LINUX EMBARQUÉ LES DISTRIBUTIONS...GNU vs Android 22 ans pour le noyau, 30 ans pour le système GNU (gcc, binutils, glibC, emacs, etc.) des millions de lignes de code à destination

L’expertise au service de l’embarqué

LINUX EMBARQUÉ—

LES DISTRIBUTIONSENOVA — 10 octobre 2013


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QUI SOMMES-NOUS ?EXPEMB

■ un groupe au service du matériel et du logiciel embarqué

■ Tokhatec : l’expertise COM au service de l’embarqué

■ Sysmic : l’expertise Linux au service de l’embarqué (BE)

■ Axupteam : la société de services de l’embarqué (ESN)

■ combien de divisions ?

■ 4 années d’existence

■ ~3 millions de CA (prévisionnel)

■ 17 personnes


PROLOGUETOUTE RESSEMBLANCE AVEC DES FAITS RÉELS NE SERAIT QUE

PURE COÏNCIDENCE


« Les gars, j’ai trouvé un truc super : Linux ! »


« Ça a l’air super simple et c’est gratuit,allons-y par nous-même »


« Ça a l’air un peu compliqué,mais on va trouver.... »


« Oh mon dieu, mais c’est quoi ce truc tentaculaire ?!? »


« On est où, là au juste ?... »


« OK, surtout, ne bougeons pas,jusqu’ici tout ne va pas si mal »



LINUX EMBARQUÉ :QUOI ET POURQUOI?


QU’EST-CE QUE LINUX ?

■ un noyau

■ un système d’exploitation :GNU vs Android

■ 22 ans pour le noyau, 30 ans pour le système GNU (gcc, binutils, glibC, emacs, etc.)

■ des millions de lignes de code

■ à destination du PC, puis d’autres architectures (~75)

■ un projet communautaire

■ un système libre

■ un héritage *NIX

■ tout est fichier

■ arborescence : /, /dev, /etc, ...

■ noyau séparé du système

■ « Linux is evolution, not intelligent design »,Linus Torvalds


LE LOGICIEL LIBRE■ 4 libertés :

0. la liberté d'exécuter le programme, pour tous les usages,

1. la liberté d'étudier le fonctionnement du programme et de l'adapter à ses besoins,

2. la liberté de redistribuer des copies du programme (ce qui implique la possibilité aussi bien de donner que de vendre des copies),

3. la liberté d'améliorer le programme et de distribuer ces améliorations au public, pour en faire profiter toute la communauté.

■ des droits.... et des devoirs !

■ BSD/MIT : aucun devoir particulier, possibilité de fermer le code

■ GPLv2 : redistribution du code source à l’utilisateur/client

■ GPLv3 : redistribution du code à l’utilisateur + posibilité de le recharger !!


UN ÉCOSYSTÈMECOMPLET... ET COMPLEXE


ÉCOSYSTÈME LIBRE EMBARQUÉ■ écosystème encore

complexe

■ mêle du libre et du propriétaire

■ ceux qui participent le plus ne sont pas ceux qui utilisent le plus

■ nouvelles communautés d’industriels : Linaro, Genivi, OpenECTS, Polarsys...


HISTORIQUELINUX EMBARQUÉ

■ depuis ~2000

■ éclosion réelle avec les version 2.4 (2004)

■ explosion avec la version 2.6 (2004/2005)

■ tournant en 2007

■ acteur incontournable à présent (1 projet sur 2 !)


LINUX TEMPS RÉEL

■ Définition du TR : déterminisme temporel

■ Des mondes qui se recoupent

■ TR « mou » vs « dur » : Linux TR mou par défaut

■ Solutions TR dur :

■ Linux, par modification du code : RTLinux (racheté), MontaVista (racheté), RTAI (plus ou moins mort), Concurrent Computer

■ Par paravirtualisation : Xenomai/ADEOS, Wind River Hypervisor, PikeOS (Sysgo), Integrity (GreenHills), ...

■ finalement peu utilisé en production : à quelle problématique cela répond-il vraiment ?


LIBRE EMBARQUÉ

■ bootloader : u-boot, grub, ...

■ compilateur : GCC, LLVM

■ outils divers de développement/intégration : Eclipse, GPS, SVN, Git...

■ logiciels

■ polices de caractères

■ environnements complets : GPE, Android, MeeGo, Tizen, ...

■ OS embarqués : eCos, RTMS, FreeRTOS, Pok, ...

