Linux aarch64交叉编译之 weston窗口管理程序

昌和悦

2023-12-01

对于weston的交叉编译。该文章的目标是编译一套aarch64 Linux Debian嵌入式版本上可以运行的版本库以及相关程序，接下来就开始趟坑。老套路，先把linux桌面版搞好，然后移植到嵌入式Linux Debian 板子上。

1 weston的来龙去脉

在介绍weston之前，我们不得不来说说wayland。因为weston本质上就是wayland的一种实现。而说到wayland，又不得不提一下X11，那么接下来我们从X11->wayland->weston这条路线系统地理解下weston。

Wayland资料索引：

Wayland官网为：https://wayland.freedesktop.org/
Wayland官方文档学习手册：Wayland学习手册

我们基于黄金圈法则，搞懂why，也就是为啥要搞出一个wayland来？那我们首先就要了解历史，先来看看X11。

1.1 X11，一个古老的图形系统

这里X表示的是协议，是1984年起始于 MIT（麻省理工学院）。11表示的是协议的版本号(实际版本是11 release 7.6)，是在 1987年9月提出的。该方案是由 X 基金会所领导。

在wayland出来之前，Linux系统一直使用X11图形系统，这是一个古老的系统，到目前为止有近40年的历史，设计之初是因为个人PC性能低，所以构建了这样架构：

所有渲染相关的计算都放在X Server端(本地的X显示程序，提供显示服务，它扮演了服务器的角色)，而X Client端是既可以运行在本地端，也可以运行在网络端，代表客户端角色。
X Server和XClient通信的手段就是X Protocol。所有的客户端接收到鼠标，键盘等等事件，都要通知Server，Server经过计算，通知驱动层进行绘制。

1.2 wayland诞生缘由和原理，性能大幅度提升带来的变革

Wayland的定位：替换Linux上的X11系统。

Wayland协议诞生的缘由：

X11的框架在当时计算机性能较弱的环境下几乎是唯一可行的方式，但随着计算机性能的提升，“客户端”也有很强大的渲染能力。
原本在X11图形系统中 X Server中做的事很多已被移到kernel或者单独的库中，因此X Server就显得比较累赘了。

接下来谈谈Wayland本身，也就是what：

@1 Wayland是啥？

Wayland是一种表示显示系统server端与client端之间的通信协议。与X11相比只是原理不同而已。

@2 Wayland原理是啥？

Wayland的大概原理是：所有渲染都发生在client端，client端根据自己的业务逻辑构建相应的图形界面，计算需要渲染render的区域，然后在内存中开辟一段空间（可以是共享内存，也可以是显存，取决于实际硬件，注意，这里不是buffer的拷贝，而是把buffer的fd直接进行传递，效率高），将绘制好的图像放入buffer中，通知Wayland的Server(Compositor，表图像合成器)，Compositor会监听所有client的请求，把所有Client绘制好的图片合成后发送到渲染器渲染并显示。

这种设计相比X11大幅度减少了Client和Server的频繁交互和数据传递，所以效率大幅度提高。

1.3 关键解读：Weston是啥？

Weston是Wayland compositor的参考实现（就像OpenGL是一种标准，而mesa是OpenGL的一种实现一样）。其官网为http://wayland.freedesktop.org/

最后附上weston的Github下载地址：GitHub - wayland-project/weston

2 Linux 本地编译 & 交叉编译

2.1 Linux（ubuntu20.04）上 weston的编译

weston是使用meson进行编译的，根据README.md的提示，编译关键步骤如下：

$meson build
$ninja -C build
$ninja -C build install

这里关于安装位置，可以通过--prefix=具体路径来设置。

2.2 aarch64交叉编译与移植

2.2.1 交叉编译

因为是用aarch64交叉编译，需要提前配置环境，安装如下软件：

sudo apt install binutils-aarch64-linux-gnu-dbg binutils-aarch64-linux-gnu cpp-aarch64-linux-gnu \
g++-10-aarch64-linux-gnu g++-9-aarch64-linux-gnu g++-aarch64-linux-gnu g++ \
gcc-10-aarch64-linux-gnu-base gcc-9-aarch64-linux-gnu-base gcc-aarch64-linux-gnu \
pkg-config-aarch64-linux-gnu qemu-efi-aarch64 gcc arch-test

构建一个sysroot路径需要用到的aarch64虚拟机，方式如下：

#创建一个虚拟fs文件系统
$sudo qemu-debootstrap --arch arm64 bullseye /mnt/data/arm64 http://deb.debian.org/debian/
#进入到文件系统
$sudo chroot /mnt/data/arm64/
#退出文件系统
$exit

在weston目录下构建一个arm64文件，内容如下：

[binaries]
c = 'aarch64-linux-gnu-gcc'
cpp = 'aarch64-linux-gnu-cpp'
ar = 'aarch64-linux-gnu-gcc-ar'
strip = 'aarch64-linux-gnu-strip'
pkgconfig = 'aarch64-linux-gnu-pkg-config'
ld = 'aarch64-linux-gnu-ld'
pcap-config = ''
cmake = 'cmake'

