒng)和各種庫。Docker 鏡像的只讀特性保證了有一個可回退的一致環(huán)境。

開發(fā)環(huán)境中的依賴被 Dockerfile 清晰、明確的記錄下來，具有很好的文檔效應(yīng)，方便團(tuán)隊(duì)長期共享和維護(hù)。

Docker 可以運(yùn)行在之前的虛擬機(jī)的操作系統(tǒng)上，也可以運(yùn)行在一個“精簡”的操作系統(tǒng)上（如 Docker for Windows 的方式），還可以放到服務(wù)器上，運(yùn)行多個容器供團(tuán)隊(duì)成員使用。這使得使用 Linux 環(huán)境的方式更加多樣、靈活，且能減少虛擬機(jī)性能原因帶來的影響

現(xiàn)在理想很豐滿，但現(xiàn)實(shí)中還需要經(jīng)過一番探究和試驗(yàn)，下面就讓我們開始。

1. 構(gòu)建 Docker 鏡像

Docker 的優(yōu)勢就在于我們可以使用“代碼”來表示需要的環(huán)境，它既能描述環(huán)境，也能直接指導(dǎo)生成環(huán)境，這份“代碼”就是 Dockerfile。下面詳細(xì)的記述了這份 Dockerfile 的每一部分，過程中遇到的問題、解決辦法、注意事項(xiàng)等。關(guān)于 Dockerfile，可以參考官方的 Dockerfile reference1，以及 Best practices for writing Dockerfiles2。

1.1 設(shè)置構(gòu)建參數(shù)

Dockerfile 中允許使用 ARG 指令設(shè)置構(gòu)建時參數(shù)，這些參數(shù)在 Dockerfile 中具有默認(rèn)值，在構(gòu)建時可以通過 --build-arg 參數(shù)指定新的值來覆蓋默認(rèn)值。這些參數(shù)可以在 Dockerfile 中被引用（引用方式與在 shell 中引用變量一樣），但不會出現(xiàn)在最終的鏡像里。注意一條 ARG 指令只能指定一個參數(shù)，這一點(diǎn)和 ENV 指令是不同的。這里我設(shè)置了兩個參數(shù)如下：
ARG install_dir=/opt
ARG installer_url=172.17.0.1:8000

其中 install_dir 用來指定 PetaLinux 的安裝路徑，installer_url 用來指定 PetaLinux 安裝包的網(wǎng)絡(luò)地址。如果安裝包在互聯(lián)網(wǎng)上，則這里是一個訪問鏈接，如果安裝包在本地，則這里被指定為 Docker 的默認(rèn)網(wǎng)橋，通過它聯(lián)通本地網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器和構(gòu)建時的臨時容器。關(guān)于這一部分，我會在后面詳述。

1.2 設(shè)置環(huán)境變量

通常情況下，PetaLinux 使用一個設(shè)置腳本來添加自身的各項(xiàng)工具到環(huán)境變量中，在使用相關(guān)工具前需要通過 source /settings.sh 來執(zhí)行腳本。但現(xiàn)在我要制作一個專屬于 PetaLinux 的環(huán)境，完全可以把環(huán)境變量設(shè)置好來免去這個步驟。在 Dockerfile 中使用 ENV 指令來設(shè)置環(huán)境變量：
ENV PETALINUX_VER=2014.4 \
PETALINUX=${install_dir}/petalinux-v2014.4-final
ENV PATH="${PETALINUX}/tools/linux-i386/arm-xilinx-gnueabi/bin:\
${PETALINUX}/tools/linux-i386/arm-xilinx-linux-gnueabi/bin:\
${PETALINUX}/tools/linux-i386/microblaze-xilinx-elf/bin:\
${PETALINUX}/tools/linux-i386/microblazeel-xilinx-linux-gnu/bin:\
${PETALINUX}/tools/linux-i386/petalinux/bin:\
${PETALINUX}/tools/common/petalinux/bin:\
${PATH}"