嵌入式系统开发环境的建立

1、arm linux 系统开发流程,1、开发目标硬件系统 2、建立交叉编译工具 3、开发bootloader 4、移植linux内核 5、开发一个文件系统 6、开发相关硬件的驱动程序 7、开发上层应用程序 8、烧写bootloader、内核、文件系统等。,嵌入式交叉编译环境简介,交叉编译就是在一个平台上生成另一个平台上的可执行代码。 这里说的平台分别指的是主机平台Host和目标平台Target。 就我们在ARM平台上移植Linux来说，Host是一台一般的PC机，它通过串口或网络接口与Target通信；Target是arm-linux平台（这里说的arm指的是平台所使用的CPU是ARM9处理器，

2、linux指的是运行的操作系统是Linux）。 我们在Host上开发程序，并在这个平台上运行交叉编译器Cross Complier，编译我们的程序,而由Cross Complier生成的程序将在Target上运行,需要交叉编译的原因： 首先，在项目的起始阶段，目标平台尚未建立，因此需要做交叉编译，以生成我们所需要的Boot loader以及kernel(因为Bootloader和kernel的源码需要经过交叉编译后才可以在目标平台上运行)； 其次，当目标平台能启动之后，由于目标平台上资源的限制，当我们编译大型程序时，依然可能需要用到交叉编译。,如何建立交叉编译工具链,构建交叉工具链通常有以下3

3、种方法： 1分步骤手工编译 分步编译和安装交叉编译工具链所需要的库和源代码，最终生成交叉编译工具链。 2通过脚本编译 通过crosstool脚本工具来实现一次编译生成交叉编译工具链 3直接获取交叉编译工具链 直接通过网上下载已经制作好的交叉编译工具链。,ftp：.uk ftp: ftp:,Linux内核代码 linux-2.6.10.tar.gz glibc库 glibc-2.3.2.tar.gz 工具程序 binutils-2.15.tar.bz2 内核线程包 glibc-linuxthreads-2.3.2.tar.gz 编译器

4、 gcc-3.3.6.tar.gz,配置开发板PXA270嵌入式系统的宿主机交叉编译环境,arm-linux.tar.gz 提供ARM系统开发的交叉编译器 /usr/local/arm-linux/bin vi /etc/profile pathmunge /usr/local/arm-linux/bin,cp arm-linux.tar.gz /usr/local cd /usr/local tar -xzf arm-linux.tar.gz,目标机与主机的通讯方式,1、minicom,minicom 很像Windows 下面的超级终端，我們用minicom 作为目标板的终端显示视窗；通过串

5、口控制目标板,2、从菜单中选择Serial Port Setup,配置minicom,1、#minicom -s,3、“A”以设置“Serial Device”。如果使用串口1，则输入/dev/ttyS0。如果使用串口2，则输入/dev/ttyS1。,4、“E”键进入设置“bps/par/Bits”（波特率）界面，再按“I”以设置波特率为115200,设置被保存到“/etc/minirc.dfl”,目标板上电后，目标板的启动过程显示在minicom； CTR+A+szmodern,2 NFS服务,NFS服务可以使网络上的同为Linux或Unix系统主机共享文件系统。 NFS可以将远程文件系统载

6、入在本地文件系统下。远程的硬盘、目录和光驱都可以变成本地主机目录树中的一个子目录。载入后与处理自己的文件系统一样使用即可。不只方便，也节省了重复保存文件的空间、传输文件的时间及网络带宽。,NFS特点,NFS系统也是使用C/S体系结构，就是有服务器端与客户端 服务器端提供共享的文件系统，必须把文件系统输出(export)出去 客户端则要把文件系统载入到自己的系统下 使用NFS，需要在服务器端设置输出，在客户端设置载入,NFS服务器端配置 (1)关闭防火墙 (2)配置共享目录 -客户端主机IP范围 (3)主机IP (4)启动NFS服务,NFS客户端 (1)设置客户端IP地址 (2)挂载共享目录,m

7、ount -t nfs 主机ip:共享目录 挂载点,注意事项：关闭防火墙，主机与客户端在同一ip段,具体配置步骤,服务器端 1）关闭防火墙,具体配置步骤,2）配置NFS服务器,具体配置步骤,2-1）设置共享目 录和主机范围,具体配置步骤,2-2）设置其他选项,具体配置步骤,2-3）设置其他选项,具体配置步骤,3)设置NFS 服务器的IP,具体配置步骤,4）启动NFS服务,具体配置步骤,客户端 1）配置ip,具体配置步骤,2）挂载NFS,/etc/exports,它的基本格式是 Directory host (权限选项、用户映像、) Directory：表示打算共享的目录名称； Host：共享这