[properties]
skip_sanity_check = true
sys_root = '/mnt/data/arm64'
# Generate binaries that are portable across all Armv8 machines
platform = 'generic'
pkg_config_libdir ='/mnt/data/arm64/usr/lib/aarch64-linux-gnu/pkgconfig:/mnt/data/arm64//usr/share/pkgconfig'

[built-in options]
c_args = ['--sysroot', '/mnt/data/arm64']
c_link_args = ['-Wl,-rpath', '/mnt/data/arm64/usr/lib/aarch64-linux-gnu/', '-Wl,--as-needed']

[host_machine]
system = 'linux'
cpu_family = 'aarch64'
cpu = 'armv8-a'
endian = 'little'

之后在weston目录下执行：

$meson build --cross-file arm64.txt 
$ninja -C build
$ninja -C build install

注意：这个时候编译有可能出现各种缺库的问题，我们需要执行

$sudo chroot /mnt/data/arm64/
$apt search [缺的库 关键字检索]
$apt-file search [缺少的头文件之类的关键字检索]
$apt install [相关的库]

也就是进入到sysroot对应的虚拟机/mnt/data/arm64中安装缺失的库。

2.2.2 解决移植中的库链接问题

通过前面的操作，编译成功后可以将weston其移动到debian开发板上（注意：开发版的库需要和虚拟机运行时缺少的库作同步）。但是这时候发现会有很多链接的错误，找不到库，我们这样调整

调整compositor中内容，主要是将环境变量WESTON_MODULE_MAP置空，进而在链接库的时候走默认路径，weston代码修改如下：

diff --git a/weston/libweston/compositor.c b/weston/libweston/compositor.c
index a594d67..bd942da 100644
--- a/weston/libweston/compositor.c
+++ b/weston/libweston/compositor.c
@@ -7985,7 +7985,7 @@ weston_version(int *major, int *minor, int *micro)
 WL_EXPORT size_t
 weston_module_path_from_env(const char *name, char *path, size_t path_len)
 {
-       const char *mapping = getenv("WESTON_MODULE_MAP");
+       const char *mapping ="";// getenv("WESTON_MODULE_MAP");
        const char *end;
        const int name_len = strlen(name);

接下来修改weston配置文件meson_options.txt，修改内容如下：

diff --git a/weston/meson_options.txt b/weston/meson_options.txt
index 32daa01..cb9c179 100644
--- a/weston/meson_options.txt
+++ b/weston/meson_options.txt
@@ -85,6 +85,20 @@ option(
        description: 'Xwayland: path to installed Xwayland binary'
 )
 
+option(
+        'x-moduledir-path',
+        type: 'string',
+        value: 'default',
+        description: 'x define for different moduledir path'
+)
+
+option(
+        'x-libwestonmoduledir-path',
+        type: 'string',
+        value: 'default',
+        description: 'x define for different libweston moduledir path'
+)
+
 option(
        'systemd',
        type: 'boolean',

接下来修改weston的配置文件meson.build，将MODULEDIR 和LIBWESTON_MODULEDIR的默认加载路径重新设置，如下所示：

diff --git a/weston/meson.build b/weston/meson.build
index 63943f3..6ecf32c 100644
--- a/weston/meson.build
+++ b/weston/meson.build
@@ -116,8 +116,11 @@ config_h.set_quoted('PACKAGE_BUGREPORT', 'https://gitlab.freedesktop.org/wayland
 config_h.set_quoted('BINDIR', dir_bin)
 config_h.set_quoted('DATADIR', dir_data)
 config_h.set_quoted('LIBEXECDIR', dir_libexec)
-config_h.set_quoted('MODULEDIR', dir_module_weston)
-config_h.set_quoted('LIBWESTON_MODULEDIR', dir_module_libweston)
+
+#config_h.set_quoted('MODULEDIR',dir_module_weston)
+#config_h.set_quoted('LIBWESTON_MODULEDIR',dir_module_libweston)
+config_h.set_quoted('MODULEDIR', get_option('x-moduledir-path'))
+config_h.set_quoted('LIBWESTON_MODULEDIR', get_option('x-libwestonmoduledir-path'))
 
 config_h.set10('TEST_GL_RENDERER', get_option('test-gl-renderer'))

修改好代码后，这次我们重新编译，执行meson时候多了两个宏的设置，详细如下：

$meson build --prefix=[交叉编译输出路径] \
-Dx-moduledir-path=[开发板 库路径] \
-Dx-libwestonmoduledir-path=[开发板 库路径] \
--cross-file arm64.txt 
$ninja -C build
$ninja -C build install

之后编译出来的库和相关bin文件就可以在开发板上运行啦～。

特殊说明：之前在解决该问题时优先考虑的是设置LD_LIBRARY_PATH变量，但是发现并不管用，这是为什么呢？因为weston人家自己搞了一套设置加载库路径的东东，那为啥要这么搞呢？如果看了代码我们会知道，weston是使用dlopen这种方式直接打开库的，并不是简单的加载，因此 LD_LIBRARY_PATH这种链接库的设置是无效的。