嵌入式系统开发基础.doc

青岛理工大学琴岛学院计算机系实验教材 Linux嵌入式系统实验指导书青岛理工大学琴岛学院计算机科学系二0一0年四月2前 言随着后PC时代的到来，嵌入式系统技术已经成为了一个万众瞩目的焦点。目前已广泛应用于信息家电、数据网络、工业控制、医疗卫生、航空航天等众多领域。巨大的市场潜力，无穷的商机，吸引了各路英豪纷踵沓来。硬件方面，各大电子厂商相继推出了自己的专用嵌入式芯片，漫天而至的是mp3，PDA，无线上网装置，让人们充分感受到了这股强劲之势；软件方面，在Vxworks、pSOS、Neculeus和Windows CE等嵌入式操作系统引领下，也出现了空前繁荣的局面，但这些专用操作系统都是商业化产品，其高昂的价格使许多面向低端产品的小公司望而却步，并且其源代码的封闭性也大大限制了开发者的积极性。近两年在我国登陆并蓬勃发展的Linux，也已广泛应用于各类计算应用，不仅包括IBM的微型Linux腕表、手持设备(PDA和蜂窝电话)、因特网装置、客户机、防火墙、工业机器人和电话基础设施设备，甚至还包括了基于集群的超级计算机。Linux在高端服务器的优越表现及其天生具有的突出特点，就注定它必将在低端嵌入式系统中再次给人们以惊喜，而基于嵌入式Linux操作系统的应用，必定给我们未来的工作和生活带来翻天覆地的变化。Linux价格低廉、功能强大，可以运行在X86,Alpha,Sparc,MIPS,PPC,MOTOROLA，NEC，ARM等硬件平台上，而且开放源代码，可以定制。我们所介绍的硬件平台是基于ARM体系结构，由北京博创兴业科技有限公司开发的UP-CUP 3000 平台、UP-CUP 2410-S 平台系列以及UP-CUP P270A 平台系列实验仪器。UP-CUP 3000 平台的CPU为ARM7TDMI内核的三星S3C44B0X01芯片，由于没有MMU（内存管理单元）只能运行uClinux，UP-CUP 2410-S 平台系列的CPU为ARM920T内核的三星S3C2410芯片，由于有MMU可以运行标准的ARM-LINUX内核。UP-CUP P270 平台系列实验仪器为Intel XSCALE ARM10系列CPU。通过这些硬件平台，我们可以学习嵌入式LINUX中的针对有MMU和无MMU的不同开发过程。UP-CUP 3000 平台和UP-CUP P270 平台系列产品及其相关资料可以访问博创公司的网站获得。本书以S3C2410系列中的UP-CUP S2410 经典平台为例，详细介绍嵌入式 Linux的开发过程。指导书参考与引用了许多相关资料，在此一并致谢。本指导书仅供内部学生学习使用。由于时间仓促，编者水平有限，书中疏漏之处在所难免，欢迎读者批评指正，并提出宝贵意见和建议，以便不断改进。编 者 江艳飞二0一一年四月11目录第一章 嵌入式Linux开发平台简介3第二章 基础实验5实验一 实验系统熟悉与使用（一）5实验二 实验系统熟悉与使用（二）8第一章 嵌入式Linux开发平台简介1.1 UP-CUP S2410 经典平台介绍硬件配置 (本实验指导书是对S2410的说明)UP-CUP S2410 经典平台的硬件配置如表1.2.1所示，实物如图1.2.1所示：配置名称型号说明CPUARM920T结构芯片三星S3C2410X工作频率203MHzFLASHSAMSUNG K9F120864M NANDSDRAMHY57V561620ATH32M2=64MEtherNet网卡DM9000AE10/100M自适应LCDLQ080V3DG018寸16bit TFT触摸屏SX-080-W4R-FBFM7843驱动USB 接口4个HOST /1个DEVICE 由AT43301构成USB HUBUART/IrDA2个RS232，1个RS485，1个IrDA AD由S3C2410芯片引出3个电位器控制输入AUDIOIIS总线，UDA1341芯片 44.1KHz音频扩展卡插槽168Pin EXPORT总线直接扩展GPS_GPRS扩展板SIMCOM SIM300 GPRS模块,TrimbleS GPS 支持双道语音通信IDE/CF卡插座 笔记本硬盘，CF卡 PS2 PC键盘和鼠标 由ATMEGA8单片机控制IC卡座 AT24CXX系列 由ATMEGA8单片机控制LED8x8矩阵LED及2个LED数码管由总线控制VGAVga输出中断键1个ENT控制LED由3个IO口控制DC电机由PWM控制 闭环测速功能CAN BUS 由 MCP2510和TJA1050构成Double DA MAX504 一个10位DAC端口调试接口板载JTAG，直接支持下载与仿真25针表1.1.1 UP-CUP S2410 经典平台的硬件配置图1.1.1 UP-CUP S2410 经典平台第二章 基础实验实验一 实验系统熟悉与使用（一）一、实验目的熟悉Linux开发环境，学会基于嵌入式Linux开发环境的配置和使用。