8、个目录的主机名称； 权限选项：定义安全选项；,权限选项 1）ro：只读，只允许客户机挂载这个文件系统为只读模式。 2）rw：明确指定共享目录为读/写权限。 用户映像 来限定某些用户对NFS共享文件的使用权限 no_root_squash： 其他安全选项 1）Insecure ：以非安全端口的方式访问，即默认用户端口是1024或者更高，而NFS服务器默认的安全的服务器端口应该是低于1024的。 2）Sync：根据请求进行同步。,例： vi /etc/exports /home/ls 0 (rw, insecure, no_root_squash) 表示共享的目录为/home

9、/ls，允许访问的客户机地址为0的主机，权限为可读可写（rw），非安全方式访问（insecure），让客户机的根用户在服务器上拥有根权限。,例： vi /etc/exports /home/ls *(rw) 表示共享的目录为/home/ls，允许任意主机访问，权限可读可写,Bootloader是什么？ Bootloader，为引导加载程序，是嵌入式系统加电后运行的第一段代码，相当于PC机的BIOS。 Bootloader的位置：通常固化在硬件上的某个固态存储设备上，加电后自启动。基于 ARM处理器核的CPU在复位时通常都从地址 0 x00000000取它的第一条指令。在这

10、个地址处安排的就是Bootloader。 Bootloader是在操作系统运行之前执行的一段小程序。通过这段小程序，我们可以初始化硬件设备、建立内存空间的映像表，从而建立适当的系统软硬件环境，为最终调用操作系统内核做好准备。,3 Bootloader,几种发布的Bootloader,Bootloader是严重地依赖于硬件而实现的。每种不同体系结构的处理器都有不同的Bootloader。不过Bootloader的发展也趋于支持多种体系结构，如现在比较成熟的vivi、RedBoot和U-Boot等。,ftp:/ftp.denx.de/pub/u-boot/,Bootloader操作模式,大多数Bo

11、otloader都有两种不同的操作模式：“启动加载”模式和“下载”模式。其区别对于开发人员才有意义。 从最终用户的角度看，Bootloader的作用就是用来加载操作系统，而并不存在所谓的启动加载模式与下载模式的区别。,1、启动加载（Bootloading）模式 即Bootloader从目标机上的某个固态存储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。 启动加载模式是 Bootloader的正常工作模式，在嵌入式产品发布的时侯，Bootloader必须工作在这种模式下。,2、下载（Downloading）模式 下载方式：在这种模式下，目标机上的Bootloader将通过串口

12、连接或网络连接等通信手段从主机下载文件。 下载内容及存储：主要是下载内核映像和根文件系统映像等。从主机下载的文件通常首先被Bootloader保存到目标机的RAM中，然后再被 Bootloader写到目标机上的FLASH 类固态存储设备中。,下载模式应用场合：Bootloader的这种模式通常在第一次安装内核与根文件系统时被使用；此外，以后的系统更新也会使用到这种工作模式。 用户应用接口：工作于这种模式下的Bootloader通常都会向它的终端用户提供一个简单的命令行接口。 如在U-BOOT下，将出现“#”提示符；在vivi 下出现“vivi”提示符。,下载（Downloading）模式示例,

13、Bootloader启动过程,大多数 Boot Loader 启动都分为 stage1 和 stage2 两大部分。 依赖于处理器体系结构和板级初始化的代码，通常都放在 stage1 中，用汇编语言实现 而 stage2 则通常用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。,Boot Loader 的 stage1 通常包括以下步骤(以执行的先后顺序)： 硬件设备初始化。 为加载 Boot Loader 的 stage2 准备 RAM 空间。 拷贝 Boot Loader 的 stage2 到 RAM 空间中。 设置好堆栈 跳转到 stage2 的 C 入口点

14、。 Stage1主要工作是硬件初始化，并准备第二阶段的C语言运行环境,关闭处理器内部指令/数据cache等 设置CPU的速度和时钟频率 RAM初始化 初始化led等,为了获得更快的执行速度，通常把 阶段2 的代码加载到 RAM 空间中来执行。 准备RAM空间考虑的因素：阶段2代码大小、堆栈、页大小（4KB的倍数）、安排位置等。,Boot Loader 的 stage2 通常包括以下步骤(以执行的先后顺序)： 初始化本阶段要使用到的硬件设备。 检测系统内存映射(memory map)。 将 kernel 映像和根文件系统映像从 flash 上读到 RAM 空间中。 为内核设置启动参数。 调用内核

