Raspberry Pi и Qt. Кросс-компиляция Qt и установка Qt Creator.

Одним из инструментов для создания приложений с графическим пользовательским интерфейсом является хорошо известный фреймворк Qt. Кроссплатформенность Qt позволяет нам успешно использовать его в том числе и для разработки на Raspberry Pi. Но здесь есть один нюанс, о котором мы и поговорим в этой статье.

В принципе, можно без проблем установить Qt Creator и сопутствующие библиотеки непосредственно на Raspberry. И, соответственно, на самой же плате и заниматься разработкой. Но! Компиляция требует достаточно серьезных мощностей, в связи с чем этот процесс на Raspberry будет занимать довольно продолжительное время, что, естественно, нежелательно.

Решение данной проблемы такое - разработка и дальнейшая компиляция выполняются на ПК, а уже готовое приложение загружается и используется на Raspberry Pi. Для реализации этого нам нужно будет кросс-компилировать Qt на хосте (ПК), чтобы затем можно было разворачивать и отлаживать приложения уже на плате. Итак, в отправной точке у нас в наличии:

• Raspberry Pi 4 с установленной Raspberry Pi OS.
• Хост - ПК с ОС Ubuntu 20.04 (моя версия на момент написания статьи).
• Подключение по SSH.

В дальнейшем часть команд будут выполняться на ПК, а часть - на Raspberry Pi, поэтому во избежание путаницы для каждой команды и каждого шага будем добавлять наглядные метки: [PC] или [Raspberry Pi].

Кросс-компиляция Qt.

Шаг 1. [Raspberry Pi]

Произведем необходимые настройки:

sudo raspi-config

Первым делом включаем поддержку OpenGL driver with fake KMS. Для этого переходим в Advanced Options - GL Driver:

И второй момент - настраиваем Raspberry Pi OS на загрузку без запуска графической оболочки. Идем в System Options - Boot / Auto Login:

Шаг 2. [Raspberry Pi]

Редактируем файл /etc/apt/sources.list, например, при помощи редактора nano:

sudo nano /etc/apt/sources.list

Нашей целью здесь является раскомментирование строки:

deb-src http://raspbian.raspberrypi.org/raspbian/ buster main contrib non-free rpi

Шаг 3. [Raspberry Pi]

Обновляем систему и устанавливаем необходимые пакеты:

sudo apt-get update 
sudo apt-get upgrade

sudo apt-get build-dep qt5-qmake
sudo apt-get build-dep libqt5gui5
sudo apt-get build-dep libqt5webengine-data
sudo apt-get build-dep libqt5webkit5
sudo apt-get install libudev-dev libinput-dev libts-dev libxcb-xinerama0-dev libxcb-xinerama0 gdbserver pkg-config mesa-utils libgles2-mesa-dev libdrm.dev libgbm.dev

Шаг 4. [Raspberry Pi]

Создаем на Raspberry Pi папку для пользователя pi для дальнейшего развертывания в ней Qt:

sudo mkdir /usr/local/qt
sudo chown pi:pi /usr/local/qt

Шаг 5. [PC]

Теперь создаем папку на хосте и скачиваем тулчейн для кросс-компиляции:

mkdir ~/raspberrypi
cd ~/raspberrypi
wget https://releases.linaro.org/components/toolchain/binaries/latest-7/arm-linux-gnueabihf/gcc-linaro-7.5.0-2019.12-x86_64_arm-linux-gnueabihf.tar.xz
tar xf gcc-linaro-7.5.0-2019.12-x86_64_arm-linux-gnueabihf.tar.xz

У меня 64-битная ОС, соответственно, версия - x86_64.

Шаг 6. [PC]

Создаем sysroot для кросс-компиляции под Raspberry Pi:

mkdir sysroot sysroot/usr sysroot/opt

Шаг 7. [PC]

Синхронизируем sysroot на ПК с Raspberry Pi:

rsync -avz pi@192.168.0.101:/lib sysroot
rsync -avz pi@192.168.0.101:/usr/include sysroot/usr
rsync -avz pi@192.168.0.101:/usr/lib sysroot/usr
rsync -avz pi@192.168.0.101:/opt/vc sysroot/opt

Соответственно, здесь и далее имя пользователя (pi) и ip-адрес платы (192.168.0.101) нужно заменить на свои.