使用Linux的armv4l-unknown-linux-gcc编译，使用基于NFS方式的调试、运行。二、实验内容本次实验使用Redhat Linux 9.0操作系统环境，学习在Linux下的程序编译调试过程，以及ARM开发板的使用和开发环境的设置。下载已经编译好的文件到目标开发板上运行。三、预备知识C语言的基础知识、程序调试的基础知识和方法，Linux的基本操作。四、实验设备及工具（包括软件调试工具）硬件：UP-TECH S2410/P270 DVP嵌入式实验平台、PC机Pentium 500以上, 硬盘10G以上。软件：PC机操作系统REDHAT LINUX 9.0XshellARM-LINUX开发环境五、实验步骤1、进入例程工作目录rootBC root# cd /rootBC /# cd /arm2410cl/exp/basic/01_hellorootBC 01_hello# lsrootBC 01_hello# make cleanrootBC 01_hello# make 2、编译应用程序进入工作目录后，我们就可以在01_hello目录下运行“make”来编译我们的程序了。 rootBC hello# make如果进行了修改，重新编译则运行:rootBC hello# make clean注意：编译、修改程序都是在宿主机（linux虚拟机）上进行，不能在目标机（ARM开发板）下进行。3、下载调试在宿主PC计算机上启动NFS服务，并设置好共享的目录/01_hello，具体设置方法见附文。在建立好NFS共享目录以后，我们就可以建立Xshell与ARM开发板的通讯，通过Xshell对ARM开发板进行访问操作。进入Xshell arm窗口，启动ARM开发板，配置ARM开发部IP ：3，使其与linux虚拟机IP：2在同一网段。通过mount命令挂载linux虚拟机01_hello文件。/mnt/yaffsifconfig eth0 3/mnt/yaffs mount -t nfs -o nolock 2:/arm2410cl/exp/basic/01_hello /host 注意： IP地址需要根据宿主机（linux虚拟机）的实际情况修改，成功挂接宿主机的/01_hello目录后，在开发板上进入/host目录便相应进入宿主机的/01_hello目录再进入/host目录运行刚刚编译好的hello程序，查看运行结果。/mnt/yaffs cd /host/hostlsMakefile hello hello.c hello.o/host ./hellohello world注意：开发板挂接宿主计算机目录只需要挂接一次便可，只要开发板没有重起，就可以一直保持连接。这样可以反复修改、编译、调试，不需要下载到开发板。附：NFS服务配置实现宿主机（linux虚拟机）与目标机（ARM开发板）之间的通信。将虚拟机中的文件共享给ARM开发板。1. 确保XP、linux虚拟机、ARM开发板三者的IP地址在同一网段，并且不冲突，能够互相ping通。2. 在虚拟机中配置NFS：“系统设置”“服务器设置”“NFS”，点击“添加”图标（1）目录：/home/uptech（注意：选择要共享给ARM开发板的目录）（2）目录主机：*（3）权限：读/写（4）常规选项中选中“允许来自高于1024的端口的连接”和“按要求同步写操作”（5）用户访问中选中“把远程根用户当作本地根用户”3. 在Linux虚拟机中输入命令“route del default”，取消虚拟机的默认路由。4. 在ARM开发板上操作如下：（1）ifconfig eth0 3（配置ARM开发板的IP地址）（2）mount o nolock,rsize=4096,wsize=4096 2:/home/uptech /mnt/nfs （将linux虚拟机 /home/uptech 目录挂载到ARM开发板的/mnt/nfs目录下）（3）cd /mnt/nfs（即可访问Linux共享的文件夹）说明：要保证nfs服务开启。六、思考题1Makefile是如何工作的？其中的宏定义分别是什么意思？实验二 实验系统熟悉与使用（二）一、实验目的熟悉Linux开发环境，学会基于嵌入式Linux开发环境的配置和使用。