嵌入式交叉開發(fā)環(huán)境的搭建

主要內(nèi)容：（1）嵌入式ARM-Linux平臺的體系結(jié)構(gòu)；（2）交叉開發(fā)的相關(guān)概念與工具軟件；（3）嵌入式Linux開發(fā)的NFS配置；北華航天工業(yè)學(xué)院房好帥fanghaoshuai@第1部分嵌入式交叉開發(fā)環(huán)境的搭建（1）能夠正確編譯嵌入式ARM-Linux版本的“helloworld”程序并運行能力目標(biāo)：1.1嵌入式ARM-Linux平臺的體系結(jié)構(gòu)嵌入式ARM-Linux系統(tǒng)的硬件構(gòu)成以處理器為核心，擴展內(nèi)存、外存、接口電路、電源電路、外部設(shè)備構(gòu)成：北華航天工業(yè)學(xué)院房好帥fanghaoshuai@S3C2440處理器SoC芯片，包括ARM9CPU、一些外設(shè)接口，通過芯片內(nèi)部總線AHB、APB總線連接：北華航天工業(yè)學(xué)院房好帥fanghaoshuai@比如實驗室采用的開發(fā)板，主要硬件構(gòu)成為：（1）S3C2440片上SDRAM控制器接口連接2片內(nèi)存芯片，H57V2562GTR-60C，共計128MB（4）由于處理器芯片沒有集成網(wǎng)卡接口，故需要擴展連接DM9000芯片，該芯片片選直接接在nGCS4，故可通過0x20000000和0x20000004地址訪問其中的數(shù)據(jù)、命令寄存器；（處理器沒有集成的接口需要擴展）（2）S3C2440片上NandFlash控制器接口連接1片K9F2G08U0B作為外存，256MB容量；（3）片上LCD、TS控制器接口連接4.3寸TFTLCD，分辨率480×272（外部設(shè)備）；北華航天工業(yè)學(xué)院房好帥fanghaoshuai@S3C2440芯片集成了ARM920T核的CPU，需要關(guān)注其主要特性為：（1）5級指令流水線，指令、數(shù)據(jù)高速緩存都為16KB；（4）具備響應(yīng)中斷能力及其Tick時鐘；鑒于以上特點，該芯片支持現(xiàn)代操作系統(tǒng)的特性，故可以移植Linux操作系統(tǒng)在其硬件運行。（2）具備MMU，支持頁表及內(nèi)存訪問權(quán)限；（3）不同的工作狀態(tài)：用戶模式、特權(quán)模式；北華航天工業(yè)學(xué)院房好帥fanghaoshuai@（5）具備相關(guān)指令實現(xiàn)多任務(wù)互斥；對于ARM9系列的處理器：（1）ARM公司負(fù)責(zé)設(shè)計CPU核心，不生產(chǎn)芯片，官方網(wǎng)站可以下載ARM920TTechnicalReferenceManual文檔，詳細(xì)描述了ARM9CPU的特征；（2）S3C2440是SAMSUNG生產(chǎn)的ARM9處理器，購買了ARM9的設(shè)計，在CPU基礎(chǔ)上增加了一些常見外設(shè)接口，集成在一個芯片上形成SoC，芯片的DataSheet可以從SAMSUNG官網(wǎng)得到；要想深入獲取某個ARM芯片的詳細(xì)信息，這兩個文檔是權(quán)威資料！北華航天工業(yè)學(xué)院房好帥fanghaoshuai@硬件平臺上運行的軟件系統(tǒng)存儲在外存，包括3部分：（1）bootloader（引導(dǎo)加載程序）系統(tǒng)加電啟動運行的一段程序，初始化設(shè)置處理器工作狀態(tài)、系統(tǒng)時鐘、內(nèi)存、外存、串口、網(wǎng)口等必要的部件，將Linux內(nèi)核從外存拷貝到內(nèi)存，傳遞參數(shù)并啟動內(nèi)核；u-boot是現(xiàn)階段最著名的開源bootloader，必須根據(jù)嵌入式硬件平臺修改代碼并編譯才能運行，這個過程稱為軟件移植；北華航天工業(yè)學(xué)院房好帥fanghaoshuai@（2）linuxkernel（內(nèi)核）內(nèi)核實現(xiàn)了操作系統(tǒng)的核心功