BeagleBone AI-64 – DO9ITA Yocto/KAS Build

Yocto-basierte Linux-Distribution für das BeagleBone AI-64 Board mit ROS 2 Jazzy Jalisco, Hardware-Beschleunigung und Sensor-Integration, gebaut mit KAS.

Hardware-Übersicht

Eigenschaft	Details
SoC	Texas Instruments TDA4VM (J721E), K3-Generation
CPU	Dual-Core ARM Cortex-A72 + Quad-Core Cortex-A53
GPU	Imagination Rogue BXS-4-64 (Mesa-PVR, OpenGL ES 3.2, Vulkan 1.0)
DSP	2× C66x (40 GFLOPS), 1× C7x + MMA (8 TOPS INT8)
Vision	2× VPAC (ISP, LDC, NF), 1× DMPAC (SDE, DOF)
Video	VXE Encoder (H.264/HEVC, 4Kp30), VXD Decoder (H.264/HEVC/VP9, 4Kp60)
RAM	4 GB LPDDR4
Speicher	microSD, eMMC (16 GB)
Ethernet	Gigabit Ethernet
USB	USB 3.0 Type-C (Host + Gadget), USB 2.0 Type-A
PCIe	PCIe Gen 3 x1 (Endpoint + NTB)
Display	Mini-HDMI, MIPI DSI
Kamera	2× MIPI CSI-2 (OV5640, IMX219 Dual, FPDLink III)
Erweiterung	2 × 23-Pin Cape Header (P8, P9) – BeagleBone-kompatibel
Schnittstellen	I2C, SPI, UART, CAN-FD, PWM (EPWM0/2/4), GPIO
Sicherheit	ARM TrustZone, OP-TEE, Secure Boot (RSA-4096, SHA-512)
Realtime	2× Cortex-R5F (MCU-Domain), 1× Cortex-M3 (Power-Controller)
Formfaktor	BeagleBone (ca. 55 × 86 mm)

Voraussetzungen

• Linux-Host (getestet unter Ubuntu 22.04+)
• Python 3.10+ mit venv
• Typische Yocto-Host-Pakete (gawk wget git diffstat unzip texinfo gcc build-essential chrpath socat cpio python3 python3-pip python3-pexpect xz-utils debianutils iputils-ping python3-git python3-jinja2 python3-subunit zstd liblz4-tool file locales libacl1)

Schnellstart

# 1. Python-Umgebung aktivieren
python3 -m venv .venv
source .venv/bin/activate
pip install kas

# 2. BBAI64 Hardware-Image bauen
kas build kas-bbai64-scarthgap.yml

# 3. Oder QEMU-Entwicklungsimage bauen
kas build kas-qemu-dev.yml

Das fertige WIC-Image liegt nach dem Build unter:

build/deploy-ti/images/beaglebone-ai64/do9ita-bbai64-image-beaglebone-ai64.rootfs.wic.xz

SD-Karte flashen

# bmaptool installieren (falls noch nicht vorhanden)
sudo apt install bmap-tools

# Image flashen (schneller als dd, da nur beschriebene Blöcke kopiert werden)
sudo bmaptool copy \
  build/deploy-ti/images/beaglebone-ai64/do9ita-bbai64-image-beaglebone-ai64.rootfs.wic.xz \
  /dev/sdX

Hinweis: /dev/sdX durch das tatsächliche Gerät ersetzen (z. B. /dev/sdb). Die .wic.bmap-Datei wird automatisch erkannt, wenn sie neben der .wic.xz liegt.

Projektstruktur

.
├── kas-bbai64-scarthgap.yml   # KAS: BBAI64 Hardware-Build (gepinnt)
├── kas-qemu-dev.yml           # KAS: QEMU aarch64 Entwicklungs-Build (gepinnt)
├── kas-common.yml             # KAS: Gemeinsame Layer und Konfiguration (gepinnt)
├── kas-bbai64-latest.yml      # KAS: BBAI64 Build (Branch-basiert)
├── kas-qemu-latest.yml        # KAS: QEMU Build (Branch-basiert)
├── kas-common-latest.yml      # KAS: Gemeinsame Layer (Branch-basiert)
├── scripts/
│   ├── flash-emmc.py          # eMMC über Serial + TFTP flashen
│   ├── build_and_test.sh      # Build + Test Pipeline
│   ├── update_and_build.sh    # Layer aktualisieren + bauen
│   └── maintain.py            # Wartung: Update, Build, Test, Pin
├── src/
│   ├── meta-do9ita/           # Eigener Meta-Layer (Distro, Images, Netzwerk)
│   └── meta-do9ita-bbai64/    # BBAI64-spezifisch (DT-Overlays, Kernel-Config)
├── layers/                    # Geklonte Yocto-Layer (von KAS verwaltet)
│   ├── poky/                  #   Yocto Reference (Scarthgap LTS)
│   ├── meta-openembedded/     #   OE Ergänzungslayer
│   ├── meta-arm/              #   ARM Toolchain + BSP
│   ├── meta-ti/               #   TI BSP (K3/J721E)
│   └── meta-ros/              #   ROS 2 Jazzy Jalisco
├── tests/                     # labgrid/pytest Integration-Tests
├── docs/                      # Dokumentation
└── build/                     # Bitbake Build-Verzeichnis

