嵌入式系统开发：Arm与Linux的完美结合

shanyan · 发表于 2019-5-29 01:34:43

嵌入式系统的定义应当是以应用为中心、以计算机技术为基础、软件硬件可裁剪、适应应用系统对功能、可靠性、成本、体积、功耗严格要求的专用计算机系统。

　　比如现在ATM取款机就是一个典型RTOS,embedded os主要包括两部分，一部分是处理器，比如Arm,POWERPC,MIPC,一部分是OS，比如Linux,wince,vxworks,us/os,etc.我现在主要学习的路线是arm+linux，选择arm主要是因为arm技术已经比较成熟，选择linux是因为linux是开源的，免费的，另外如果学好了linux就算将来不搞嵌入式系统开发这块，也可以专供linux服务器这一方面。
　　学习嵌入式linux，主要做的就是四点，一点就是写bootloader,并移植到到nand flash上，第二点，编译kernel,并通过bootloader下载到nand flash上，第三点，在基于nand flash上建立文件系统，第四点，把写好的应用程序下载到target上。基本流程就是这么下来的，具体到开发板上时可能就有所差别了，下边就以深圳优龙公司的fs2410为目标板具体的上述一下开发的流程，以及在开发中应注意的问题。
　　第一步：交叉编译环境的建立
　　A: 基于linux操作系统的应用开发环境一般是由目标系统硬件（开发板）和宿主pc机所构成。目标硬件开发板用于运行操作系统和系统应用软件。而目标板所用到的操作系统的内核编译、应用程序的开发和调试则需要通过宿主pc机来完成（所以称为交叉编译）。双方之间一般通过串口，并口或以太网接口建立连接关系。安装linux os，比如redhao linux 9.0,可以采用默认安装（但要包含ftp服务），将该linux服务器接入局域网，其他的pc机可以用windows,需要的软件工具包括。
　　（1）ftp客户端程序
　　（2）telnet工具
　　（3）移植到某一特定arm平台的linux操作系统内核源码
　　（4）gnu编译工具，可由相关网站下载
　　在某工作站pc上安装ftp客户端程序和telnet工具，linux os kernel的编译一般有一个比较固定的步骤，会根据Makefiel文件的不同而略有差异，可参考相关文档，按固定的步骤编译内核完成以后，会在相应目录生成可执行的二进制文件,通过ftp传到pc机上，热后通过串口或网络下载到开发板上。
　　B：（1）创建编译环境，在这个过程中，将设置一些环境变量，创建安装目录，安装内核源代码和头文件等。
　　（2）创建binutils.在这个过程结束后，会创建类似arm-linux-ld等工具。
　　（3）创建一个交叉编译版本的gcc,注意：在这个过程中，只能编译c程序，而不能编译c++程序。
　　（4）创建一个交叉编译版本的glibc，这里最容易出问题。
　　（5）创建一个交叉编译版本的gdb。这个过程结束后，会创建arm-linux_gdb
　　（6）重新创建gcc。前面创建gcc的过程没有编译c++编译器，现在glibc已经准备好了，所以这个步骤将完善gcc的交叉编译。
　　（7）重新创建glibc.
　　如果在交叉编译过程中出现错误，那么请检查：
　　版本选择是否正确，以及是否安装了相应的补丁；
　　库文件路径设置是否正确；
　　系统环境变量是否设置正确。
　　第二步：编写bootloader并移植到开发板上
　　A：bootloader（引导加载程序）是系统加电后运行的第一段代码。嵌入式系统中的bootloader相当于pc机中的bios。大多数bootloader都包含两种不同的操作模式，一种是启动加载（bootloading）模式,在这种模式下，bootloader从目标机上的某个固态存储器设备上将操作系统加载到RAM中运行，整个过程并没有用户的介入。这种模式是bootloader的正常工作模式，另一种是下载（downloading）模式。在这种模式下，目标机上的bootloader将通过串口或网络等通信手段从开发主机（host）上下载内核映像和根文件系统映像等到RAM中。然后可以再被bootloader写到目标机上的固态存储介质上。
　　B：bootloader启动大多数都分为两个阶段
　　（1）：基本的硬件初始化（屏蔽所有的中断，关闭处理器内部指令/数据cache等）。
　　为第二阶段准备RAM空间，如果是从某个固态存储媒质中，则复制bootlodaer的第二阶段代码到RAM。
　　设置堆栈。
　　跳转到第二阶段的C程序入口点。
　　（2）：初始化本阶段要使用的硬件设备。
　　检查系统内存映射。
　　将内核映像和根文件系统映像从flash读到RAM。

　　为内核设置启动参数调用内核。