15、。 stage2 的代码通常用 C 语言来实现，以便于实现更复杂的功能和取得更好的代码可读性和可移植性。与普通 C 语言应用程序不同的是，在编译和链接 boot loader 这样的程序时，我们不能使用 glibc 库中的任何支持函数。 Stage2的主要目的是运行Linux内核，在此之前需要完成硬件和内存初始化工作。,Bootloader调用Linux kernel的方法是直接跳转到内核的第一条指令处。在跳转时必须满足下列条件： 1)、CPU寄存器的设置：R0为0；R1为机器类型ID；R2为启动参数，标记列表在RAM中的起始基地址。 2)、CPU模式： CPU必须设置为SVC模式，必须禁止中

16、断(IRQs和FIQs)。 3)、 MMU 和 Cache的设置：MMU 必须关闭；指令 Cache 可以打开也可以关闭； 数据 Cache 必须关闭。,vivi Bootloader源码分析,vivi是韩国Mizi公司开发的Bootloader，适用于ARM9处理器。 vivi有两种工作模式，在启动时可以选择。在vivi启动时，通过串行口发出如下信息： Press Return to start the Linux now, any other key for vivi 按回车键启动Linux OS，按其它键进入vivi命令接口模式，可以使用vivi提供的命令进行一些操作。,vivi源代码目

17、录结构,vivi源代码包含的目录有：arch、Documentation、drivers、init、include、lib、scripts、test、util等10目录，共300多个文件。各个目录内容如下： 1、arch（architecture）目录 它下面的文件为与CPU硬件相关的初始化代码，此目录包含了所用vivi支持的CPU。一般只包含S3C2410 x的文件。 2、Documentation目录 其下文件为vivi使用指南。 3、drivers目录 存放的为MTD(memory technology device内存技术设备) （数据存储媒质）设备读写控制文件和串行口操作文件，对串行

18、口支持xmodem和ymodem协议。 4、include目录 存放所有的头文件，包括S3C2410微处理器的和S3C2410开发板的头文件。,5、init目录 该目录下是系统初始化文件main.c、version.c，后者是vivi版本信息，main.c为vivi整个初始化的结构。 6、lib目录 该目录下是公共应用及接口代码，如时钟功能文件time.c，堆栈初始化文件heap.c等文件。 7、scripts目录 该目录存放的是系统配置需要的脚本文件，如menuconfig和configue文件。 8、CVS目录 所有的目录下面都有一个CVS目录，存放的是该目录的路径和它的子目录。,vivi

19、源代码文件与功能结构,vivi源代码文件： 1、vivi/arch/s3c2410/head.s 2、一段过渡，实现循环调用，main返回后重新复位 LDRSP,DW_STACK_START MOVFP,#0 MOVA2,#0 BLMAIN MOVPC,#FLASH_BASE ; main返回后重新复位 3、vivi/init/main.c,vivi Bootloader接口命令,viviload flash kernel x viviboot nand 0 x80000 flash erase 0 x80000 0 xc0000,vivi源码的修改移植,vivi的移植方法步骤： 对vivi进

20、行修改移植 对vivi进行配置 对vivi进行编译 下载、运行vivi,1、修改vivi/Makefile （1）修改交叉编译库和头文件 1）修改编译器路径CROSS_COMPILE= 2）修改编译器库文件路径：ARM_GCC_LIBS= 3）增加交叉编译时头文件的搜索路径： LIBC_INCLUDE_DIR= （2）Linux内核包含文件 LINUX_INCLUDE_DIR=,编译vivi用到的交叉编译工具版本是cross-2.95.3.tar.bz2,2、修改Flash的分区信息（vivi/arch/s3c2410/smdk.c）,#ifdef CONFIG_S3C2410_AMD_BOO

21、T mtd_partition_t default_mtd_partitions = name:vivi, offset:0, size:0 x00020000, flag:0 , name:param, offset:0 x00020000, size:0 x00010000, flag:0 , name:kernel, offset:0 x00030000, size:0 x000C0000, flag:0 , name:root, offset:0 x00100000, size:0 x00140000, flag:MF_BONFS ; #endif,二、对vivi进行配置 运行vivi

22、配置程序menuconfig：makemenuconfig 启动对vivi配置的主菜单，根据自己的目标系统逐项进行设置，设置完后退出保存即可。,三、对vivi进行编译 在vivi目录下执行以下命令： makeclean make make clean是清除以前编译时生成的所有目标文件和临时文件。 如果没有错误，编译后会生成vivi的目标文件vivi.bin。,四、对vivi进行下载 利用JTAG口将vivi下载到目标板的 flash空间（0 x00000-0 x20000）。 然后对目标板加电，使vivi启动运行，观察运行情况。,Jflash-s3c2410 /t=,其中，Flash 类型有如

