Chap5-嵌入式Linux应用程序开发PPT课件

1、1,嵌入式Linux应用程序开发,2,5.1 开发环境的建立 进行项目开发前，首先要做的是搭建一套基于Linux操作系统的应用开发环境，一般由目标板和宿主机所构成。 目标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机来完成。 开发环境对硬件没有特殊的要求，但是为了双方之间建立连接关系，关键的接口包括串口、以太网口和USB口等是必不可少的,3,交叉编译环境的建立,交叉编译就是在一个平台上生成可以在另一个平台上执行的代码。 在宿主机上对即将运行在目标机上的应用程序进行编译，生成可在目标机上运行的代码格式。 交叉编译环境是一个由编译器、连接

2、器和解释器组成的综合开发环境。 交叉编译工具主要包括针对目标系统的编译器gcc、目标系统的二进制工具binutils、目标系统的标准c库glibc和目标系统的Linux内核头文件,4,建立一个交叉编译工具链是一个相当复杂的过程，为了节省时间，网上有一些编译好的可用的交叉编译工具链可以下载。编译好的交叉编译工具链arm-linux- toolchains.tgz，只需简单地解压缩即可使用： tar xvzf arm-linux-toolchains.tgz C /arm9 假设工具链解压缩到目录/arm9。解压完毕后把工具链目录加入到环境变量PATH中即可,5,简单验证交叉编译工具,首先用文字输

3、入软件建立一个helloworld.c文件： #include intmain(void) printf(helloworldn); return0; 然后在命令行执行： $arm-linux-gcchelloworld.c-ohelloworld $filehelloworld 如果输出以下信息，说明成功建立了编译工具。 helloworld:ELF32-bitLSBexecutable,ARM,version1,dynamicallylinked(usessharedlibs),notstripped,6,5.2 Linux及开发工具的使用,GNU工具的开发流程如下： 编写C、C+语言或汇

4、编源程序，用gcc或g+生成目标文件，编写链接脚本文件，用链接器生成最终目标文件（elf格式），用二进制转换工具生成可下载的二进制代码。 Linux下的GNU调试工具主要是gdb、gdbserver和kgdb。其中gdb和gdbserver可完成对目标板上Linux应用程序的远程调试。gdbserver是一个很小的应用程序，运行于目标板上，可监控被调试进程的运行，并通过串口与上位机上的gdb通信。开发者可以通过上位机的gdb输入命令，控制目标板上进程的运行，查看内存和寄存器的内容,7,gcc编译器的使用,gcc最基本的用法是：gcc options file. gcc的整个编译过程分别是：预处

5、理，编译，汇编和链接。 常用的选项： -o要求编译器生成指定文件名的可执行文件； -c表示只要求编译器进行编译，而不要进行链接，生成以源文件的文件名命名但把其后缀由.c或.cc变成.o的目标文件； -g在编译的时候提供以后对程序进行调试的信息； -E只进行预处理就停止，而不做编译、汇编和链接； -S只进行编译，而不做汇编和链接； -O对程序提供的编译优化选项，在编译的时候使用该选项，可以使生成的执行文件的执行效率提高； -Wall指定产生全部的警告信息,8,编译实例, gcc -o hello hello.c gcc编译器就会生成一个hello的可执行文件。在hello.c的当前目录下执行./

6、hello就可以看到程序的输出结果，在屏幕上打印出“Hello the world”的字符串来。 GNU编译器生成的目标文件默认格式为elf（executive linked file）格式，这是Linux系统所采用的可执行链接文件的通用文件格式。elf格式由若干个段（section）组成，由标准c源代码生成的目标文件中包含以下段： .text（正文段）包含程序的指令代码， .data（数据段）包含固定的数据，如常量，字符串等， .bss（未初始化数据段）包含未初始化的变量和数组等,9,Makefile文件和Make命令,Makefile文件描述了目标文件之间的依赖关系，以及指定编译过程中使用

