Buildroot与Weston

引言

在资源受限的嵌入式世界里，选择一个轻量级、稳定且功能强大的图形显示栈并非易事。如果你已经使用 Buildroot 这款高效的嵌入式Linux构建工具来生成你的系统镜像，那么为其添加一个图形用户界面（GUI）就是下一步自然而然的选择。而 Weston，作为 reference implementation of Wayland，无疑是现代嵌入式图形解决方案的佼佼者。

今天，我们就来探讨如何利用Buildroot的强大功能，轻松地将Weston合成器集成到你的目标系统中，打造一个基于Wayland的现代化图形环境。

为什么是Weston？

在深入配置之前，我们先简单聊聊为什么Weston是一个优秀的选择：

  1. Wayland协议：作为X11的现代继任者，Wayland设计更简洁、更安全、性能更高，尤其适合嵌入式系统。它避免了X11的冗余设计，直接处理图形渲染与输入事件。
  2. 轻量且模块化：Weston本身核心非常精简，其功能可以通过插件（如桌面Shell、输入法、屏幕录制等）进行扩展，你可以只选择你需要的功能。
  3. 良好的生态支持：它是Wayland生态的参考实现，得到了Intel等大公司的支持，与很多现代图形库（如GTK3, Qt5/Qt6）原生集成。
  4. 安全：Wayland协议天然支持客户端应用之间的隔离，一个应用的崩溃不会轻易拖垮整个桌面。

在Buildroot中配置Weston

Buildroot让集成Weston变得异常简单，几乎只需要“勾选”几个选项。以下是核心步骤：

1. 启用Wayland和Weston支持

首先，你需要确保Buildroot的全局配置支持Wayland。

  • 运行 make menuconfig
  • 导航至 Target packages -> Graphic libraries and applications -> wayland
    • 启用 wayland（这会选中核心协议库）
    • 启用 weston 包本身。

2. 配置Weston选项（关键步骤）

选中 weston 后，千万不要直接退出！按回车进入其子菜单进行详细配置，这里才是精髓所在：

  • Weston Shells: 选择你需要的桌面环境界面。对于嵌入式设备，desktop（类似传统桌面）和 kiosk（信息亭模式，锁定单一应用）是最常用的。你也可以选择最简单的 drm 或 headless 用于测试。
  • Demo / Example Clients: 建议勾选 weston-examples。这会安装一些非常有用的测试工具，如 weston-simple-egl 和 weston-flower，用来验证你的图形栈是否正常工作。
  • Optional Features: 根据你的需求启用功能，如屏幕录制（screencopy）、虚拟输入（virtual-input）等。
  • Backends: 默认的 drm 后端适用于绝大多数拥有直接显示功能的设备（通过GPU直接输出到屏幕）。如果你的设备需要X11兼容或运行在帧缓冲（fbdev）上，也可以在这里选择。

3. 选择图形后端依赖

Weston通常需要图形驱动支持。在 make menuconfig 中：

  • 导航至 System configuration -> Graphic backend
  • 根据你的硬件选择：
    • DRM/KMS： 现代GPU的标准（如Intel, AMD, 以及很多ARM Mali/PowerVR GPU）。这是首选和推荐的方式。
    • FBDEV： 传统的帧缓冲驱动，通用性强但性能和功能较弱。

确保你的Linux内核中也配置了对应的显示驱动。

4. 生成与烧写

配置完成后，标准的Buildroot编译流程将搞定一切：

make clean
make

Buildroot会自动下载Weston及其所有依赖（如libinput, libdrm, cairo等）的源代码，进行交叉编译，并将最终的可执行文件、库和配置文件打包到你的根文件系统镜像中。