能，包括進(jìn)程管理，存儲管理，虛擬文件系統(tǒng)，網(wǎng)絡(luò)協(xié)議等；北華航天工業(yè)學(xué)院房好帥fanghaoshuai@Linux內(nèi)核源代碼可以從下載，不能直接應(yīng)用于ARM平臺，必須經(jīng)過移植：（1）與體系結(jié)構(gòu)相關(guān)的代碼，大多數(shù)是采用匯編語言編寫，需要按照目標(biāo)平臺進(jìn)行修改；（2）內(nèi)核中大量的代碼為設(shè)備驅(qū)動程序，需要根據(jù)開發(fā)的系統(tǒng)進(jìn)行修改與剪裁；所幸的是，u-boot、kernel中已經(jīng)有了目標(biāo)平臺的參照，比如samsung官方的開發(fā)板相關(guān)的代碼，對比其中的不同，可以進(jìn)行修改。北華航天工業(yè)學(xué)院房好帥fanghaoshuai@（3）filesystem（文件系統(tǒng)）Linux文件系統(tǒng)即用戶可以操作的目錄結(jié)構(gòu)與文件，嵌入式系統(tǒng)需要根據(jù)具體情況進(jìn)行文件系統(tǒng)的剪裁；（2）內(nèi)核模塊：Linux內(nèi)核為單體結(jié)構(gòu)，但提供了加載內(nèi)核模塊的機制，一些設(shè)備驅(qū)動以模塊的形式視具體情況添加到文件系統(tǒng)中；文件系統(tǒng)中需要剪裁的項目：（1）共享庫：glibc庫一般是必須的，比如系統(tǒng)需要用戶界面，需要將Qt界面庫加入進(jìn)來；北華航天工業(yè)學(xué)院房好帥fanghaoshuai@開源項目busybox可以進(jìn)行編譯生成供嵌入式Linux使用的文件系統(tǒng)。1.2交叉工具鏈與交叉開發(fā)環(huán)境北華航天工業(yè)學(xué)院房好帥fanghaoshuai@PC機軟件開發(fā)從“源碼程序”到“機器碼文件”的過程，一般在本機編寫代碼，本機調(diào)試，本機運行；北華航天工業(yè)學(xué)院房好帥fanghaoshuai@嵌入式開發(fā)軟件從“源碼程序”到“機器碼文件”的過程則明顯不同，嵌入式平臺由于資源所限一般不會安裝開發(fā)調(diào)試環(huán)境，則需要在PC中進(jìn)行編寫代碼與編譯，在嵌入式平臺上運行：北華航天工業(yè)學(xué)院房好帥fanghaoshuai@交叉開發(fā)環(huán)境建立交叉開發(fā)環(huán)境（CrossDevelopmentEnvironment）是嵌入式軟件開發(fā)時的顯著特點，交叉開發(fā)環(huán)境是指編譯、鏈接和調(diào)試嵌入式軟件的環(huán)境，通常采用宿主機／目標(biāo)機模式。1.2.1交叉開發(fā)環(huán)境北華航天工業(yè)學(xué)院房好帥fanghaoshuai@交叉開發(fā)環(huán)境的組成要素：（1）宿主機（host）：普通的PC機，要求具備串口、并口、USB接口、網(wǎng)絡(luò)接口；（2）目標(biāo)機（target）：ARM開發(fā)板，要求具備串口、USB接口、網(wǎng)絡(luò)接口；（3）交叉工具鏈（crosstoolschain）：包括交叉編譯器、交叉匯編器、交叉鏈接器，能夠在宿主機上運行，并且能夠生成在目標(biāo)機上直接運行的二進(jìn)制代碼的編譯器和鏈接器；比如：ARM體系結(jié)構(gòu)的gcc交叉開發(fā)工具鏈，至少要包括：arm-linux-gcc是交叉編譯器，arm-linux-as是交叉匯編器，arm-linux-ld是交叉鏈接器；北華航天工業(yè)學(xué)院房好帥fanghaoshuai@1.2.2交叉調(diào)試交叉調(diào)試（CrossDebug）又稱為遠(yuǎn)程調(diào)試（RemoteDebug），采用調(diào)試器控制目標(biāo)機上被調(diào)試程序的運行，并具有查看和修改目標(biāo)機上內(nèi)存單元、寄存器以及被調(diào)試進(jìn)程中變量值等各種調(diào)試功能的調(diào)試方法。