Combined-Linux: ein Image für viele Geräte

Hier ging es darum, ein und dasselbe Linux-Image auf eine Vielzahl von Geräte zu portieren.

Dies stand im Gegensatz zu den Windows- und Windows-Embedded-Images. Hier wurde für jedes Gerät ein eigenes Image erstellt. Gab es eine Innovation, mussten alle diese Image jeweils neu erstellt werden — ein zeitraubender Prozess.

Ich wollte ein “Combined Linux” machen: eine Image, das alle Features in sich enthält. Das man überall installieren kann. Das die Hardware erkennt und die jeweils eingebaute Hardware passend anspricht und zur Verfügung stellt.

Table of Contents

Projekt-Info
Basis: Debian-Linux
Anpassen … aber an was?
Hardware erkennen
Userspace
- GUI anpassen
- Daemons anpassen
Verwandte Projekte

In Beiträgen der Kategorie Job trage ich Projekte zusammen, die ich im Rahmen meiner beruflichen Karriere federführend durchgeführt habe. Ich gehe dabei mit Absicht nicht allzusehr auf Details an: die Interessen meiner Arbeitgeber sollen ja nicht berührt werden.

Projekt-Info

Idee: Kunden (das es Linux-Images geben sollte), ich (das man alle Gerätetypen in ein Image kombinieren sollte)

Zuarbeit: Zusatz-Ideen kamen von PSS (Product Support Services), FAE (Field Application Engineers), PMs (Produkt/Project Manager, allerdings eher wenig) und auch direkt von Kunden

Umsetzung: ich

Nutzung: 2012 bis heute

Effizienzgewinn:

ein Image statt über 20 Images erstellen ist ein erheblicher Zeitgewinn
(man könnte argumentieren, das es beim Test eine kombinatorische Explosion gibt. Das ist aber nicht der Fall, da vor Auslieferung von Gerät+Linux-Image dies sowieso von FAE und Kunden geprüft und dann in einer spezifischen Hardware/Softwareversion freigegeben und festgezurrt wurde)

Basis: Debian-Linux

Basis war Debian-Linux.

Heutzutage ist Ubuntu viel bekannter, aber bei Projektstart war dies nicht der Fall. Außerdem ist Ubuntu auf das Desktop-Metapher optimiert. In Industrie-Anwendungen will man aber z.B. keinen Start-Button haben. Man möchte (i.d.R.) nicht, das beim Einstecken eines USB-Sticks ein Dialog aufpoppt. Im Prinzip braucht man überhaupt nichts aus der Desktop-Metapher.

Stattdessen möchte man fast immer nur einige einzige Anwendung haben, exclusiv, im “Kiosk-Modus”. Also nicht abbrechbar und ohne Wechselmöglichkeit. Also warum ein Icon haben, das man anklicken muss, wenn die Applikation auch direkt gestartet werden kann?

Schließlich will niemand, das Lagerarbeiter Tetris spielen …

Anpassen … aber an was?

Die unterstützten Geräte (siehe unten) habe unterschiedliche …

Anzahl Ethernet-Karten: 0 bis 2
Anzahl WLAN-Karten: 0 bis 1
Anzahl WWAN-Karten (GSM, UMTS etc): 0 bis 1
Anzahl NFC-Interfaces: 0 bis 1
Anzahl Bluetooth-Interfaces: 0 bis 1
unterschiedliche Auflösungen
unterschiedliche Tasten auf der Frontplatte
unterschiedliche Touchscreen-Technologien (resistiv, kapazitiv) und Touchscreen-Controller-ICs
unterschiedliche Beleuchtungskonzepte (Backlight, Keyboard …)
unterschiedliche Barcode-Scanner (keine, Symbol, Intermec, Honeywell, seriell, Bluetooth)
… und viele Unterschiede mehr

Jedoch sollte die Software im “Combined-Linux” Image sich dynamisch auf die Gegenheiten anpassen, beispielsweise welche Einstellungsmöglichkeit im “config” GUI-Programm angezeigt werden.

Hier Beispiele für die Geräteklassen:

Stapler-Terminals

IPC7 (DLoG)
MPC6 (DLoG)
MTC6 (DLoG)
MTC6 mit AMD CPU
DLT-V83 (DLoG)
DLT-V83 Atom (DLoG)
DLT-V83 Celeron (DLoG)
DLT-V83 Facelift (Advantech)
DLT-V83 i5 (DLoG)
DLT-V72 (DLoG)
DLT-V72 Facelift (Advantech)
DLT-V72 mit voller Tastatur (DLoG)
DLT-V73 x86 (Advantech)
DLT-V62 (Advantech)
DLT-M81 (Advantech)

Werden in Stapler- oder Kommissionierfahrzeuge eingebaut. Manchmal auch in Hochregal-Bedienfahrzeuge, Logistik-Hängebahnen, Portalkräne etc.

Tragbare Terminals

DT362 (Digital Research)
S10A (Advantech)
PWS-770 (Advantech)
PWS-870 (Advantech)

Diese Geräte nimmt man in die Hand und kann sich damit frei bewegen. Auf den Fotos sieht man das nicht, aber sie haben einen eingebauten Barcode-Scanner.

