刘彦文-OMAP35XX(EL-ARM860)嵌入式系统实践教程 第3章主机开发环境

1、2013/01OMAP35xx(EL-ARM860)嵌入式系统实践教程嵌入式系统实践教程 刘彦文刘彦文()说明：本教程可作为EL-ARM860实验平台实验内容讲授使用。授课可使用刘彦文编著，清华大学出版社出版的嵌入式系统原理及接口技术教材。第3章 主机开发环境配置 n虽然Linux编程环境能够支持众多编程语言，例如C、C+、Java、Perl、Python、Ada、Forth、Lisp、Fortran等等，但是目前最常用的是C语言。n本章主要描述了使用C语言编程时，主机开发环境的跨平台工具链的安装。n另外目标板在运行程序时，使用到网口和串行端口，因此需要事先对主机Linux环境网络和串行端口进

2、行配置。3.1 交叉开发平台基础3.1.1 本地开发及交叉开发 本地开发n本地开发（native development）也称本机开发，指的是在主机某种操作系统下对源程序进行编译、链接，产生的可执行文件仍然能够在相同的主机和相同的操作系统下运行。nLinux系统支持本地开发的软件，主要指编译器及C程序库等，它们通常包含在Linux发行套件中，主机安装Linux系统时，会同时将其安装在硬盘。 交叉开发n交叉开发（cross development）主要是指，在主机编译源程序并构建能够在目标板上运行的可执行文件的过程，并且主机、目标板处理器架构应该是不同的。n例如在PC机对源程序进行编译、链接，并

3、且产生可以在基于ARM处理器架构的目标板上运行的文件的过程。这里通常主机和目标板运行的应该是相同的操作系统，如Linux。n交叉开发过程中，在主机输入源程序、编译、链接，仅仅在目标板上运行程序，主要原因是目标板上硬件资源少，缺少键盘、显示器、硬盘；内存容量比较小；处理器速度比较慢。 3.1.2GNU跨平台工具链组成n跨平台工具链（cross-platform toolchain）经常被简写为交叉工具链（cross toolchain），或者就称为工具链（toolchain）。本书中出现的工具链一词，通常指的是跨平台工具链，有时也称为交叉编译器。Linux使用的工具链的大部分组件来自GNU项目。

4、n工具链通常包含以下二进制（可执行文件）工具程序：预处理器、链接器、汇编器、打包器（archiver）、C（或其他语言的）编译器，以及C程序库与它的头文件。n其中，C程序库与它的头文件是一种共享程序库，其行为有如内含“原始Linux内核API”的打包程序，而且在Linux系统中执行的任何应用程序几乎都会用到它。3.1.3 如何获取工具链根据自己的开发环境，通过以下4种途径可以获得工具链：n购买一个商业版的工具链。n网上下载一个免费的工具链。n购买目标板时，附带的光盘上通常会带有一个工具链。n网上下载组成工具链的源代码，使用工具自行创建一个工具链。 购买目标板所附带的工具链，是大多数用户最常使用

5、的工具链，使用时要安装到主机Linux系统下。3.1.4 工具链的组件及GDB简介 工具链组件简介 GCC编译器集nGCC（GNU Compiler Collection，GNU编译器集）并不仅仅是个C编译器，它是一个GNU编译器集，能够支持对C、C+、Objective C、Java、Fortran（F77）以及Ada语言的编译。n可以对GCC进行配置，使GCC能够为不同的目标处理器生成代码，使之成为一个交叉编译器。目前GCC支持的处理器体系结构有40余种，常见的有x86、ARM、PowerPC等。GCC除了能够在Linux环境下运行，还可以在Windows下运行。nGCC是一个能够控制很多

6、其他工具的前端软件，被控制的工具在编译过程中会使用到，如cpp预处理器、C编译器、汇编器、链接器等。 GNU binutils 工具链的另一个重要的组件是GNU binutils套件，此套件中含有两个重要的工具程序，GNU汇编器as以及GNU链接器ld。此外还有10多个工具程序，如ranlib是为archive（静态程序库）的内容产生索引、strip是用于去除目标文件中的符号，等等。 标准C程序库 Linux用到的标准C程序库就是GNU C程序库，常被写作glibc。glibc是一个可移植、高性能的C程序库，支持所有相关标准（ISO C 99、POSIX.1c、POSIX.lj、POSIX.1

