0. 背景

0.1 PetaLinux 是什么

PetaLinux 是 Xilinx 推出的用于在其自家 SoC 上構建嵌入式 Linux 的一套工具集，集成了編譯、調試、仿真等眾多工具。

0.2 原有的搭建 PetaLinux 開發環境的方式有什么問題

實驗室的項目基于 Xilinx 的 Zynq 系列 SoC 開發，需要使用 PetaLinux 構建嵌入式 Linux 系統，第一步就是搭建開發環境。團隊成員平時的主力系統是 Windows，使用虛擬機的方式搭建 Linux 開發環境。搭建開發環境出現困難，或為節省時間的目的時會從其他成員那里復制搭建好環境的虛擬機。這些方式已產生或可能產生的問題可以總結如下：

1. 安裝開發環境的依賴稍顯復雜，且根據操作系統不同而異，新手不易搞定。安裝過程沒有被很好的文檔化，團隊成員重復勞動明顯。

2. 統一操作系統版本困難。開發人員（現有成員、未來加入成員、項目其他團隊的成員）可能使用著不同的 Linux 發行版和版本，因為他們可能有不同的喜好，版本上喜歡嘗鮮或守舊，在既有系統上已經有順手的開發工具和設置等等。而當大家希望統一開發環境或自行搭建失敗時，往往選擇復制整個虛擬機鏡像。

3. 使用復制整個虛擬機的方式傳遞開發環境不夠靈活。表現為：

使用了一段時間后的虛擬機大小可能動輒四五十個 GB，拷貝時間長，難以通過網絡共享。

為保留可回退的環境，可能為虛擬機添加快照，但這會進一步顯著增加虛擬機的體積。

傳遞虛擬機不僅傳遞了需要的開發環境，還傳遞了大量無用的軟件和個人設置，難以兼顧不同開發者之間的習慣差異。

對于不同項目、用途可能存在多個虛擬機，資源冗余很大。

4. 使用虛擬機性能表現差。主機配置不高時，使用虛擬機（可能會再虛擬機內運行 IDE 等其他開發工具）會經常卡頓，降低了開發效率。

5. 使用為某一開發環境而復制來的虛擬機，遷就其環境不愿再安裝合適的開發工具（如 IDE 等）。

0.3 基于 Docker 的解決方案

Docker 作為在很多場景下虛擬機的替代方案備受矚目，其資源消耗小、為單一應用配置環境、易于通過網絡共享等特點很好的解決了上面提到的諸多問題。通過 Docker 來構建 PetaLinux 開發環境，我們可以獲得以下優勢：

經過壓縮的鏡像體積只有 1GB 左右，方便網絡傳輸。

很容易再團隊中統一開發環境，包括操作系統和各種庫。Docker 鏡像的只讀特性保證了有一個可回退的一致環境。

開發環境中的依賴被 Dockerfile 清晰、明確的記錄下來，具有很好的文檔效應，方便團隊長期共享和維護。

Docker 可以運行在之前的虛擬機的操作系統上，也可以運行在一個“精簡”的操作系統上（如 Docker for Windows 的方式），還可以放到服務器上，運行多個容器供團隊成員使用。這使得使用 Linux 環境的方式更加多樣、靈活，且能減少虛擬機性能原因帶來的影響

現在理想很豐滿，但現實中還需要經過一番探究和試驗，下面就讓我們開始。

1. 構建 Docker 鏡像

Docker 的優勢就在于我們可以使用“代碼”來表示需要的環境，它既能描述環境，也能直接指導生成環境，這份“代碼”就是 Dockerfile。下面詳細的記述了這份 Dockerfile 的每一部分，過程中遇到的問題、解決辦法、注意事項等。關于 Dockerfile，可以參考官方的 Dockerfile reference1，以及 Best practices for writing Dockerfiles2。

1.1 設置構建參數

Dockerfile 中允許使用 ARG 指令設置構建時參數，這些參數在 Dockerfile 中具有默認值，在構建時可以通過 --build-arg 參數指定新的值來覆蓋默認值。這些參數可以在 Dockerfile 中被引用（引用方式與在 shell 中引用變量一樣），但不會出現在最終的鏡像里。注意一條 ARG 指令只能指定一個參數，這一點和 ENV 指令是不同的。這里我設置了兩個參數如下：
ARG install_dir=/opt
ARG installer_url=172.17.0.1:8000

其中 install_dir 用來指定 PetaLinux 的安裝路徑，installer_url 用來指定 PetaLinux 安裝包的網絡地址。如果安裝包在互聯網上，則這里是一個訪問鏈接，如果安裝包在本地，則這里被指定為 Docker 的默認網橋，通過它聯通本地網絡服務器和構建時的臨時容器。關于這一部分，我會在后面詳述。

1.2 設置環境變量

通常情況下，PetaLinux 使用一個設置腳本來添加自身的各項工具到環境變量中，在使用相關工具前需要通過 source /settings.sh 來執行腳本。但現在我要制作一個專屬于 PetaLinux 的環境，完全可以把環境變量設置好來免去這個步驟。在 Dockerfile 中使用 ENV 指令來設置環境變量：
ENV PETALINUX_VER=2014.4 \
PETALINUX=${install_dir}/petalinux-v2014.4-final
ENV PATH="${PETALINUX}/tools/linux-i386/arm-xilinx-gnueabi/bin:\
${PETALINUX}/tools/linux-i386/arm-xilinx-linux-gnueabi/bin:\
${PETALINUX}/tools/linux-i386/microblaze-xilinx-elf/bin:\
${PETALINUX}/tools/linux-i386/microblazeel-xilinx-linux-gnu/bin:\
${PETALINUX}/tools/linux-i386/petalinux/bin:\
${PETALINUX}/tools/common/petalinux/bin:\
${PATH}"