启动与测试

将新生成的系统镜像烧写到目标设备并启动后，Weston通常会自动启动。如果没有，你可以尝试手动执行 weston --tty=1。

如果一切顺利，你将看到Weston的默认桌面（或者你选择的Shell界面）。此时，可以运行我们之前编译的示例程序来测试：

weston-flower & # 绘制一个旋转的花形图案
weston-simple-egl & # 显示一个彩色三角形

看到这些动画，就恭喜你，一个基于Wayland的图形环境已经成功运行！

进阶：自定义Weston.ini

默认配置可能无法满足所有需求。你可以在Buildroot的 ** overlay文件系统 ** 中放置一个自定义的 /etc/weston.ini 配置文件。

在这个文件里，你可以：

  • 设置屏幕分辨率、缩放比例（用于高DPI屏幕）。
  • 配置输入设备（触摸屏、键盘）。
  • 设置默认启动的应用（kiosk模式）。
  • 调整合成器的各种行为。

结语

通过Buildroot集成Weston，嵌入式开发者可以以一种极其高效和可控的方式，为产品赋予现代化的图形能力。Wayland+Weston的组合提供了性能、安全性和未来性，而Buildroot则让整个构建过程变得清晰和可重复。

无论你是在开发智能家居面板、工业HMI、车载信息娱乐系统还是其他任何需要图形界面的嵌入式设备，这套技术栈都值得你深入尝试。现在就打开你的Buildroot项目，开始配置吧！

Weston.ini 基础

  • 位置：通常位于 /etc/xdg/weston/weston.ini 或 ~/.config/weston.ini。Buildroot 系统通常使用前者。
  • 语法：类 INI 文件格式。章节由 [section-name] 表示，选项是 key=value 的形式。以 # 或 ; 开头的行是注释。
  • 优先级：命令行参数 > 用户目录的配置文件 (~/.config/weston.ini) > 系统级配置文件 (/etc/xdg/weston/weston.ini)。

核心配置章节与选项

以下是 weston.ini 中一些最重要和最常用的配置章节和选项：

1. [core] - 核心后端设置

这是最基础的配置节，用于选择和管理后端。

  • backend= - 指定使用的后端。例如：
    • drm-backend.so (默认，用于直接渲染)
    • wayland-backend.so (作为另一个Wayland合成器的客户端运行，嵌套运行)
    • x11-backend.so (在一个X11窗口中运行)
    • headless-backend.so (无显示输出，用于测试或无头渲染)
  • repaint-window= - 设置合成器尝试同步垂直刷新（VSync）的窗口时间（毫秒）。默认值通常为 17ms (约60Hz)，降低此值可以提高响应性但可能增加功耗，增加此值可以节能但可能卡顿。
  • use-gbm= - 是否使用 GBM (Generic Buffer Management) API。通常设为 true。如果显卡驱动不支持，可设为 false 回退到 EGLDevice。
  • require-input= - 如果设置为 false，即使没有检测到输入设备（如键盘鼠标），Weston 也会启动。这对嵌入式触摸屏设备非常有用。

示例：

[core]
backend=drm-backend.so
repaint-window=17
require-input=false

2. [libinput] - 输入设备配置

配置通过 libinput 管理的设备（现代系统默认的输入驱动）。

  • touchscreen_calibrator= - 是否启用触摸屏校准工具。如果设为 true，可以通过特定手势（如四指长按）启动校准。
  • natural-scroll= - 为所有设备启用“自然”滚动（触摸板式滚动）。默认为 false。
  • 特定设备匹配：你可以使用 match= 选项来为特定设备创建规则。
    • match= 语法示例：match=xxx，可以通过 udev 属性如 name, id, output 来匹配设备。