7、d、Unix98以及Single Unix Specification）。 线程程序库 Linux内核2.6版之前对线程的支持非常有限。Linux 2.6系列随附了一个新的线程实验品，称为New POSIX Threading Library，即新的POSIX线程库NPTL。NPTL所依靠的是Linux内核对线程新的支持。NPTL被当作glibc新近版本的一部分对外发布。 Linux内核头文件 工具链中会用到某一版本的Linux内核头文件，目的是支持程序员编程中使用到的对Linux内核的系统调用。构建工具链用到的Linux内核文件，应该与目标板上使用的Linux内核，来自相同的版本。 GDB简

8、介nGDB（GNU Debugger）通常不包括在工具链中，是一个Linux上最常用的调试器工具。nGDB需要进行编译，使之能够调试运行在目标板处理器上的代码。调试器本身运行在主机，能够对目标板上的代码进行调试，被称为远程调试。n运行被调试的程序时，目标板上同时还要运行一个占位程序，占位程序通常是gdbserver，通过串口或网口连接，负责与运行在主机上的GDB调试程序进行通信。3.2 交叉工具链安装举例n通常购买目标板时会随附一张光盘，光盘上不同目录下可能会有支持Linux、Windows CE和C/OS系统的程序。工具链安装到主机的方法有两种：n一种是在主机运行Linux系统时，进入光盘中

9、与Linux相关的目录，启动install.sh安装脚本程序，系统会自动将交叉工具链（包含相关库）安装到主机硬盘指定的目录。另外光盘上还可能有一些实验例程，将会一同被安装到主机硬盘指定的目录。n另一种是手工安装，例如输入命令将光盘工具链压缩包拷贝到主机Linux指定目录、输入命令解压缩并安装到指定目录。n以下将交叉工具链称为交叉编译器，安装过程针对EL-ARM860教学实验系统。n要安装的交叉编译器压缩包文档名为：narm-2007q3-51-arm-none-linux-gnueabi-i686.tar.bzn假定主机在Windows环境下已经安装了虚拟机及Red Hat Enterpris

10、e Linux 5操作系统。 n交叉编译器可以从光盘或U盘拷贝到Linux的/usr/local子目录下，然后在该子目录下建立arm子目录，交叉编译器解压缩后存放在/usr/local/arm子目录下。n安装、解压缩交叉编译器后，要在/root/.bashrc文件中增加路径环境变量，并重启这个文件，之后系统就能够在指定路径下自动找到该交叉编译器，而不用每次使用时都要指出其绝对路径。3.2.1 交叉工具链安装举例 从光盘将交叉编译器拷贝到/usr/local子目录n假定交叉编译器在光盘如下子目录：/OMAP3530/软件目录/tools/。n启动虚拟机、运行Linux后，光驱中插入对应光盘，在虚

11、拟机窗口右下，点击光盘图标，点击Connect菜单条，在Linux图形桌面点击光盘图标，查找并选择交叉编译器arm-2007q3-51-arm-none-linux-gnueabi-i686.tar.bz，选择复制菜单条，如图3.1所示。图3.1 选择光盘中的交叉编译器n然后在Linux图形桌面环境，在/usr/local子目录，点击鼠标右键，选择“粘贴1个URL”，交叉编译器将会粘贴到该子目录，如图3.2所示。图3.2 粘贴交叉编译器 从U盘将交叉编译器拷贝到/usr/local子目录 如果交叉编译器在U盘，可以使用如下方法。n同样先启动虚拟机、运行Linux，然后在Windows窗口，选择

12、U盘中的交叉编译器文件，选择复制菜单，如图3.3所示。n然后将该文件粘贴到Linux的/usr/local子目录。n图3.3 选择U盘中的交叉编译器 建立/usr/local/arm子目录并解压缩交叉编译器n在Linux终端窗口输入如下命令，将建立/usr/local/arm子目录，然后将交叉编译器解压缩到该子目录下。n要求启动Linux时，以root用户名登录。 rootlocalhost local# mkdir /usr/local/arm rootlocalhost local# tar xvjf arm-2007q3-51-arm-none-linux-gnueabi- i686.t

13、ar.bz -C /usr/local/armn解压缩后的代码分6个子目录保存，可以用如下命令查看。rootlocalhost local# cd /usr/local/armrootlocalhost arm# ls -l总计 8drwxr-xr-x 8 root root 4096 12-25 10:30 arm-2007q3rootlocalhost arm#rootlocalhost arm# cd arm-2007q3rootlocalhost arm-2007q3# ls -l总计 48drwxrwxr-x 6 root root 4096 2007-09-28 arm-none-