■ au-delà de Linux :un mouvement

■ au-delà du libre :les formats ouverts■ communication : XMPP, UPnP

■ image : png/mng, svg

■ vidéo/son : ogg, WebM

■ compression : gzip, bzip2, LZMA, 7z

■ matériel libre ! (OpenHardware)

■ Certification !(OpenDO, Opees, Babylone)


coûts « matière première »

■ pas de royalties (problème majeur dans l’embarqué)

■ sources gratuites

POURQUOI LE LIBRE DANS L’EMBARQUÉ ?

■Nombreux avantages pour l'industriel :

évolutivité

■ amélioration continue

■ GPL/LGPL : amélioration « forcée »

■ qualité du code

■ interactions/documentation

■ projets simples ou complexes

■ développeurs formés sur Linux

mérites du système

■ faible empreinte mémoire par rapport aux capacités (notamment pour les drivers)

■ efficace, optimisé, fortes performances

■ très stable : uptime

■ espace utilisateur (userland) efficace

architecture interne du noyau

■ modulaire, paramétrable très finement

■ énorme support matériel

■ portabilité : ~75 architectures, 32 bits, MMU ou non

■ TCP/IP (serveurs !), bluetooth, multimédia, ... : de base

■ ordonnanceur de complexité O(1) puis O(log n), préemptible (à partir de 2.6), temps-réel « mou »

■ peut être rendu temps-réel dur

réalisation

■ beaucoup d'outils disponibles, de bibliothèques (briques élémentaires très fonctionnelles)

■ support de nombreuses technologies, natives ou sous VM, notamment Java (et HTML)

■ développement userfriendly (hôte ~ cible)


INCONVÉNIENTS DU LIBRE DANS L’EMBARQUÉ

■ manque d’interlocuteurs identifiés : problème technique (assistance) et contractuel (responsabilité)

■ manque de contrôle : dépendance à la communauté

■ contraintes juridiques (propriété intellectuelle) : comprendre les licences libres

■ problème de compétences : expertise et expérience rares

■ difficulté d’estimations en temps et en couts (& brouillage par la gratuité)

■ beaucoup d’aléas à estimer

■ de nouveaux paradigmes à maîtriser pour une industrie à forte inertie


THE COST OF ZERO COST


LIBRE N'EST PAS GRATUIT !

■ ➜ couts cachés

■ réalisation

■ formation

■ migration

■ accompagnement/expertise

■ etc.

■ au final coûte assez souvent plus cher qu’une solution propriétaire, à la conception !

■ rentabilité à moyen terme, excellente à long terme (surtout si évolutivité du produit)

■ possibilité offertes supérieures

■ le brouillage par la gratuité des sources est à l’origine de bien des déconvenues !


L’EFFET IKEA

■ recherche économie cognitive

■ il y a plus de satisfaction ressentie à monter son meuble de qualité médiocre qu’à acheter un meuble d’ébéniste !

■ préférence sentimentale et irrationnelle pour le « meuble IKEA »

■ brouille le discernement : vaut-il mieux un beau meuble qu’un meuble monté soi-même ?

■ pour Linux embarqué :

■ mon système maison est-il objectivement le meilleur système ?

■ ne devrais-je pas plutôt appeler un expert et monter en compétence, internaliser ?


TECHNIQUEMENT,QU’EST-CE QUE LINUX EMBARQUÉ ?


ORGANISATION PHYSIQUE DU SYSTÈME SUR FLASH

boot

load

er

noyau

envir

onne

men

t bo

otlo

ader

0x0

système racine

système /(read only ?)

système étendu(read write ?)


KERNEL & USER SPACE

matériel

noya

u Lin

uxes

pace

utilis

ateu

r

Application Application Application ...

BibliothèquesAppels système

pilotes caractère pilotes bloc pilotes USB pilotes réseauinterruptions IRQ IRQ

modèle de périphériques,

modulesgestion réseau gestion mémoire gestion tâches

(ordonnanceur)

systèmes de fichiers protocoles mémoire virtuelle processus


ORGANISATION LOGIQUE DU SYSTÈME GNU/LINUX

Vue d’un système Linux embarqué industriel par Pengutronix(http://www.pengutronix.de/ development/web/index_en.html).

Chapitre 7 Modélisation et mise en place du projet 149

APPLICATIONS

Home Contacts Phone Browser

ActivityManager

WindowManager

ContentProviders

ViewSystem

TelephonyManager

PackageManager

ResourceManager

LocationManager

NotificationManager

CoreLibraries

Dalvik VirtualMachine

SQLite

WebKit

libc

MediaFramework

FreeType

SSL

SurfaceManager

Open GL / ES

Flash Memory Driver

Audio Drivers

Binder (IPC) Driver

Power Management

Camera Driver

WiFi Driver

Display Driver

Keypad Driver

SGL

...

