OpenWrt Introduction

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概述

OpenWrt 是针对嵌入式设备（特别是无线路由器）的 Linux 系统。OpenWrt使用带有包管理的完全可写的文件系统，这与静态、封闭的固件不同。OpenWrt 可以使用户获得更大的自由来进行个性化的配置（包括应用软件包的选择）、对系统及底层硬件资源完全的掌握。从安全的角度讲，用户可以自己检测固件是否包含安全漏洞或者后门（backdoor）程序，OpenWrt 的更新相对原固件更加及时，安全问题会更快地发现并解决。

参考 OpenWrt Developer Guide

历史

最新版本：22.03.3

设备支持和软件包

设备支持

OpenWrt 支持超过 65+ Target/Soc，覆盖的指令集架构包括 ARM、MIPS、MIPS64、PPC、X86 和 x86_64 。

设备存储容量要求：

  • 最小 4M 的 Flash（不支持 GUI），8M 更好（支持 GUI）；
  • 最小 32M 的 RAM，64M 更好。

如果使用 18.06 或 更高的 OpenWrt 版本，上述 4/32 的最小要求可能无法满足，参看 4/32警告。

ToH 中列举了当前支持的设备列表，根据厂商及型号索引相关支持信息。用户可以更新该列表，加入已经过测试的新设备。

软件包

现在最新 21.02 版本的软件包仓库: Package Index

这些软件包(1000+)可以用来扩展系统的功能，它包括一些分类：管理类（Administration）、语言类（Languages）、库（Libraries）、基础系统（Base System）、引导（BootLoader）、固件（Firmware）、网络类（Network）和 工具类（Utilties）等等。

整体架构

OpenWrt 的整体架构和其他 Linux 发行版系统类似，基本上采用 软件包+包管理器+内核 的结构。

OpenWrt 的软件包在源代码中基本上只有一个 Makefile 文件，其中包含软件包上游的信息以及 OpenWrt 自己所作的修改。这与ArchLinux的做法类似。所有的软件包都使用 OpenWrt 自己的工具链进行编译，但工具链本身需要先通过用户(Host)系统上的编译工具链生成。所以 OpenWrt 的工具链实际上是交叉编译工具链。在 [LFS 0: LFS 项目介绍] 中有更多关于交叉编译的细节。

OpenWrt 使用 opkg 包管理器。其软件仓库分为 base 和 luci、packages、routing、telephony。base 为主仓库，由核心开发人员维护；后面 4 个仓库称为 package feeds，它们由社区维护，每个包都有一个维护者。package feed系统很容易扩展，用户可以将自己的包放入官方的feed中或者根据自己手头特殊的固件来定制化feed（将包放到自己的下载服务器中）。

软件包的版本号：上游主版本号-OpenWrt子版本号，子版本号代表 OpenWrt 对该上游软件包进行了修改或者包装（与 debian 系统类似）。

内核本身也可以看作一个软件包，虽然它的编译相对来说更加复杂，但Makefile中的结构和其他软件包基本上都是相同的。

源代码结构

OpenWrt 的源代码仓库：

  • GitWeb - OpenWrt 的 master git仓库
  • GitHub - 持续更新的 GitWeb 的镜像仓库

目录结构：

  • /config : menuconfig 的配置文件
  • /include: 属于主仓库的软件包的makefile和configuration
  • /scripts: 构建过程中使用的脚本（Perl、Python 和 shell 等）
  • /target: Buildroot构建imagebuild、kernel、sdk和toolchain的makefile和configuration
  • /toolchain: 构建交叉编译工具链的makefile和configuration
  • /tool: 构建过程中使用的工具的makefile和configuration

构建

在第3节中说，OpenWrt 的工具链为交叉编译工具链，因为大部分目标设备的CPU 架构都与 Host 系统不同。对于用户来说，可以手动构建自己的工具链，然后构建 OpenWrt，但这种做法相对困难且很容易出错。