使用Linux的armv4l-unknown-linux-gcc编译，使用基于NFS方式的调试、运行，了解嵌入式开发的基本过程。二、实验内容本次实验使用Redhat Linux 9.0操作系统环境，创建一个新目录，并在其中使用vi编辑器编写hello.c和Makefile文件。下载已经编译好的文件到目标开发板上运行。三、预备知识C语言的基础知识、程序调试的基础知识和方法，Linux的基本操作。四、实验设备及工具（包括软件调试工具）硬件：UP-TECH S2410/P270 DVP嵌入式实验平台、PC机Pentium 500以上, 硬盘10G以上。软件：PC机操作系统REDHAT LINUX 9.0XshellARM-LINUX开发环境五、实验步骤1、建立工作目录rootBC root# cd /rootBC /# mkdir hellorootBC /# cd hellorootBC hello#2、编写程序源代码在Linux下的文本编辑器有许多，常用的是vim和Xwindow界面下的gedit等，我们在开发过程中推荐使用vim，用户需要学习vim的操作方法，请参考相关书籍中的关于vim的操作指南。实际的hello.c源代码较简单，如下：include main()printf(“hello world n”);我们可以是用下面的命令来编写hello.c的源代码，进入hello目录使用vi命令来编辑代码：rootBC hello# vi hello.c按“i”或者“a”进入编辑模式，将上面的代码录入进去，完成后按Esc键进入命令状态，再用命令“：wq”保存并退出。这样我们便在当前目录下建立了一个名为hello.c的文件。3、编写Makefile要使上面的hello.c程序能够运行，我们必须要编写一个Makefile文件，Makefile文件定义了一系列的规则，它指明了哪些文件需要编译，哪些文件需要先编译，哪些文件需要重新编译等等更为复杂的命令。使用它带来的好处就是自动编译，你只需要敲一个“make”命令整个工程就可以实现自动编译，当然我们本次实验只有一个文件，它还不能体现出使用Makefile的优越性，但当工程比较大文件比较多时，不使用Makefile几乎是不可能的。下面我们介绍本次实验用到的Makefile文件。CC= armv4l-unknown-linux-gccLDFLAGS += -staticEXTRA_LIBS +=EXP_INSTALL = install -m 755INSTALL_DIR = ./bin EXEC = $(INSTALL_DIR)/hello ./helloOBJS = hello.o all: $(EXEC)$(EXEC): $(OBJS) $(CC) $(LDFLAGS) -o $ $(OBJS) install: $(EXP_INSTALL) $(EXEC) $(INSTALL_DIR) clean: -rm -f $(EXEC) *.elf *.gdb *.o下面我们来简单介绍这个Makefile文件的几个主要部分：l CC 指明编译器l EXEC 表示编译后生成的执行文件名称l OBJS 目标文件列表l EXTRA_LIBS 编译参数l LDFLAGS 连接参数l all: 编译主入口l clean： 清除编译结果注意：“$(CC) $(LDFLAGS) -o $ $(OBJS)和$(EXP_INSTALL) $(EXEC) $(INSTALL_DIR)和-rm -f $(EXEC) *.elf *.gdb *.o”前空白由一个Tab制表符生成，不能单纯由空格来代替。与上面编写hello.c的过程类似，用vi来创建一个Makefile文件并将代码录入其中 rootBC hello# vi Makefile4、编译应用程序在上面的步骤完成后，我们就可以在hello目录下运行“make”来编译我们的程序了。 rootBC hello# make如果进行了修改，重新编译则运行:rootBC hello# make clean注意：编译、修改程序都是在宿主机（linux虚拟机）上进行，不能在目标机（ARM开发板）下进行。5、下载调试在宿主PC计算机上启动NFS服务，并设置好共享的目录/hello。在建立好NFS共享目录以后，我们就可以建立Xshell与ARM开发板的通讯，通过Xshell对ARM开发板进行访问操作。进入Xshell arm窗口，启动ARM开发板，配置ARM开发部IP ：3，使其与linux虚拟机IP：2在同一网段。通过mount命令挂载linux虚拟机hello文件/mnt/yaffsifconfig eth0 3/mnt/yaffs