14、linux-gnueabidrwxr-xr-x 2 root root 4096 2007-09-28 bindrwxrwxr-x 2 root root 4096 2007-09-28 includedrwxrwxr-x 3 root root 4096 2007-09-28 libdrwxrwxr-x 4 root root 4096 2007-09-28 libexecdrwxrwxr-x 3 root root 4096 2007-09-28 share3.2.2 对查找工具链的路径变量进行修改 安装了交叉编译器后，需要修改/root/.bashrc文件内容，应该在这个文件中增加一行语

15、句，指出交叉编译器所在的路径。之后每当打开终端窗口时，Linux自动运行/root/.bashrc文件，给出缺省路径名的交叉编译器的查找路径。 在/root/.bashrc文件中增加语句n可以用如下命令检查原来的路径变量值： rootlocalhost local# echo $PATH /usr/lib/qt-3.3/bin:/usr/kerberos/sbin:/usr/kerberos/bin:/usr/local/sbin:/usr/local/bin:/sbin:/bin:/usr/sbin:/usr/bin:/usr/X11R6/bin:/root/binn然后用vi增加一行语句：

16、rootlocalhost local# vi /root/.bashrcexport PATH=/usr/local/arm/arm-2007q3/bin:$PATHnvi是一个文本编辑程序，如同Windows下的记事本。进入vi后，输入“a”或“i”即进到插入状态。输入Esc、Esc、:、w、q、!键后，保存文件并退出vi程序。 重启/root/.bashrc文件n可以使用source命令重启/root/.bashrc文件，然后系统才能修改查找路径： rootlocalhost # source /root/.bashrcn如果不使用source命令重启文件，也可以用exit命令关闭终端窗

17、口，然后再次打开终端窗口，打开终端窗口过程中系统会自动启动/root/.bashrc文件。 检查新的路径变量值n用echo命令可以检查新的路径变量值： rootlocalhost # echo $PATH /usr/local/arm/arm-2007q3/bin:/usr/lib/qt-3.3/bin:/usr/kerberos/sbin:/usr/kerberos/bin:/usr/local/sbin:/usr/local/bin:/sbin:/bin:/usr/sbin:/usr/bin:/usr/X11R6/bin:/root/bin3.3 主机Linux环境网络配置举例3.3.1

18、主机Linux环境IP地址设置 主机Linux环境IP地址设置简介n主机Linux环境IP地址，应该与目标板Linux的IP地址4个分组中的前3组完全相同，只允许最后一组不同。n例如，目标板Linux的IP地址如果为192.168.1.9，那么主机IP地址前3组必须设置为192.168.1，最后一组可以是1253中的一个数字。n以下例子中，假定主机IP地址设置为192.168.1.5。 主机Linux环境IP地址设置方法 常用的方法有两种：n一种是根据目标板Linux IP地址，设置主机Linux IP地址。这种方法需要先查询目标板Linux IP地址，如果目标板还没有设置过IP地址，应该先进

19、行设置。n另一种是保留主机Linux IP地址不变，根据这个地址设置目标板的IP地址。 目标板IP地址配置、检查n如果目标板Linux IP地址还没有配置，那么在minicom窗口输入ifconfig命令之后，没有任何输出信息： rootTechv_OMAP35xx:# ifconfig rootTechv_OMAP35xx:#n这时应该对目标板Linux IP地址进行配置，假定配置为192.168.1.9，输入命令和参数，回车后显示： rootTechv_OMAP35xx:# ifconfig eth0 192.168.1.9 eth0: link down rootTechv_OMAP35

20、xx:# eth0: link up, 100Mbps, full-duplex1然后输入ifconfig命令，检查配置情况：rootTechv_OMAP35xx:# ifconfig eth0 Link encap:Ethernet HWaddr 00:00:AA:BB:CC:DD inet addr:192.168.1.9 Bcast:192.168.1.255 Mask0 UP BROADCAST RUNNING MULTICAST MTU:1500 Metric1 RX packets:4 errors:0 dropped:0 overruns:0 frame0 TX packets:

21、0 errors:0 dropped:0 overruns:0 carri0 collisions:0 txqueuelen:1000 RX bytes:1392 (1.3 KiB) TX bytes:0 (0.0 B) Interrupt:81 DMA chan:ffn用上述方法配置的目标板Linux IP地址，没有保留在目标板的外部存储器。目标板关机或RESET后丢失，下一次使用还需要重新配置。 主机Linux IP地址配置、检查n在主机终端窗口，输入ifconfig eth0 192.168.1.5，将IP地址配置为192.168.1.5。 rootlocalhost # ifconfi