北華航天工業(yè)學(xué)院房好帥fanghaoshuai@交叉調(diào)試一般具有如下特點：（1）調(diào)試器連接在宿主機與目標(biāo)機之間，宿主機中的調(diào)試軟件可操作調(diào)試器，而被調(diào)試的程序則運行在開發(fā)板上（目標(biāo)機）；（2）調(diào)試器通過某種通信方式與被調(diào)試程序運行的開發(fā)板建立聯(lián)系，如串口、并口、網(wǎng)絡(luò)、JTAG接口等；（3）在目標(biāo)機上一般會具備某種形式的調(diào)試代理，它負(fù)責(zé)與調(diào)試器通信完成對目標(biāo)機上運行著的程序的調(diào)試。調(diào)試代理可能是硬件設(shè)備或軟件；在進(jìn)行ARM-Linux開發(fā)中，gdbserver運行在目標(biāo)機，arm-linux-gdb運行在宿主機，雙方通過網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行交叉調(diào)試通訊。北華航天工業(yè)學(xué)院房好帥fanghaoshuai@1.2.3ARM-Linux交叉開發(fā)軟件環(huán)境構(gòu)建1、PC機安裝LinuxPC安裝的Linux有多個發(fā)行版本，如RedHat，Suse，Ubuntu，F(xiàn)reeBSD，選擇任意都可以；Linux可以直接安裝在計算機上，推薦在Windows操作系統(tǒng)下通過Vmware虛擬機進(jìn)行安裝；實驗室的安裝環(huán)境：Vmware+Ubuntu10.04；虛擬機中的Linux系統(tǒng)可以和Windows系統(tǒng)進(jìn)行配置共享目錄來交換數(shù)據(jù)，安裝了vmwaretools也可以進(jìn)行直接拷貝；這樣在windows系統(tǒng)下就可以使用Linux，在虛擬機的Linux系統(tǒng)中可以安裝交叉開發(fā)工具北華航天工業(yè)學(xué)院房好帥fanghaoshuai@北華航天工業(yè)學(xué)院房好帥fanghaoshuai@2、Linux系統(tǒng)中安裝交叉工具鏈開發(fā)板的廠商提供了EABI-4.3.3_EmbedSky_20100610.tar.bz2文件為已經(jīng)制作好的4.3.3版本的工具鏈，拷貝到虛擬機Linux系統(tǒng)執(zhí)行tar命令解壓縮即可；安裝執(zhí)行解壓把編譯器放在：/opt/EmbedSky/4.3.3目錄；可以使用開源項目Binutils制作交叉編譯器，初學(xué)者不建議，直接使用廠商提供的交叉編譯器即可；北華航天工業(yè)學(xué)院房好帥fanghaoshuai@可以在/etc/bash.bashrc文件中加入：exportPATH=$PATH:/opt/EmbedSky/4.3.3/bin

即將交叉工具鏈加入到PATH，就可以直接使用arm-linux-gcc、arm-linux-g++等一些命令；輸入arm-linux-gcc–v可查看編譯器版本：北華航天工業(yè)學(xué)院房好帥fanghaoshuai@arm-linux交叉工具鏈包含了多種交叉編譯工具：名稱作用arm-linux-as編譯ARM匯編程序arm-linux-ar把多個.o合并成一個.o或靜態(tài)庫(.a)arm-linuxran-lib為庫文件建立索引，相當(dāng)于arm-linux-ar-sarm-linux-ld連接器(Linker),把多個.o或庫文件連接成可執(zhí)行文件arm-linux-objdump查看目標(biāo)文件(.o)和庫(.a)的信息arm-linux-objcopy轉(zhuǎn)換可執(zhí)行文件的格式arm-linux-strip去掉elf可執(zhí)行文件的信息.使可執(zhí)行文件變小arm-linux-readelf讀elf可執(zhí)行文件的信息arm-linux-gcc編譯.c或.S開頭的C程序或匯編程序arm-linux-g++編譯c++程序交叉工具鏈多種工具組合可以生成目標(biāo)平臺的可執(zhí)行文件北華航天工業(yè)學(xué)院房好帥fanghaoshuai@北華航天工業(yè)學(xué)院房好帥fanghaoshuai@采用arm-linux-gcc編譯示例：helloworld.c#include<stdio.h>intmain(){

