第四章 构建嵌入式交叉开发环境

第四章构建嵌入式交叉开发环境4.1交叉开发环境介绍•4.1.1交叉开发概念模型内核映像根文件系统内核映像HOSTTARGET下载内核映像各种连接方式挂接NFS文件系统TARGET就是目标板，HOST是开发主机。在开发主机上，可以安装开发工具，编辑、编译目标板的Linux引导程序、内核和文件系统，然后在目标板上运行。通常这种在主机环境下开发，在目标板上运行的开发模式叫作交叉开发。4.1.2目标板与主机之间的连接目标板和主机之间通常可以使用串口、以太网接口、USB接口以及JTAG接口等连接方式。（1）串行通讯接口（2）以太网接口（3）USB接口（4）JTAG等接口4.1.3文件传输（1）串口传输方式主机端通过kermit、minicom或者windows超级终端等工具都可以通过串口发送文件。（2）网络传输方式网络传输方式一般采用TFTP（TrivialFileTransportProtocol）协议。（3）USB接口传输方式通常分主从设备端，主机端为主设备端，目标板端为从设备端。（4）JTAG接口传输方式JTAG仿真器跟主机之间的连接通常是串口、并口、以太网接口或者USB接口。（5）移动存储设备如果目标板上有软盘、CDROM、USB盘等移动存储介质，就可以制作启动盘或者复制到目标板上，从而引导启动。4.1.4网络文件系统NFS文件系统的优点如下:（1）本地工作站使用更少的磁盘空间，因为通常的数据可以存放在一台机器上而且可以通过网络访问到。（2）用户可以通过网络访问共享目录，而不必在计算机上为每个用户都创建工作目录。（3）软驱、CDROM等存储设备可以在网络上面共享使用。这可以减少整个网络上的移动介质设备的数量。（4）NFS至少有一台服务器和一台（或者更多）客户机两个主要部分。客户机远程访问存放在服务器上的数据。需要配置启动NFS等相关服务。4.2安装交叉编译工具基于上述硬件环境配置的需求，接下来一步步构建这个交叉开发环境。首先要安装交叉编译工具链。4.2.1获取交叉开发工具链几个ARMLinux的免费站点：•（1）•（2）•（3）•（4）主机安装工具链•对于RPM格式的工具链，可以通过rpm命令把软件包安装到主机上。•对于tar包，可以使用tar命令解压。•以ARMLinux站点提供的cross-3.3.2.tar.bz2包为例说明。解压后，查看GCC版本号，可以得到一些信息，如：$tar–jxvfcross-3.3.2.tar.bz2$./3.3.2/bin/arm-linux-gcc–v出现如下信息：…..–prefix=/usr/local/arm/3.3.2i686-pc-linux-gnu…….表明GCC的安装路径，是在GCC编译前通过prefix选项配置的。因此该工具链的安装路径为：/usr/local/arm/3.3.24.3主机开发环境配置•4.3.1主机环境配置•主机端安装Linux操作系统（只要磁盘有足够空间，最好是完全安装）。•接下来就是主机Linux环境配置。•然后把交叉开发工具链的路径添加到环境变量PATH中，这样可以方便地在Bash或者Makefile中使用这些工具。通常可以在环境变量的配置文件有3个：①/etc/profile是系统启动过程执行的一个脚本，对所有用户都生效。②～/.bash_profile是用户的脚本，在用户登录时生效。③～/.bashrc也是用户的脚本，在～/.bash_profile中调用生效。把环境变量配置的命令添加到其中一个文件中即可。4.3.2串口控制台工具•串行通讯接口很适合作为控制台，在各种操作系统上一般都有现成的控制台程序可以使用。•Windows操作系统有超级终端（Hyperterminal）串口通讯工具；Linux/UNIX操作系统有minicom等串口通讯工具。•minicom的配置界面是菜单方式。