OpenWrt 的构建系统采取了不同的方法：它构建任何一部分都是从零开始、下载、打补丁和编译，包括交叉工具链也是如此。简单地说，OpenWrt 的构建系统不包含任何二进制代码或者源代码，它安全自动化的下载、针对给定的平台打补丁、针对给定的平台进行编译。另外，用户通过修改模板，进而改变这个过程中任何一步的行为。

构建系统所工作的主要目录

  • tools: 构建 toolchain、packages或image generator所使用的基本软件（例如Autoconf和Automake等）；虽然这些基本软件会有一部分已经安装在Host系统上，但 OpenWrt 选择编译自己的工具软件，这使得它不需要担心Host系统可能存在的版本不兼容问题。

  • toolchain: 包括编译器、链接器、汇编器、运行时库和通用工具；构建过程中会生成两个其他目录 toolchainbuild{arch} 和 stagingdir{arch}；前者是构建临时目录，后者是工具链的安装目录。

  • target: 包含针对特定嵌入式平台的补丁或者配置选项；例如target/linux子目录又根据不同的嵌入式平台进行划分，在某个嵌入式平台的目录中包含了对 Linux 内核的补丁和内核配置；类似的，target/imagebuilder子目录描述了如何针对特定平台打包固件。

  • package: 打包后的软件包，后缀名为ipk（就像如果使用debian包格式，后缀名为deb）

  • dl: 构建过程中下载的源代码等会放到该目录。

在target和package步骤中，也会生成临时构建目录build_{arch}。

在主目录下会生成 build_dir 和 staging_dir 目录，build_dir用来解压下载后的软件包源码，然后编译它；staging_dir用来作为所有已编译好的程序的安装目录，它们可以用来构建其他软件包或者集成到最后的固件中。build_dir分为几个子目录：

  • build_dir/host：所有将会运行在 Host系统上的工具，例如sed和flex等。
  • build_dir/hostpkg:
  • build_dir/toolchain-xxxxxxx ：所有运行在Host系统上的交叉编译工具链、Linux内核，以及被运行在Target系统上的工具多需要链接的库，例如musl和uClibc（两者都是针对嵌入式设备的 C 库）等。
  • build_dir/target-xxxxxxx：运行在Target系统上的软件。

staging_dir 目录也分类类似的几个子目录：

  • staging_dir/host ：一个小型的 Linux 根目录，包括运行在 Host上的工具，其中有些工具符号链接到 Host 系统上已经安装的相同工具。
  • staging_dir/hostpkg：
  • staging_dir/toolchain-xxxxxxx：一个小型的 Linux 根目录，包含运行在 Host 上的交叉编译工具链，例如 aarch64-openwrt-linux-musl-gcc。
  • staging_dir/target-xxxxxxx/root-xxxx：一个 Linux 根目录，并且是最后生成固件的根文件系统的基础。

特性

  • 很容易移植软件。
  • 使用 kconfig 来配置相关特性。
  • 提供内置的交叉编译工具链。
  • 处理标准的下载、打补丁、配置、编译和打包工作流。
  • 对一些损坏的包提供一些通用的fixups。

构建流程

a. tools

b. toolchain/binutils - 交叉汇编器、交叉连接器等

c. toolchain/gcc - 交叉编译器（我们在LFS 0: LFS 项目介绍中介绍过，gcc 的构建需要多次 Pass）

d. target/linux - 内核模块

e. package - core(即base)仓库和feed仓库软件包

f. target/linux - 内核镜像

g. target/imagebuilder - 生成固件

补丁管理

Buildroot

简单实践

所用路由器配置

Flash芯片： cFeon QN32B-104HIP 32M 容量
微处理器 A：MediaTek MT7628DBN，该处理器的相关属性如下：

  • CPU: 32位 MIPS 24K™CPU核
  • 时钟频率：580 MHZ
  • I-Cache, D-Cache : 64kb, 32kb
  • Memeory: 16bits
  • RF : 2T2R 802.11n 2.4 GHz
  • USB: 2.0
  • DRAM ： 8M

微处理器 B: MediaTek MT7613BEN，该处理器的相关属性如下：

  • 5G WIFI 芯片
  • 64M RAM

MT7628 原理图：