Шаг 8. [PC]

Заменяем символьные ссылки sysroot на относительные при помощи готового скрипта sysroot-relativelinks.py. Скачиваем скрипт и запускаем:

wget https://raw.githubusercontent.com/riscv/riscv-poky/master/scripts/sysroot-relativelinks.py
chmod +x sysroot-relativelinks.py
./sysroot-relativelinks.py sysroot

Шаг 9. [PC]

Скачиваем исходники Qt. Будем использовать LTS версию 5.15.1:

git clone git://code.qt.io/qt/qtbase.git -b 5.15.1
cd qtbase

Шаг 10. [PC]

Выполняем конфигурацию перед сборкой. Для Raspberry Pi 4 аргументом -device будет linux-rasp-pi4-v3d-g++:

./configure -release -opengl es2  -eglfs -device linux-rasp-pi4-v3d-g++ -device-option CROSS_COMPILE=~/raspberrypi/gcc-linaro-7.5.0-2019.12-x86_64_arm-linux-gnueabihf/bin/arm-linux-gnueabihf- -sysroot ~/raspberrypi/sysroot -prefix /usr/local/qt -extprefix ~/raspberrypi/qt -hostprefix ~/raspberrypi/host-qt -opensource -confirm-license -skip qtscript -skip qtwayland -skip qtwebengine -nomake tests -make libs -pkg-config -no-use-gold-linker -v -recheck

При успешном выполнении данного шага в консоли должны быть активированы следующие пункты:

При неудавшейся конфигурации или сборке не забываем выполнить полную очистку перед повторной попыткой:

git clean -dfx

Шаг 11. [PC]

Приготовления закончены, собираем:

make -j8
make install

Шаг 12. [PC]

Разворачиваем собранный Qt на Raspberry Pi:

cd ~/raspberrypi
rsync -avz qt pi@192.168.0.101:/usr/local

И на этом процесс завершен 👍 Переходим к следующему аспекту - установке, запуску и настройке Qt Creator.

Qt Creator для Raspberry Pi.

Шаг 1. [PC]

Установка проста:

sudo apt install qtcreator

Шаг 2. [PC]

Добавляем устройство в Qt Creator. Переходим в меню Tools - Options, открываем раздел Devices и добавляем Generic Linux Device:

Здесь мы задали имя устройства, ip-адрес и имя пользователя. Кроме того, указываем приватный SSH-ключ для доступа к Raspberry Pi по SSH.

Шаг 3. [PC]

Идем в раздел Kits на вкладку Compilers и добавляем компиляторы для C и C++:

Шаг 4. [PC]

В том же разделе на вкладке Debuggers добавляем отладчик для работы с Raspberry. Но для этого предварительно устанавливаем:

sudo apt-get install gdb-multiarch

А затем уже возвращаемся в Debuggers:

Шаг 5. [PC]

Дальше по списку вкладка Qt Versions, где мы добавляем версию Qt:

Шаг 6. [PC]

И финишируем на вкладке Kits, добавив набор инструментов, которые мы будем использовать для Raspberry Pi. Собственно, систематизируем все, что мы добавили ранее:

Теперь при создании нового проекта будет доступен созданный набор, названный нами - Raspberry Pi. В общем-то, как раз и переходим к созданию тестового проекта.

Создание проекта.

Шаг 1. [PC]

Создаем проект и выбираем добавленный ранее набор инструментов:

Шаг 2. [PC]

В настройках проекта в .pro файле можно задать путь для установки приложения на Raspberry Pi. К примеру:

# Default rules for deployment.
qnx: target.path = /tmp/$${TARGET}/bin
else: unix:!android: target.path = /home/pi/Qt_Projects/$${TARGET}
!isEmpty(target.path): INSTALLS += target

То есть в данном случае созданное приложение будет развернуто в папке /home/pi/Qt_Projects/ на Raspberry Pi.

Шаг 3. [PC]

Создаем простейшее приложение с одной кнопкой. По нажатию кнопки, а также в конструкторе и деструкторе MainWindow выдаем сообщение через qDebug().

Собираем приложение и разворачиваем на Raspberry Pi:

Итогом будет успешный запуск на Raspberry:

Собственно, цель достигнута. В завершение, разберем одну потенциальную проблему. При компиляции тестового проекта могут возникнуть ошибки вроде:

error: variable has incomplete type 'QApplication'
error: unknown type name 'MainWindow'

Часто это связано с тем, что Ubuntu 20.04 по умолчанию использует clang-10. А Qt требует clang-8. Поэтому для устранения ошибок выполняем последовательно:

sudo apt install clang-8
sudo update-alternatives --install /usr/bin/clang++ clang++ /usr/bin/clang++-8 100
sudo update-alternatives --install /usr/bin/clang clang /usr/bin/clang-8 100

Вот на этом точно все, спасибо за внимание и до скорого 🤝