Build-Konfiguration

BBAI64 Hardware-Build (kas-bbai64-scarthgap.yml)

Eigenschaft	Wert
Machine	beaglebone-ai64
Distro	do9ita-ai64
Image	do9ita-bbai64-image
Yocto Release	Scarthgap (LTS)
BSP-Profil	bb_org-6_6 (BeagleBoard.org Kernel 6.6)
Init	systemd (networkd, resolved, timesyncd)

QEMU Entwicklungs-Build (kas-qemu-dev.yml)

Eigenschaft	Wert
Machine	qemuarm64
Distro	do9ita
Image	do9ita-qemu-image
Kernel	linux-yocto 6.6
RAM	2 GB (cortex-a72)

Gemeinsame Downloads und sstate-cache liegen unter ~/.yocto/ und können projektübergreifend wiederverwendet werden.

Enthaltene Pakete

Gemeinsam (alle Images)

• Netzwerk: OpenSSH-Server, systemd-networkd (DHCP), systemd-resolved (DNS-over-TLS), systemd-timesyncd (NTP)
• Bus-Tools: i2c-tools, spitools, can-utils, ethtool, pciutils, usbutils
• Python: Python 3
• ROS 2 Jazzy: ros-base, sensor-msgs, std-msgs, geometry-msgs, nav-msgs, diagnostic-msgs

Nur BBAI64

• Wireless/BT: linux-firmware, BlueZ 5, wpa-supplicant, iw
• Kamera: v4l-utils, media-ctl, yavta, libcamera, kernel-module-uvcvideo
• GPIO: libgpiod, libgpiod-tools, python3-libgpiod
• ROS 2 (zusätzlich): cv-bridge, image-transport
• Speicher: mmc-utils

Nur QEMU

• Debug: gdb, strace, tcpdump, htop, vim, curl
• Paketverwaltung: debug-tweaks, tools-debug, tools-profile

Sensor-Unterstützung (BBAI64)

Vorkonfigurierte Device-Tree-Overlays und Kernel-Module für:

Sensor	Typ	DT-Overlay
OV5640 / IMX219	MIPI CSI-2 Kamera	k3-j721e-evm-csi2-ov5640.dtbo / k3-j721e-sk-csi2-dual-imx219.dtbo
USB-Webcam (UVC)	USB Video	Kein Overlay nötig
HC-SR04	Ultraschall	k3-j721e-beagleboneai64-hcsr04.dtbo
MPU-6050	6-Achsen IMU (I²C)	k3-j721e-beagleboneai64-mpu6050.dtbo
VL53L0X	Time-of-Flight Laser (I²C)	k3-j721e-beagleboneai64-vl53l0x.dtbo

Tests

Integration-Tests mit labgrid + pytest – lauffähig sowohl auf QEMU als auch auf realer Hardware:

# QEMU-Tests (Standard)
pytest

# HW-Tests über serielle Konsole
pytest --lg-env tests/bbai64-env.yaml

Testabdeckung: Boot, Netzwerk, Dateisystem, Paket-Verfügbarkeit.

Siehe docs/tests.md für das vollständige Test-Setup.

Skripte

Skript	Beschreibung
scripts/flash-emmc.py	eMMC über Serial + TFTP flashen (kein SD nötig)
scripts/build_and_test.sh	Build + Test Pipeline (QEMU + optional HW)
scripts/update_and_build.sh	Layer auf neuesten scarthgap-Stand bringen + bauen
scripts/maintain.py	Update → Build → Test → Pin (vollständige Wartung)

Siehe docs/scripts.md für Details.

Dokumentation

Dokument	Inhalt
docs/bbai64/	Hardware-Referenz (SoC, Beschleuniger, Cores)
docs/bbai64/tftp-update.md	U-Boot TFTP Update-Anleitung
docs/hw/	Sensor-Anleitungen (CSI, USB-Cam, HC-SR04, MPU-6050, VL53L0X)
docs/ros2-tutorial.md	ROS 2 Jazzy Tutorial (Topics, Services, Parameter, TF2)
docs/power-management.md	K3 Power-Management, DVFS, PMIC
docs/scripts.md	Skript-Referenz (flash, build, maintain)
docs/tests.md	Test-Setup und -Ausführung
docs/projects/project1/	Videostreaming-Projekte (H.265, Multi-Kamera, PiP)

Lizenz

Siehe LICENSE.