7、的工具。 一个工程中的源文件不计其数，按其类型、功能、模块分别放在若干个目录中。Makefile定义了一系列的规则来指定，哪些文件需要先编译，哪些文件需要后编译，哪些文件需要重新编译，甚至于进行更复杂的功能操作。 Makefile的好处就是“自动化编译”，一旦写好，只需要一个Make命令，整个工程完全自动编译，极大地提高了软件开发的效率,10,Makefile的作用是根据配置的情况，构造出需要编译的源文件列表，然后分别编译，并把目标代码链接到一起，最终形成可执行的二进制文件。Makefile中一般包含如下内容： 需要由make工具创建的项目，通常是目标（target）文件和可执行文件。 要创建

8、的项目依赖于哪些文件。 创建每个项目时需要运行的命令,11,例,example.o: example.c example.h g+ -c -g example.c 第一行指定example.o为目标，并且依赖于example.c和example.h文件。随后的行指定了如何从目标所依赖的文件建立目标。 当example.c或example.h文件在编译之后又被修改，则make工具可自动重新编译example.o，如果在前后两次编译之间，example.c和example.h均没有被修改，而且example.o还存在的话，就没有必要重新编译,12,make make是一个命令工具，是一个解释Mak

9、efile中指令的命令工具。 make命令执行时，需要一个Makefile文件，以告诉make命令怎么去编译和链接程序。一般来说，最简单的就是直接在命令行下输入make命令，make命令会找当前目录的Makefile来执行，一切都是自动的,13,引导程序的移植,嵌入式软件系统4个层次 引导程序BootLoader 操作系统内核 文件系统 用户应用程序,14,PC机中的引导程序由BIOS,BIOS（其本质就是一段固件程序）和位于硬盘MBR中的引导程序一起组成。 BIOS在完成硬件检测和资源分配后，将硬盘MBR中的引导程序读到系统的RAM中，然后将控制权交给引导程序。 引导程序的主要运行任务是将内

10、核映像从硬盘上读到RAM中，然后跳转到内核的入口点去运行，也即开始启动操作系统,15,BootLoader是在操作系统内核或用户应用程序运行之前运行的一段小程序。 通过这段小程序，可以初始化硬件设备、建立内存空间的映射图，从而将系统的软硬件环境带到一个合适的状态，为最终调用操作系统内核或用户应用程序准备好正确的环境,16,2BootLoader的启动过程,BootLoader的启动过程大多数分为阶段1和阶段2。阶段1主要包含依赖于CPU体系结构的硬件初始化代码，而且通常都是用汇编语言来实现的，以达到短小精悍的目的。这个阶段通常包括以下步骤： （1）硬件设备初始化。这是BootLoader开始就

11、执行的操作，其目的是为阶段2的执行，以及随后内核的执行准备好基本的硬件环境。 （2）为加载BootLoader的阶段2准备RAM空间。为了获得更快的执行速度，通常把阶段2加载到RAM空间来执行。 （3）拷贝BootLoader阶段2的代码到RAM空间中。 （4）设置好堆栈。 （5）跳转到阶段2的C程序入口点,17,BootLoader的阶段2通常用C语言来实现，这样可以实现更复杂的功能，而且代码会具有更好的可读性和可移植性。通常包括以下步骤： （1）初始化本阶段要使用到的硬件设备。 （2）检测系统内存映射。 （3）将内核映像和根文件系统映像从Flash上读到RAM空间中。 （4）为内核设置启动

12、参数。 （5）调用内核,18,VIVI简介,VIVI是韩国Mizi公司开发的BootLoader，可用于ARM9处理器的引导。VIVI利用串行通信为用户提供接口。 为连接VIVI，首先利用串口电缆连接宿主机和目标板，然后在主机上运行串口通信程序，并在目标板上正确设置VIVI以支持串口。正确连接后，就可以由串口通信程序显示提示信息，提示信息的最后一行如下所示： Press Return to start the LINUX now, any other key for vivi. VIVI有两种工作模式，启动模式 下载模式,19,VIVI命令,1load命令 将二进制文件载入到Flash或者RA

