第10章嵌入式Linux的开发

主要内容Linux的诞生Linux相关概念Linux的组成及其版本Linux的特点嵌入式Linux的概念嵌入式Linux操作系统介绍嵌入式Linux的开发开发步骤构建合适的开发环境开发或者移植BootLoader构建适合的Linux系统开发必须的驱动程序开发应用程序开发具有图形界面的应用程序开发环境的构建开发环境的建立通常包含一下几个步骤：（1）建立装有Linux操作系统的开发主机，（2）安装C/C++语言的编译器，交叉编译器，（3）配制串口通信工具，（4）配制网络通信工具。（5）建立Windows环境下的开发工具。开发环境的构建安装Linux操作系统注意点建议用户在安装到软件配置时，选者“定制”。在“选择软件包组”界面时，[全部]VMWare安装Linux关闭防火墙利用VMWare安装LinuxVMWare是一个“虚拟机”软件。它可以在一台计算机上虚拟出多台计算机，用户可以把这些虚拟机作为一台真正的计算机，来安装自己需要的操作系统。利用VMWare软件，我们可以在Windows的环境下，虚拟出来一台计算机，把这台虚拟机作为开发主机，来安装Linux操作系统。开发环境的构建TFTP服务的配置NFS服务的配置TFTP服务的配置TFTP（TrivialFileTransferProtocol：简单文件传输协议）是一种用来传输文件的简单协议，运行在UDP（用户数据报协议）上。TFTP的设计非常简单，它缺乏标准FTP协议的许多特征。TFTP只能从远程服务器上读、写文件（邮件）或者读、写文件传送给远程服务器，它不能列出目录并且当前不提供用户认证。由于TFTP的实现比ftp简单的多，因此其在嵌入式系统的开发中被广泛使用，它也通常作为BootLoader中的一个基本功能被使用。NFS服务的配置网络文件系统（NFS）最早由Sun公司为实现TCP／IP网上的文件共享而开发。NFS是一个RPC服务，它可以在不同的系统间使用，其通讯协议的设计与主机及操作系统无关。当使用者想用远端文件时只要用“mount”就可把远端主机的文件系统挂接在自己的文件系统下，在嵌入式系统开发中也通常使用NFS服务来实现文件的传递。BootLoader的开发BootLoader是用来完成系统启动和系统软件加载工作的程序。它是底层硬件和上层应用软件之间的一个中间软件，其特点是：完成处理器和周边电路正常运行所要的初始化工作；可以屏蔽底层硬件的差异，使上层应用软件的编写和移植更加方便；不仅具有类似PC机上常用的BIOS(BasicInputOutputSystem，基本输入、输出系统监控程序)功能，而且还可具有一定的调试、下载、网络更新等功能。配置开发工具安装交叉编译器在Linux操作系统安装完成之后，会得到GCC开发工具，GCC是GNU的C/C++编译器，它是Linux中最重要的软件开发工具。实际上，GCC能够编译三种语言：C、C++和ObjectC（C语言的一种面向对象扩展）。利用GCC命令可同时编译并连接C和C++源程序。然而开发主机上的的GCC是x86架构的处理器的，即用GCC编译的程序只能在Intel的x86结构的CPU上运行，而对于嵌入式系统开发而言，需要编译出来的程序能够在目标系统的CPU上运行（例如Arm），这就需要构建交叉编译器。交叉编译器是嵌入式系统开发的基本工具，其应用非常广泛，在编译任何目标机上的执行程序的时候，例如应用程序、操作系统、库文件等，就会需要交叉编译器。通常，交叉编译器是通过对普通的GCC编译器进行改造而得到的，因此，大多数交叉编译器的名称中都含有“gcc”这个关键词，诸如“xxx-xxx-gcc”之类。例如，ForArm处理器的交叉编译器的名称大多为“arm-elf-gcc”、“arm-linux-gcc”或者“arm-elf-linux-gcc”等。配置开发工具安装交叉编译器用户基于GCC编译器的源码构建一个全新的交叉编译器会十分麻烦，幸运的是，很多嵌入式处理器的厂商都提供一个工具包（即BSP），其中会包含交叉编译器的构建工具，只要运行安装其中的相应脚本就可以构建需要的交叉编译器，使用起来非常方便。例如在使用Motorola的MX1（处理器为M9328）开发系统时，可以使用其BSP中的交叉编译工具软件包来构建交叉编译器。具体如下：（1）复制光盘中BSP目录的armLinuxXToolChain.tar.gz到目录/usr/local（2）运行tar-zxvfarmLinuxXToolChain.tar.gz（3）开发工具安装完成，一个名为“arm-elf-linux-gcc”交叉编译器就建立了。配置开发工具使用串口调试工具在Windows中经常用到的串口调试工具是超级终端，在Linux中也有一个类似的工具就是minicom。minicom是安装RedHat时安装的软件，minicom中所有的操作都以ctrl+A开始，例如：退出为ctrl+A，松手后再按下Q，则弹出如下一个小框,选Yes即可退出minicom。minicom具体使用参加课本BootLoader的开发BootLoader是用来完成系统启动和系统软件加载工作的程序。它是底层硬件和上层应用软件之间的一个中间软件，其特点是：完成处理器和周边电路正常运行所要的初始化工作；可以屏蔽底层硬件的差异，使上层应用软件的编写和移植更加方便；不仅具有类似PC机上BIOS(BasicInputOutputSystem，基本输入、输出系统)监控程序的功能，而且还可具有一定的通信、调试、网络更新等功能。BootLoader的开发BootLoader程序与系统的操作系统、CPU型号、内存的大小和具体芯片、硬件设计都有关系。每种不同的CPU体系结构都有不同的BootLoader。除了依赖于CPU的体系结构外，BootLoader实际上也依赖于具体的嵌入式板级设备的配置。