Creating tailored OS images for embedded systems using Buildroot

Abstract

The embedded systems progression is noticeable throughout the last years. Today, embedded technologies are responsible for the intellectual capabilities of most modern devices, both consumer and industrial. To operate in an embedded environment, a device must own an embedded operating system. This OS differentiates itself from a regular OS by insuring it operates in an efficient and reliable manner by managing hardware and software resources, providing an abstraction layer to simplify the process of developing higher layers of software. The hardware running an embedded system can be very limited in resources such as RAM and ROM, making these systems designed for resource efficiency that comes at the cost of losing some functionalities. Hence, the operating system must be tailored in order to achieve desired operations under these circumstances. The customization and build of the image can be done with Buildroot tool, which allows the user to build an image only with needed features and packages, making the system more compact and deterministic. The customization is done through a front end menu interface which back end manipulates configuration files and shell scripts. The configuration through menu interface has an extensive range of available features that are built on a template file with additional general configurations. The final images, although being suitable for embedded devices, are not minimally tailored. This Dissertation understands the back end functionality of Buildroot in order to create a tool that creates minimalistic images for embedded usage based on a minimal default image and the configuration is done through a perceptive GUI, running in all type of environments.

A evolução dos sistemas embebidos tem sido cada vez mais notória durante os últimos anos, embarcando nas mais diversas áreas e necessidades dos seres humanos. Hoje em dia, as tecnologias embebidas são responsáveis pelas capacidades sensoriais de uma grande maioria de dispositivos modernos, quer a nível do consumidor, quer a nível industrial. De modo a operar no ambiente embebido, o dispositivo tem de possuir um sistema operativo adequado. Estes sistemas operativos diferenciam-se dos SO regulares, pois garantem que o sistema opere confiável e eficientemente através da manipulação de recursos hardware e software. De modo a facilitar o desenvolvimento, uma camada de abstração também é fornecida. O hardware que corre num sistema embebido é, normalmente, limitado nos seus recursos como a RAM (Random Access Memory) e a ROM (Read-only Memory), fazendo com que estes sistemas sejam desenhados com o propósito de garantir a sua eficiência. Desta troca advém, naturalmente, uma perda de outras funcionalidades. De modo a escolher quais são as funções do sistema que devem prevalecer para que este opere corretamente, é necessário customizar o sistema operativo. Atualmente, existem ferramentas que permitem construir imagens personalizadas para os sistemas operativos, como é o caso do Buildroot. O Buildroot permite que o sistema seja construído apenas com os recursos necessários para o cumprimento da finalidade de um sistema embebido, fazendo com que este sistema seja mais compacto e determinístico. A personalização da imagem é feita através de um menu de texto , que tem como base a manipulação de ficheiros de configuração e shell scripts. O menu de texto disponiblizado pelo Buildroot tem uma vasta coleção de ferramentas disponíveis que são adicionadas a um ficheiro de configurações gerais, mediante a arquitetura desejada. A imagem do SO final, apesar de ser adequada para o sistema embebido em questão, não está configurada de uma forma minimalística. O tópico desta dissertação é entender a funcionalidade do back end do Buildroot de modo a criar uma ferramente que permite a criação de imagens com conteúdo mínimo através de um menu gráfico de fácil compreensão.