13、M load | vivi load flash kernel x，装载压缩映像文件zImage到flash存储器，地址是kernel分区，并采用xmodem传输协议。 2part命令 操作MTD分区信息 3param命令 用来设置或者察看参数 4boot命令 用来引导存储在flash存储器或者ram中的linux内核,20,5.4 Linux操作系统的移植,Linux系统实际上由两个比较独立的部分组成，即内核部分和系统部分。内核部分初始化并控制大部分硬件设备，为内存管理、进程管理、设备读写等工作做好一切准备；系统部分加载必需的设备，配置各种环境以便用户可以使用整个系统。 启动Linux系统的

14、过程：加载程序将Linux部分内核调入内存，并将控制权交给内存中Linux内核的第一行代码，Linux要将自己的剩余部分全部加载到内存、初始化所有的设备、在内存中建立好所需的数据结构（有关进程、设备、内存等）。到此为止，Linux内核已经控制了所有硬件设备 系统部分操作和使用这些硬件设备。内核加载设备并启动init守护进程，init守护进程会根据配置文件加载文件系统、配置网络、服务进程、终端等。一旦终端初始化完毕，我们会看到系统的欢迎界面,21,Linux内核功能,进程管理（包括调度和通信）、内存管理、设备管理、虚拟文件系统、网络。 Linux内核良好的分层结构将硬件相关的代码独立出来。系统移

15、植需要改动进程管理、内存管理和设备管理中被独立出来的那部分与硬件相关的代码。虚拟文件系统和网络则几乎与平台无关，它们由设备管理中的驱动程序提供底层支持。 开发者在完成自己的内核代码后如何将源代码融入到Linux内核中，增加相应的Linux配置选项，并最终被编译进Linux内核。Linux的内核配置系统,22,内核移植,Linux系统采用单一内核机制，但具有平台无关性和可扩展性。 将内核代码加入到Linux内核三个步骤。 确定把自己开发的代码放入到内核中的位置； 把自己开发的功能增加到Linux内核的配置选项中，使用户能够选择此功能； 构建子目录Makefile，根据用户的选择，将相应的代码编译

16、到最终生成的Linux内核中去,23,内核编译与下载,编译内核3个步骤： make dep 创建内核依赖关系 make zImage 创建内核镜像文件 make modules 创建内核模块 下载内核 。在下载内核前要保证BootLoader的正常运行，以VIVI为例。 （1）连接串口，在控制台下启动Minicom打开串口终端； （2）启动目标板，进入VIVI命令行工作模式； （3）执行“load flash kernel x”命令，开始下载内核； （4）在终端的等待状态下，先按下“Ctrl”不要松开，再按下“a”键，然后同时松开，再按下“s”键，进入下载模式； （5）选择Xmodem协议，下

17、载结束，即可保存内核文件到Flash中,24,系统移植,当内核在交叉编译成功后，加载到目标平台上正常启动，并出现类似VFS: Cant mount root file system的提示时，则表示可以开始系统移植方面的工作了。 系统移植实际上是一个最小系统的重建过程。，在此使用目标平台上的二进制代码生成这个最小系统。包括：init、libc库、驱动模块、必需的应用程序和系统配置脚本。一旦这些工作完成，移植工作就进入联调阶段了,25,5.5 应用程序的调试,在开发环境和操作系统建立后，就可以开始应用程序的开发了。应用程序的开发一般先在宿主机上调试完成，然后下载到目标板。为保证正常下载，必须建立可

18、靠的连接。 建立连接 应用程序的调试是在保证宿主机与目标机正确连接的基础上进行的，连接的方式主要有串口连接、网络连接和JTAG口连接等方式。JTAG口的连接在前面章节已详细介绍，在此介绍串口连接和网络连接两种方式,26,27,编写应用程序,include int main(void) printf(Hello, World! n); return 0; 保存文件名为hello.c。 在宿主机端编译并运行hello程序： gcc o hello hello.c hello 正确的结果将在主机的显示器上打印如下字符串： Hello，World！ 编译在目标机上运行的hello程序： arm-linux-gcc o hello hello.c 如果在RedHat中运行，该程序将出现如下错误结果： hello bash: hello: cannot execute binary file 由于编译器采用的是arm