23、下选项： 1:SMDK2410:K9S3208 4MB 2:SMDK2410:K9S6408 8MB 3:SMDK2410:K9S2808 16MB 4:SMDK2410:K9S5608 32MB 5:SMDK2410:K9S1208 64MB 6:SMDK2410:AM29LV800BB,在烧写过程中，有3次提示，要求用户选择： （1）在“Select the function to test :”后面输入“ 0 ”，表示对型号为K9S1208的Flash芯片进行烧写，烧写类型为程序。 （2）在“Input target block number:” 后面输入“ 0 ”，表示从偏移地址0处开

24、始烧写。,经过数分钟的烧写之后，将vivi烧写到Flash之中。再次出现提示：,在“Select the function to test :” 后面输入“ 2 ”,退出vivi烧写。并关闭开发板电源，拔下JTAG连接线。 在完成vivi烧写之后，使用串口线，通过串口将宿主机与开发板连接起来。,在宿主机上打开超级终端minicom窗口，再按下“Backspace”（回格）键不放，接通开发板电源。这时我们通过超级终端minicom窗口可以观察到嵌入式系统开发板上Linux系统的启动过程，并在出现提示符“ vivi ”时停住（如果Linux系统有启动，但没有 “ vivi ” 提示符出现，则需要再

25、一次按住键盘上的“Backspace” （回格）键不放，对开发板“Reset”重启）。进入vivi提示状态,（1）对Flash分区 在“vivi ”提示符下用命令“bon part ”对Flash进行分区： Bon part 0 192k 1M 其中，从地址0处开始为vivi，地址192k（192*1024196608）处开始为内核，地址1M（1*1024*10241048576）处开始为文件系统。,由于对Flash进行了重新分区，原来烧写在Flash中从地址0处开始的引导加载程序vivi亦被擦除了，因此，这时不能掉电，也不能重启开发板，必须紧接着重新烧写vivi程序。 (2)vivi loa

26、d flash vivi x 当出现： Ready for downloading using xmodem. Waiting. 然后，按下Ctrl+A+S ，弹出一个对话框,（3）烧写内核 当vivi烧写完毕后，需要重新启动开发板，使刚才的分区及引导程序生效。 重新启动开发板时，操作过程如前所述，按下“Backspace”（回格）键不放的同时，重新启动开发板系统，出现提示符“ vivi ”。 vivi load flash kernel x 4）烧写文件系统 紧接着上面的操作，在提示符“vivi”下，输入命令： vivi load flash root x,Linux内核,Linux内核主要

27、功能 进程管理 内存管理 文件管理 设备管理 网络管理,Linux内核结构,Linux配置与编译,编译内核的步骤： 下载内核源码 修改内核目录树根下的的Makefile，指明交叉编译器 设置环境变量 配置内核产生.config文件 输入内核配置命令(make menuconfig)，进行内核选项的选择 编译内核 下载Linux内核,1、确定处理器类型 Linux内核源代码支持20多种微处理器类型，在编译之前要先确定微处理器类型。,ARCH:= arm,CROSS_COMPILE=arm-linux-,Linux2.4 内核还没有包含S3C2410处理器 Linux2.6内核已经支持。,2、确定

28、配置方法 内核支持 4种不同的配置方法，每种方法是读取一个根目录下隐藏的配置文件 “ .config ” 。这 4 种方式如下。 make config：基于文本的最为传统的配置界面，不推荐使用。 make menuconfig：基于文本选单的配置界面，字符终端下推荐使用。 make xconfig：基于图形窗口模式的配置界面，Xwindow 下推荐使用。 make oldconfig：自动读入“.config”配置文件，并且只要求用户设定前次没有设定过的选项。,【例】以 make menuconfig 为例进行S3C2410系统的内裁剪核配置。,# make menuconfig 弹出内核裁剪配置窗口,“System Type -”子项的界面,在完成配置之后，就可以保存退出，如图 所示。,内核编译 make zImage arch/$（ARCH）/boot”目录中。,文件系统,文件系统是嵌入式Linux系统必备的一个组成部分，是系统文件和应用文件存储的地方。,文件目录,/bin目录下需要包含常用的用户命令，如sh等。 /sbin目录要包含所有系统命令，如reboot等 。 /etc目录下是系统配置文件。 /boot目录下是内核映像 /dev目录含有系统所有的特殊设备文件 /lib目录包含系统所有的库