APPLICATION FRAMEWORK

ANDROID RUNTIMELIBRARIES

LINUX KERNEL

��

Glibc - POSIX

Linux Kernel

Settings Databasegconf

System Librariesglib, libudev...

Message BusD-Bus

NetworkServicesConnection

Management

IP Autoconfig

ControlServices

CAN

libpv

InternetServices

Webkit

VisualServices

QT

JSON-D-BusBridge

MediaServicesgstreamer

Camera

Codecs

Audio

MiddlewareLayer

SystemLayer

OSLayer

Driver Driver Driver Driver Driver Driver

��

LE.indb 149 08/11/11 16:48

38 L’embarqué et le Libre : des éléments de choix stratégiques Partie 1

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NOTE

Un module ou driver est fortement lié à une version donnée du noyau Linux : s’il est fourni sous forme de sources isolées, il faudra retrouver les sources complètes du noyau associé pour le compiler ; s’il est fourni sous forme binaire, impossible de l’uti-liser avec une autre version du noyau que celle avec lequel il a été compilé.

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Les distributions Linux

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fichiers de configuration

scripts shells

shell

libZ libTLS libPNG ...

bibliothèque C (lib C)

modules Linux

noyau Linux

Applications

LE.indb 38 08/11/11 16:48Android

Système Linuxembarqué « standard »

http://www.pengutronix.de

http://www.pengutronix.de






Map of package dependencies in the Ubuntu Software Center


LES DÉPENDANCES

■ les briques dépendent les unes des autres

■ grande force de Linux

■ moins d’espace utilisé

■ organisation claire et optimisée

■ source de cauchemars

■ problèmes de compatibilités, d’homogénéité

■ ne rien casser

■ compiler de nouvelles applications

■ explique le système de paquetage et les distributions !


LES DISTRIBUTIONS


■ Qu’est-ce ?

■ « Collection » de logiciels et de configuration selon une certaine organisation

■ constitue le système (« racine », « rootfs »)

■ base de la création du firmware

■ Pourquoi ?

■ dépendances applications/bibliothèques, bibliothèques/bibliothèques, parfois applications/applications

■ notion de « paquets » : application et/ou bibliothèques et (potentiellement) fichiers de configuration

■ mise à jour = évolution du système

■ mises à jour de sécurité !

■ Construction du système (système de compilation / construction de paquets)

■ Patches... Rapidement ingérable « à la main »


DEUX MODÈLES■ communautaire

■ projets libres, animés par une communauté (amateurs éclairés et professionnels, parfois fondations ad-hoc)

■ OpenEmbedded, Ångström, Buildroot, OpenWRT, etc.

■ Linaro : à travers une fondation chapeautée par ARM

■ Android (cas particulier : Google) ; Tizen (Linux Foundation), FirefoxOS (Mozilla Foundation)

■ autres distrib’ Linux « classiques » réadaptées : emdebian, Ubuntu Core, etc. Attention : Distributions binaires

■ commercial

■ sur étagère (COTS), adaptable (service vendu)

■ WindRiver, Sysgo, MontaVista, etc.

■ articulations

■ commercial s’appuie quasiment toujours sur du libre communautaire

■ relations commercial/communautaire (participation, intégration, etc.)

■ groupements d’industriels : OHA, Genivi, Babylone


ENVIRONNEMENTS PRÉINTÉGRÉS/GRAPHIQUES

■ But : base déjà existante, rajouter seulement sa valeur ajoutée

■ Ångström : distribution complète, modulable par génération en ligne (Narcissus), très utilisée pour les POC

■ Android : le grand gagnant pour le marché du CE, mais environnement complet tout Java (sur noyau Linux) incompatible avec une distribution Linux « standard », liant pour l’avenir (apparition cependant de systèmes hybrides)

■ MeeGo : base Linux standard, écosystème cohérent, porté par de grands industriels avant d’être abandonné brutalement au profit de Tizen, rebooté dans un nouveau projet (Mer)

■ Tizen : utilise HTML5 et EFL, porté par Samsung, pourrait tuer Android... si ça sort en version stable un jour !