22、g eth0 192.168.1.5n然后用ifconfig命令检查配置的参数： rootlocalhost # ifconfigeth0 Link encap:Ethernet HWaddr 00:0C:29:5E:89:68 inet addr:192.168.1.5 Bcast:192.168.1.255 Mask:255.255.255.0 inet6 addr: fe80:20c:29ff:fe5e:8968/64 Scope:Link UP BROADCAST RUNNING MULTICAST MTU:1500 Metric:1 RX packets:19403 errors:0

23、 dropped:0 overruns:0 frame:0 TX packets:38 errors:0 dropped:0 overruns:0 carrier:0n主机Linux IP地址配置后的值，保存到外设，主机Linux在虚拟机中用挂起方式退出、关机后，再次启动仍保留以前配置过的值，直到下一次配置新的地址为止。如果主机Linux在虚拟机中以power off方式退出，再次以power on方式启动运行Linux后，保存的IP地址丢失，需要重新配置。3.3.2 主机Linux环境网络防火墙设置 设置方法：n在主机Linux终端窗口，输入setup命令并回车，然后在弹出的菜单中选择“防火

24、墙配置（Firewall configuration）”见图3.4，回车。图3.4 选择配置防火墙n之后在弹出的界面中用光标移动键选择“禁用”防火墙，选择“确定”后回车，退出设置，见图3.5。图3.5 选择禁用防火墙n另一种设置方法是：在主机Linux图形桌面，点击“红帽子”“安全级别和防火墙”，在弹出的窗口选择禁用防火墙，如图3.6所示。图3.6 在图形桌面设置禁用防火墙3.3.3 主机与目标板网络通信测试 在主机终端窗口用命令测试主机与目标板的通信n在主机Linux终端窗口，输入ping命令，后面跟随目标板IP地址，例如：nrootlocalhost /# ping 192.168.1.9

25、n可以用Ctrl+c键去终止ping命令。PING 192.168.1.9 (192.168.1.9) 56(84) bytes of data.64 bytes from 192.168.1.9: icmp_seq=1 ttl=64 time=0.792 ms64 bytes from 192.168.1.9: icmp_seq=2 ttl=64 time=0.278 ms64 bytes from 192.168.1.9: icmp_seq=3 ttl=64 time=0.531 ms64 bytes from 192.168.1.9: icmp_seq=4 ttl=64 time=0.3

26、35 ms- 192.168.1.9 ping statistics -4 packets transmitted, 4 received, 0% packet loss, time 2999msrtt min/avg/max/mdev = 0.278/0.484/0.792/0.201 ms 在目标板终端窗口用命令测试目标板与主机的通信n在目标板终端窗口（输入minicom后的窗口），输入ping命令，后面跟随主机IP地址，例如： rootTechv_OMAP35xx:# ping 192.168.1.5PING 192.168.1.5 (192.168.1.5): 56 data byte

27、s64 bytes from 192.168.1.5: seq=0 ttl=64 time=8.484 ms64 bytes from 192.168.1.5: seq=1 ttl=64 time=0.489 ms64 bytes from 192.168.1.5: seq=2 ttl=64 time=0.458 ms.- 192.168.1.5 ping statistics -3 packets transmitted, 3 packets received, 0% packet lossround-trip min/avg/max = 0.458/3.143/8.484 ms ping命

28、令测试提示的错误信息n如果网络不通，系统会产生Unreachable（不可到达）提示信息，这时要检查：网络防火墙设置是否正确，因为防火墙不允许ICMP流量通过；网口电缆与接口是否正确连接；ping命令中的IP地址是否为正确地址；测试命令和IP地址是否在正确的终端窗口输入。3.3.4 主机Linux环境NFS设置 NFS简述nNFS（Network File System，网络文件系统）协议，允许在一组通过网络互联的计算机中，计算机A的某个存储位置（导出），能够被计算机B使用。n例如，嵌入式Linux开发环境中，主机与目标板通过网口连接，且已经根据前几节设置了主机IP地址、防火墙，测试网络通信正

29、常，那么通过对主机NFS设置，并且目标板执行相应的mount挂接命令后，目标板就能够通过网口，把主机的指定目录（导出），连接到目标板直接使用。当然前提是目标板Linux内核配置时，允许使用NFS。nNFS协议通过网口的连接，把主机导出目录的文件，连接到目标板的指定目录，目标板可以像使用本地文件一样，使用这些文件。 主机NFS设置 选择NFS服务n一种设置方法是，选择：红帽子服务，在弹出的服务窗口用光标选择nfs服务，见图3.7。n同时还要选择去掉iptables服务。n然后关闭该窗口。图3.7 选择主机Linux允许NFS服务n另一种设置方法是，在主机终端窗口，输入setup命令，在弹出的窗口