示例：配置触摸屏不作为鼠标，并调整轨迹板滚动方向

[libinput]
touchscreen_calibrator=true

# 为名为 “MyTouchScreen” 的设备设置
[libinput]
match-name=MyTouchScreen
tap=false
natural-scroll=false

# 为所有轨迹板设置
[libinput]
type=touchpad
natural-scroll=true

3. [output] - 显示输出配置

配置特定的显示器（或虚拟输出）。每个显示器都可以有一个 [output] 章节。

  • name= - 最重要的选项。指定要配置的显示输出名称。名称可以通过运行 weston-info 命令查看（在 output 部分）。
  • mode= - 设置分辨率刷新率。格式为 宽x高@刷新率。例如：mode=1920x1080@60 或 mode=800x480。
  • transform= - 设置屏幕旋转或翻转。可选值：
    • 0 (正常), 90, 180, 270 (旋转)
    • flipped (水平翻转), flipped-90, flipped-180, flipped-270
    • 对于旋转的触摸屏，通常需要同时在 [libinput] 节中配置 transform= 来旋转触摸坐标。
  • scale= - 设置整数缩放因子（例如 scale=2），用于高DPI显示器，让UI元素变大。
  • adaptive-sync= - 启用或禁用 Adaptive Sync (如 VRR/G-Sync/FreeSync)。可选 on, off。

示例：配置两个不同的显示器

# 配置主屏幕 eDP-1 为 1080p 60Hz，并旋转90度
[output]
name=eDP-1
mode=1920x1080@60
transform=90

# 配置 HDMI-A-1 为 4K 分辨率
[output]
name=HDMI-A-1
mode=3840x2160
scale=2

4. [shell] - Shell 界面配置

配置桌面 Shell 的行为，如 desktop, kiosk, ivi 等。

  • background-image= - 设置桌面背景图片的完整路径。
  • background-color= - 设置桌面背景颜色，格式为 0xRRGGBB。例如 0x334455。
  • panel-position= - 设置面板（顶部栏）的位置。可选 top, bottom, left, right, none（隐藏面板）。
  • locking= - 是否允许屏幕锁定（超时后）。默认为 true。
  • animation= - 启用或关闭动画效果（如弹出菜单、工作空间切换）。可设为 zoom 或 none。

示例：为信息亭（kiosk）模式设置一个纯色背景并隐藏面板

[shell]
background-color=0x222222
panel-position=none
locking=false
animation=none

5. [autolaunch] - 自动启动应用

极其重要，用于在 Weston 启动时自动运行你的应用程序，尤其是在 kiosk 模式下。

  • path= - 要执行的应用的完整路径。
  • args= - 传递给应用的命令行参数。
  • 你可以有多个 [autolaunch] 节来启动多个程序，但它们会并行启动。

示例：启动一个 Qt Wayland 应用

[autolaunch]
path=/usr/bin/my_qt_application
args=--fullscreen

6. [keyboard] - 键盘布局

  • keymap_rules= - 设置键盘规则，如 evdev。
  • keymap_model= - 键盘模型，如 pc105。
  • keymap_layout= - 键盘布局，如 us, de, fr, cn。

示例：

[keyboard]
keymap_rules=evdev
keymap_model=pc105
keymap_layout=cn

完整示例：一个典型的嵌入式设备配置

假设我们有一个 800x480 的嵌入式触摸屏设备，运行一个全屏的 kiosk 应用，并且屏幕是倒着安装的。

# /etc/xdg/weston/weston.ini

[core]
repaint-window=16
require-input=false

# 配置显示输出（通过 weston-info 查看到屏幕名是 "DSI-1"）
[output]
name=DSI-1
mode=800x480@60
transform=180 # 因为屏幕是倒着安装的，旋转180度

# 配置触摸屏输入（通过 evtest 或 libinput list-devices 查看设备名）
[libinput]
match-name=Goodix Capacitive TouchScreen
transform=180 # 同样旋转触摸坐标180度，使其与显示匹配

# 配置 Shell 为 kiosk 模式，并隐藏所有UI
[shell]
panel-position=none
background-color=0x000000
locking=false

# 启动我们的主应用程序
[autolaunch]
path=/usr/bin/my-kiosk-app
args=--fullscreen

# 设置键盘布局为美式
[keyboard]
keymap_rules=evdev
keymap_model=pc105
keymap_layout=us

要查看所有可能的选项，最权威的方法是查阅 Weston 源码中的文档：

  • man weston.ini （如果已安装手册页）
  • 或者直接查看源码中的 weston.ini.man.md 文件。