也就是说，对于两块不同的嵌入式开发板而言，即使它们是基于同一种CPU构建的，BootLoader通常也不能直接通用。开发一个全新的BootLoader是困难的，幸运的是，现在有很多成熟的BootLoader可以被选择，例如U-Boot、RedBoot、dBUG等。基于这些成熟的BootLoader，我们所讲的BootLoader的开发工作其实就可以简化为BootLoader的移植工作。BootLoader的基本知识BootLoader的安装位置BootLoader的基本知识BootLoader的控制与通信开发主机和目标机之间一般通过串口建立连接，为了使用者能够清晰掌握BootLoader的启动过程，在BootLoader运行之后，它将通过目标机的串行口把启动信息送到开发主机得串行口，并且从串口读取用户控制信息，接收控制。BootLoader的基本知识BootLoader的操作模式大多数BootLoader都包含两种不同的操作模式：启动加载模式和下载模式，这种区别仅对于开发人员才有意义。但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工作模式的区别。BootLoader的基本知识BootLoader与主机之间文件传输协议最常见的情况就是，目标机上的BootLoader通过串口与主机之间进行文件传输，传输协议通常是xmodem／ymodem／zmodem协议中的一种。但是，由于串口传输的速度较低，在很多BootLoader中支持采用TCP/IP网络来出传递数据，例如常用的基石采用TFTP协议或者NFS服务来传递文件。BootLoader的开发过程由于BootLoader的实现依赖于系统的硬件结构，不同结构的系统平台将需要不同的BootLoader，为了便于BootLoader的移植工作，大多数BootLoader都分为stage1和stage2两大部分。stage1中一般放置依赖于CPU体系结构的代码，比如设备初始化代码等，这些代码通常由汇编语言和C语言共同实现，以达到短小精悍的目的。而stage2则放置与系统平台无关的代码，例如TFTP协议，这些代码通常用C语言来实现，这样可以实现给复杂的功能，而且代码会具有更好的可读性和可移植性。用户在把BootLoader移植到不同的嵌入式硬件平台时，仅需修改stage1的代码即可。BootLoader的移植前面已经提到，开发一个全新的BootLoader是困难的，幸运的是，现在有很多成熟的BootLoader可以被选择，我们所讲的BootLoader的开发工作其实可以简化为BootLoader的移植工作。Linux系统的构建一个可以运行的Linux系统要包含包含两个方面，一是Linux内核，二是根文件系统。单独的Linux内核是不能工作的，还需要其它应用程序的配合。这些应用程序存放在根文件系统中，因此Linux系统的构建出了构建Linux内核之外，还要构建根文件系统。Linux系统的构建Linux系统的构建步骤配置内核编译内核安装、测试内核Linux内核的构建Linux内核的配置makeconfig基于文本的最为传统的配置界面，不推荐使用。makemenuconfig是基于文本选单的配置界面，一般在字符终端下推荐使用。makexconfig基于图形窗口模式的配置界面，Xwindow下推荐使用。makeoldconfig在原来内核配置的基础上修改一些小地方，会省去不少麻烦Linux内核的配置在内核配置时，一般会有三种选择：Y、N和M，其分别代表的含义如下：Y－将该功能编译进内核。N－不将该功能编译进内核。M－将该功能编译成模块，可以在需要时动态插入到内核中。Linux内核的配置SCSI设备的支持。注意：如果是在VMware下面测试新内核，必须要把SCSI的支持加上，这是由于vmware虚拟出来的硬盘是scsi的。如果新内核不支持SCSI，内核启动是将会出现类似下面的错误VFS:cannotopenrootdevicesda2or08:02Pleaseappendacorrectrootroot=bootoptionkernelpanic:VFS:unabletomountrootfson08:02具体需要选择支持的SCSI的内容如下：（A）DeviceDrivers-SCSIdevicesupport---*SCSIdisksupport（默认支持的）（B）DeviceDrivers-SCSIdevicesupport---SCSIlow-leveldrivers---BusLogicSCSIsupport（默认不支持的，一定要选上）Linux内核的构建Linux内核的编译（1）makedep（2）makeclean（3）makezImage（注意I是大写）（4）makebzImage（注意I是大写）（5）makemodules（6）makemodules_install（7）makeinstall新内核的测试利用Grub进行测试具体参考教材199页模块的加载在内核配置中，许多驱动的支持是被设置为模块进行编译的，这些被编译好的模块可以由内核自动加载，也可以由用户加载。一般的，这些编译好的模块位于“/lib/modules/2.4.20-8/kernel/drivers/”目录下。加载这些模块可以使用insmod或modprobe命令，modprobe命令除了加载制定的模块之外，还会加载和本模块相关的其它模块，因此建议使用modprobe命令代替insmod命令。例如，我们在linux下使用USBtoRS232的转接器。USBtoRS232转接器使用的芯片型号是pl2303，则可以运行以下命令：Modprobe/lib/modules/2.6.16-28/kernel/drivers/usb/serial/pl2303内核会加载pl2303.