■ Gnome Mobile (Maemo, OpenMoko, Sugar) : solutions plus ou moins mourantes

■ GPE/OPIE (handelds) : anciennes solutions abandonnées mais toujours utilisées sur de petits projets

■ Sato/Matchbox (Poky/Yocto) : géré par la Linux Foundation

■ EFL : Enlightenment, en frame buffer, très léger, animations

■ Qt for embedded & QML : bibliothèque graphique, très dynamique, mais pas vraiment un environnement


DISTRIBUTIONSSOURCES VS BINAIRES

■ Binaires

■ rapide, tout est déjà compilé (croisé)

■ idéal pour les POC

■ mais manque de maîtrise

■ top-down

■ ajout de paquets seulement « à chaud » (lorsque le système fonctionne sur la cible)

■ concerne : les distributions « classiques » réadaptées (Ubuntu, etc.) + BSP

■ > 80 Mo, souvent ~450 Mo, 2Go

■ Sources

■ lent à mettre en place, tout doit être compilé, après une phase de configuration

■ pour la mise en production : maitrise totale de la génération

■ bottom-up

■ ajout des paquets « à froid » sur l’image du firmware à intégrer (toujours possibilité de le faire « à chaud »)

■ Buildroot, Yocto, OpenWRT, T2, OpenBricks

■ à partir de 2 Mo(Yocto jusqu’à ~1Go)

■ Hybrides

■ très bon compromis : distributions sources pré-compilées

■ permet la rapidité du binaire et la flexibilité des sources

■ point de départ du développement de sa propre configuration de distribution sources

■ par exemple : Angström, OpenWRT

■ de 2,5 Mo à 250 Mo



ENVIRONNEMENTSPRÊTS À L’EMPLOI

■ Buildroot

■ fichiers Makefile en arborescence

■ rapide et efficace mais limité par la simplification

■ peu évolutif, pour les firmwares

‣ idée : simplifier la création d’un système Linux embarqué

‣ télécharge les sources à jour, les compile (croisé)

‣ gère les problématiques de compatibilité, de licences, de création de firmware (limité), etc.

‣ le projet Linaro pour ARM : compilateur, débugger, compatibilité noyau (gestion de puissance), etc.

■ Yocto

■ arborescence plus complexe

■ assez long à mettre en place mais très puissant

■ pérenne, évolution sur le long terme

■ OpenWRT

■ spécialisé pour les routeurs et appareils réseau

■ utilise Buildroot-NG

■ très grande quantité de paquets


LEAN SOFTWARE FACTORY


« J’ai quelqu’un qui maîtrise tout, normalement. »


« Mon système est un poil complexe, mais ça devrait aller. »


« On est arrivés ? »


PROBLÈME DE LA REPRODUCTIBILITÉ

■ un système non-reproductible n’est pas industrialisé

■ nécessite de maîtriser les sources ! Pas de boîte noire !

■ compilation à partir de zéro, automatisée

■ intégration de son propre code source spécifique/propriétaire


INDUSTRIALISER SA DISTRIBUTION LINUX EMBARQUÉ■ passer de la phase d’expérimentation/POC (souvent avec un BSP) à la phase industrielle

■ buts :

■ rendre reproductible

■ rendre solide, fiable

■ optimiser le code, éviter le rework

■ assurer la pérennité dans le temps

■ maîtriser sa chaîne de processus de création et d’intégration

■ facile à comprendre pour le hardware, plus difficile pour le software

■ mettre en place une « usine logicielle » : collection de bonnes pratiques et de bons outils !


SOLUTIONS


YOCTO


ARMONIEUN PRODUIT EXPEMB

■ Yocto overkill pour les problématiques de firmwares simples, nécessite de « mettre les mains dans le cambouis », courbe d’apprentissage lente de par la complexité

■ Armonie : prise en main automatisée fondée sur un système buildroot, intégré dans Eclipse

■ créer sa distribution en cochant les briques à intégrer

■ se concentrer sur son code

■ orienté pour le développement de code métier

■ installation & configuration de la carte et de l’environnement de dev automatique


Call the experts!


Get trained!



LE LIVRE

■Linux embarquécomprendre, développer, réussir(éd. Pearson, déc 2011, 460 pp.)

■management, économie, juridique, stratégie, etc.

■ technique

■ plaidoyer pour des projets bien menés


Gilles BLANC — [email protected]



Documents

LINUX EMBARQUÉ LES DISTRIBUTIONS...GNU vs Android 22 ans pour le noyau, 30 ans pour le système GNU (gcc, binutils, glibC, emacs, etc.) des millions de lignes de code à destination