Fahrzeug-Computer

TREK-753 (Advantech)

Diese sind dazu gedacht, in KFZ eingebaut zu werden, beispielsweise in Bussen, als Steuergerät für “Vehicle Smart Displays”. Aber mit Linux drauf kann man sie auch für andere Dinge einsetzen …

Industrie-Panel-PCs

UTC-210 (Advantech)
UTC-520 (Advantech)

Werden in der Industrie zum Anzeigen allgemeiner Informationen genutzt, beispielsweise an den Fließbändern von Auto-Herstellern.

Hardware erkennen

Man muß nun den Gerätetyp einwandfrei erkennen. Wie macht man das am besten, damit man keine Falscherkennungen hat?

String im BIOS

Die von DLoG oder Advantech (sie haben DLoG aufgekauft) selbst produzierten Geräte hatten im BIOS einen speziell formatieren String hinterlegt. Der hat das Gerät, aber auch die Version des BIOS kodiert.

Eine Wildcard-Suche prüfte dann in einem definierten physikalischen Speicherbereich, ob es einen String wie z.B. “M6I??C??” gibt.

Das hat ein Linux-Kernel-Modul gemacht, da hierbei einfach auf physikalischen Speicher zugegriffen werden kann. Ein Linux-Userspace-Programm kann das zwar auch, müsste aber als “root” laufen.

// Mem sta
{ 0x000f0000, 0xffffe, "G6I??C??",  8, IS_DEVA, "Device A" },
{ 0xfff40000, 0x80000, "G6A??C??",  8, IS_DEVB, "Device A mit AMD" },

Das Kernelmodul wird automatisch geladen und stellt sein Ergebnis via “/proc/...” Pseudo-Datei zur Verfügung. Darauf können alle Programme zugreifen, “root” oder nicht.

Bei den Geräten, die einen BIOS-String haben, kamen wir auf 100% Erkennungsrate und 0% Fehlerrate.

DMI

Leider gab es Hardware, bei der das nicht funktionierte: Geräte die nicht unter den Einfluss von DLoG designed wurden (beispielsweise die Treks, die UTCs, die PWS).

Aber in einigen Fällen sind die Informationen des DMI brauchbar. Als Kernel-Modul kommt man da recht einfach dran:

vendor  = dmi_get_system_info(DMI_SYS_VENDOR);
product = dmi_get_system_info(DMI_PRODUCT_NAME);

Das Ergebnis kann man gegen Soll-Werte vergleichen und weiß dann, auf welcher Hardware man ist.

Bei den Geräten, die einen DMI-String haben, kamen wir auf 100% Erkennungsrate und 0% Fehlerrate.

PCI-IDs testen

Erstaunlicherweise gibt es viel DMIs, die schlecht gepflegt sind. Da steht dann z.B. “to be filled by O.E.M.”, womit man nichts anfangen kann. Außer vielleicht darauf schließen, das der Hersteller keine Liebe zum Detail hat und unvollständige Arbeit abliefert.

Man braucht als leider eine Rückfalloption. Dazu dienten PCI-IDs. Im Linux-Userspace kann man diese mit “lspci -nn” sehen — und selbstverständlich kommt ein

// Host bridge
{ 0x8086, 0x0a04, IS_DEVA | IS_DEVB },           // Intel Corporation Haswell-ULT DRAM Controller
{ 0x8086, 0x0bf1, IS_DEVC },                     // Intel Corporation Atom Processor D2xxx DRAM Controller
{ 0x8086, 0x0f00, IS_DEVD | IS_DEVE | IS_DEVF},  // Intel Corporation Atom Processor Z36xxx/Z37xxx Series SoC

// PCI Bridge
...

// SATA
...

// USB-Controller
...

Wie man gut sieht, reicht die Host-Bridge 8086:0a04 nicht aus, um ein Gerät eindeutig zu indentifizieren. Denn sie kommt auf mehreren Geräten vor.

Wenn man jedoch die Informationen der anderen PCI-IDs hinzufügt (mit “…” angedeutet), klappt es evtl doch.

Damit konnte ich dann die Hardware-Erkennung für all die Geräte “erschlagen”, die weder BIOS-Strings noch DMI-Strings hatten. Jedoch … wird das Image auf einem unbekanntem Gerät ausgeführt, kann es Fehlerkennungen geben.

Userspace

GUI anpassen

Nachdem die Hardware einmal erkannt ist, ist es leicht, darauf zu reagieren.

Das “config” GUI ist in C++/Qt geschrieben.

Darauf aufsetzend wurden Funktionen definiert die mit “isXXX()” bzw “hasXXXX()” anfangen. Die is-Funktionen prüfen auf eine Gerät, die has-Funktionen prüfen auf eine Funktion (hat Bluetooth, hat Backlight, hat USB-Gerät XXXX:YYYY).

Dadurch ist das Anpassen, hier z.B. des grafischen Menüs, ziemlich einfach:

if (isDevA() || isDevE() || isDemo())
    addIcon(tr("Backlight"), ":/images/backlight.svg", SLOT(clickedBacklight()) );

Daemons anpassen

Auch Daemons müssen sich an die sehr unterschiedlicher Hardware anpassen. Dort geht dies genauso einfach, hier am Beispiel des “scannerd”:

if (isDevA()) {
    port = "/dev/ttyS1";
    serialReader = new ReadIntermec(port, 19200, this);
    serialReconnect = true;
} else
if (isDevE()) {
    port = "/dev/ttyS1";
    serialReader = new ReadHoneywell(port, 115200, this);
    serialReconnect = true;
} else