printf("helloworld,i'mrunningonarm_linux!"); return0;}命令：arm-linux-gcc-ohelloworld

helloworld.c生成名為helloworld的可執(zhí)行文件采用file命令可以查看文件類型，采用交叉編譯器編譯的helloworld：北華航天工業(yè)學(xué)院房好帥fanghaoshuai@采用gcc-ohelloworld

helloworld.c編譯的helloworld：1.3串口工具在ARM-Linux平臺開發(fā)中的使用嵌入式Linux開發(fā)中，串口作為開發(fā)板的控制臺，開發(fā)板將信息輸出到串口，同時也從串口讀取命令，故通過宿主機PC與開發(fā)板串口連接，利用windows下的超級終端、或Linux的minicom軟件即可操作開發(fā)板；便攜式筆記本計算機一般沒有串口，USB轉(zhuǎn)串口線，正確安裝驅(qū)動后計算機中會發(fā)現(xiàn)此串口設(shè)備，和真實的串口使用起來一樣；北華航天工業(yè)學(xué)院房好帥fanghaoshuai@1、超級終端的使用WindowXP菜單的附件通訊工具中，或是更改版本可拷貝超級終端軟件，啟動后出現(xiàn)新建連接：北華航天工業(yè)學(xué)院房好帥fanghaoshuai@選擇使用的串口參數(shù)：北華航天工業(yè)學(xué)院房好帥fanghaoshuai@連接ARM開發(fā)板，啟動開發(fā)板即可看到信息，開發(fā)板完全啟動后即可看到開發(fā)linux命令行：這樣在超級終端中即可通過輸入命令操作嵌入式開發(fā)板北華航天工業(yè)學(xué)院房好帥fanghaoshuai@也可以使用虛擬機中的Linux的minicom操作串口，首先需要將串口加入到虛擬機設(shè)備中：北華航天工業(yè)學(xué)院房好帥fanghaoshuai@在虛擬機的命令行中輸入minicom–s，即可啟動相關(guān)參數(shù)設(shè)置，設(shè)置參數(shù)完成后，啟動開發(fā)板，即可看到同樣效果：北華航天工業(yè)學(xué)院房好帥fanghaoshuai@1.4搭建NFS調(diào)試環(huán)境北華航天工業(yè)學(xué)院房好帥fanghaoshuai@1、NFS的作用NFSServerNFSClientNFSClientNFSServer中配置NFS主機分享的目錄A；NFSClient將NFS主機分享的目錄掛載到本機某目錄B；則可以在NFSClient中訪問目錄B即可達(dá)到訪問NFS主機的目錄A的目的，可對其進(jìn)行任何操作；北華航天工業(yè)學(xué)院房好帥fanghaoshuai@2、NFS的配置在嵌入式Linux開發(fā)中，宿主機PC安裝的Linux可作為NFSServer，開發(fā)板可作為NFSClient；（1）PC機配置作為NFSServer如把“/work/mynfs”作為分享目錄，在/etc/exports文件中增加：/work/mynfs*(rw,sync,no_root_squash)之后使用以下兩條命令重啟NFS服務(wù)sudo/etc/init.d/portmaprestartsudo/etc/init.d/nfs-kernel-serverrestart*：允許所有的網(wǎng)段訪問rw

：讀寫權(quán)限sync：同步寫入no_root_squash：nfs客戶端共享目錄使用者權(quán)限北華航天工業(yè)學(xué)院房好帥fanghaoshuai@（2