30、中选择“系统服务”并回车，然后用光标键上、下移动，用空格键选中nfs服务，见图3.8，然后去掉iptables服务，最后用F12键退出。图3.8 另一种方法选择主机Linux允许NFS服务 设置主机NFS导出目录及读写权限n除了要设置主机Linux允许NFS服务外，还要指定主机的哪些目录作为NFS区域，即导出目录，同时要指定该目录允许的读写权限。n设置方法是用vi编辑器打开/etc/exports文件：rootlocalhost # vi /etc/exportsn将其内容修改为：/ *(rw)/home/nfs1 *(rw)n然后保存、退出。 启动NFS设置n通过以下命令，按新的设置重启NF

31、S：rootlocalhost # /etc/init.d/nfs restart 查看NFS配置文件n可以用vi查看/etc/exports文件：rootlocalhost # vi /etc/exports/ *(rw)/home/nfs1 *(rw) 将主机/home/nfs1目录挂接为目标板/tmp目录n此处所谓挂接指的是，在目标板对应的终端窗口，使用mount命令，执行NFS协议的挂接。 挂接前主机建立/home/nfs1子目录 rootlocalhost /# mkdir /home/nfs1n然后进入/home/nfs1子目录，用vi建立一个文件，文件名为abc，文件内容可以随意

32、输入并保存。建立这个文件目的是在挂接后能够从目标板看到主机/home/nfs1下的这个文件。rootlocalhost /# cd /home/nfs1rootlocalhost nfs1# vi abcrootlocalhost nfs1# ls -l总计 4-rw-r-r- 1 root root 10 01-09 10:15 abc 在目标板对应终端窗口，执行挂接命令 rootTechv_OMAP35xx:/# mount -o soft,nolock,rsize=1024 -v 192.168.1.5:/home/nfs1 /tmpn上述命令中的参数192.168.1.5:/home/

33、nfs1是主机IP地址及导出目录，参数/tmp是目标板目录，挂接成功后，查看目标板/tmp目录，相当于查看主机/home/nfs1目录。 挂接后目标板/tmp目录列表 rootTechv_OMAP35xx:/# cd /tmp rootTechv_OMAP35xx:/var/volatile/tmp# ls -l -rw-r-r- 1 root root 10 Jan 9 2013 abcn另外，一次挂接成功，NFS挂接有效保持到目标板RESET或关机为止，每次开机或RESET后都要重新挂接。3.4 输入、编译、运行一个程序 全过程举例n假定要在主机/home/nfs1目录下，建立一个子目录h

34、ello，在该子目录下建立一个hello.c文件、建立一个Makefile文件，然后在主机编译hello.c文件，产生可执行文件hello，在目标板执行该文件，执行这些操作的全过程及相关文件的内容如下所示。n下述操作中，在主机Linux终端窗口输入minicom后，这个窗口成为目标板终端窗口，然后挂接NFS；n操作中，命令是在目标板终端窗口输入的;n其余操作、均在主机Linux终端窗口进行;n而和表示要输入的文件的内容。 建立hello目录，进入hello目录rootlocalhost nfs1# mkdir /home/nfs1/hellorootlocalhost nfs1# cd /ho

35、me/nfs1/hello 用vi编辑程序建立hello.c源文件rootlocalhost hello# vi hello.c hello.c文件内容为#include #include int main(int argc, char *argv) printf(Hello Reader,Congradulations!n); return(0); 建立Makefile文件rootlocalhost hello# vi Makefile Makefile文件内容为CC = /usr/local/arm/arm-2007q3/bin/arm-none-linux-gnueabi-gccall:

36、 $(CC) -o hello hello.cclean: -rm -f *.o hellon输入上述代码后，保存文件并退出。n上述Makefile文件内容中： CC 表示主编译器 all: 表示主入口 clean：表示清除以前编译产生的结果另外，语句“$(CC) -o hello hello.c”和“-rm -f *.o hello”，前面有一个制表符Tab，不是空格。 在目标板终端窗口挂接NFSn如果没有挂接NFS，则需要挂接。# mount -o soft,nolock,rsize=1024 -v 192.168.1.5:/home/nfs1 /tmp 在主机终端窗口对hello.c文件进行编