在Shell下执行“minicom–s”命令，出现配置菜单。•图形见P774.3.3DHCP服务目标板的Bootloader或者内核都需要分配IP地址。这可以通过动态主机配置协议（DHCPDynamicHostConfigurationProtocol）或者BOOTP协议实现。BOOTP协议可以给计算机分配IP地址并且通过网络获取映像文件的路径；DHCP则是向后兼容BOOTP的协议拓展。Linux操作系统的主机一般包含dhcpd的软件包，可以配置DHCP服务。配置服务的操作需要root用户的权限。配置文件为/etc/dhcpd.conf4.3.4TFTP服务TFTP协议是简单的文件传输协议，所以实现简单，使用方便，正好适合目标板Bootloader使用。但是文件传输是基于UDP的，文件传输（特别是大文件）是不可靠的。TFTP服务在Linux系统上有客户端和服务器2个软件包。配置TFTP服务，必须先安装好。TFTP服务也可以通过图形化的配置窗口来启动。操作过程需要root权限。缺省的情况下，把/tftpboot目录作为输出文件的根目录。还可以手工修改TFTP配置文件，定制TFTP服务。配置文件为/etc/xintd.d/tftp,修改好后需要执行：$/etc/init.d/xinetdrestart使xinetd重新启动TFTP服务。4.3.5NFS服务•NFS服务的主要任务是把本地的一个目录通过网络输出，其他计算机可以远程地挂接这个目录并且访问文件。•NFS服务有自己的协议和端口号，但是在文件传输或者其他相关信息传递的时候，NFS则使用远程过程调用（RPC，RemoteProcedureCall）协议。•NFS服务通过一系列的工具来配置文件输出，配置文件为：/etc/exports修改好后需要执行：$/etc/rc.d/init.d/portmapstart$/etc/rc.d/init.d/nfsstart来启动服务。如果希望每次系统引导时都启动NFS服务，可以用以下命令：$/sbin/chkconfignfson4.4启动目标板•4.4.1系统引导过程•第一阶段是目标板硬件初始化，解压内核映像，再跳转到内核映像入口。•第二阶段是内核的初始化，初始化设备驱动，挂接根文件系统。•第三阶段是执行用户空间的init程序，完成系统初始化、启动相关服务和管理用户登录等工作。4.4.2内核解压启动目标板处理器上电或者复位后，首先执行引导程序（Bootloader），初始化内存等硬件，然后把压缩的内核映像加载到内存中，最后跳转到内核映像入口执行。这样就把控制权完全交给内核映像了。接下来内核映像继续执行，完成自解压或者重定位，然后跳转到解压后的内核代码入口。这部分主要是Linux内核的自引导程序，又叫作Linuxbootloader，包含在内核源代码中。这部分引导代码相对简单，不可能替代目标板上的Bootloader。4.4.3挂接根文件系统Linux内核要挂接NFS根文件系统，需要以下两个工作：（1）在主机端配置相应的网络服务；（2）配置目标板的内核选项，支持nfs服务。另外还必须具备以下条件:•（1）以太网接口驱动正常•（2）配置内核启动命令行参数•（3）配置内核挂接NFS根文件系统4.5应用程序的远程交叉调试•4.5.1交叉调试的模型HOSTTARGET以太网连接NFSgdbgdbserver应用程序和源码应用程序4.5.2交叉调试程序实例•1．交叉编译（1）在主机上编辑hello.c程序（2）交叉编译（3）把可执行程序复制到NFS输出的目录下面（4）这时在目标板端也可以访问到同样的程序，执行程序•2．交叉调试（1）编译程序的时候，需要添加-g编译选项（2）在目标板上，启动gdbserver，控制程序执行（3）在主机端，启动DDD和gdb调试程序（4）在DDD下窗口的GDB控制台下，建立连接（5）设置断点，执行到断点1、UP-NETARM2410-S嵌入式Linux开发平台简介：（1）硬件配置4.6ARM9系统配置说明（2）S3C2410芯片介绍S3C2410X芯片集成了大量的功能单元，包括：1、内部1.8V，存储器3.3V，外部IO3.3V，16KB数据CACHE，16KB指令CACHE，MMU。2、内置外部存储器控制器（SDRAM控制和芯片选择逻辑）。3、LCD控制器（最高4K色STN和256K彩色TFT），一个LCD专用DMA。4、4个带外部请求线的DMA。5、三个通用异步串行端口（IrDA1.0,16-ByteTxFIFO,and16-ByteRxFIFO）,2通道SPI。6、一个多主IIC总线，一个IIS总线控制器。7、SD主接口版本1.0和多媒体卡协议版本2.11兼容。8、2个USBHOST，一个USBDEVICE（VER1.1）。9、4个PWM定时器和一个内部定时器。10、看门狗定时器。11、117个通用IO。12、24个外部中断。13、电源控制模式：标准、慢速、休眠、掉电。14、8通道10位ADC和触摸屏接口。15、带日历功能的实时时钟。16、芯片内置PLL。17、设计用于手持设备和通用嵌入式系统。18、16／32位RISC体系结构，使用ARM920TCPU核的强大指令集。19、ARM带MMU的先进的体系结构支持WINCE、EPOC32、LINUX。20、指令缓存（cache）、数据缓存、写缓冲和物理地址TAGRAM，减小了对主存储器带宽和性能的影响。21、ARM920TCPU核支持ARM调试的体系结构。22、内部先进的位控制器总线（AMBA）(AMBA2.0,AHB/APB)。（1）嵌入式LINUX开发环境方案：①、基于PC机WINDOWS操作系统下的Cygwin;②、在WINDOWS下安装虚拟机Vmwareworkstation后，再在WINDOWS中安装LINXUX操作系统，指定链接即可。③、直接安装LINUX操作系统。2、建立嵌入式Linux开发环境由于Redhat9.0安装后占用空间约为2.4G－5G之间，还要安装ARMLINUX开发软件（大约800M左右），因此对开发计算机的硬盘空间要求较大。硬件要求：CPU：高于奔腾500M，推荐高于1.7G。内存：大于128M，推荐256M以上。硬盘：大于10G，推荐高于40G。（2）对开发PC机的性能要求（1）配置网络，包括配置IP地址、NFS服务、防火墙。网络配置主要是要安装好以太网卡，对于一般常见的RTL8139网卡，REDHAT9.0可以自动识别并自动安装好，完全不要用户参与，因此建议使用该网卡。然后配置宿主机IP为192.168.0.*。如果是在有多台计算机使用的局域网环境使用此开发设备，IP地址可以根据具体情况设置。如图所示：3、配置嵌入式Linux开发环境对于REDHAT9.0，它默认的是打开了防火墙，因此对于外来的IP访问它全部拒绝，这样其它网络设备根本无法访问它，即无法用NFSmount它，许多网络功能都将无法使用。因此网络安装完毕后，应立即关闭防火墙。操作如下：点击红帽子开始菜单，选择安全级别设置，选中无防火墙。如图所示：在“系统设置”菜单中选择服务器设置菜单，再选中服务菜单，将iptables服务的勾去掉,并确保nfs选项选中。配置NFS：点击主菜单运行系统设置-服务器设置-NFS服务器（英文为SETUP-SYSTEMSERVICE-NFS），点击“增加”出现如下界面，在目录(Drictory)中填入需要共享的路径，在主机(Hosts)中填入允许进行连接的主机IP地址。并选择允许客户对共享目录的操作为只读（Read－only）或读写(Read/write)。如图所示：下图是一些常规选项设置，可以保留默认值。下图是对客户端存取服务器的一些其他设置，一般不需要设置，取默认值：当将远程根用户当作本地根用户时,对于操作比较方便,但是安全性较差。最后退出时则完成NFS配置。配置好后，界面应显