嵌入式linux开发环境课件.ppt

1、嵌入式linux开发环境教学回顾n linux下的编译器n linux下的调试器n make工具教学内容n 嵌入式系统n 嵌入式linux系统n 开发模式n 交叉编译n 交叉调试教学要求n 掌握交叉编译器的安装及相关工具的使用n 掌握交叉调试n 掌握目标板与主机的通信方法嵌入式系统n 嵌入式系统u以应用为中心，以计算机技术为基础，软硬件可裁剪，适应应用系统对功能、可靠性、成本、体积、功耗等严格要求的专用计算机系统专用计算机系统。n 嵌入式系统的几个重要特征u低功耗、体积小，专用性强u软件固化在存储器芯片u硬件和软件剪裁u代码质量要求很高u专门的开发工具和开发环境嵌入式系统与PC机的比较（1）设

2、备名称设备名称嵌入式系统嵌入式系统PC机机CPU嵌入式处理器CPU（Intel的Pentium （ARM，MIPS）AMD的Athlon等）内存SDRAM,DDR芯片SDRAM，DDR内存条存储设备Flash芯片硬盘输入设备 按键、触摸屏 鼠标、键盘 传感器输出设备LCD显示器声音设备音频芯片声卡接口MAX232等芯片主板集成其他设备USB芯片、主板集成或外接卡网卡芯片嵌入式系统与PC机的比较（2）名称名称嵌入式系统嵌入式系统PC机机引导代码Bootloader引导，主板的BIOS引导，无须针对不同电路板进行移植改动操作系统WinCE、VxWorks、Linux等Windows、Linux等需

3、要移植 不需要移植驱动程序必须针对电路板进行移植从网上下载直接使用协议栈需要移植操作系统包括开发环境交叉编译在本机就可开发调试仿真器需要不需要现今，嵌入式开发分类n 基于单片机开发；n 基于专用集成电路的板级板级系统设计；根据需求利用现有的IC(CPU、RAM、flash)等设计电路板，在板中移植操作系统，开发应用程序。n 片上系统片上系统（System On Chip,SOC）；在单芯片上集成数字信号处理器、微控制器、存储器、接口电路等模块，即芯片设计；讲求软硬件协调开发。嵌入式系统结构n 嵌入式系统一般包括硬件硬件和软件软件两部分u这里的硬件是以一个高性能的处理器（通常是32位处理器）为基

4、础；u软件是以一个多任务操作系统为基础的综合平台n 这样一个软、硬件平台是单片机无法比拟的，可称之为“嵌入式系统”。（1）嵌入式硬件平台其他外设SDRAMFlash外部总线控制器SDRAM控制器时钟复位中断控制器处理器核片上系统（2）嵌入式系统软件n 嵌入式软件可以分为两大类：u系统软件：控制和管理嵌入式系统资源，一般是内核。u应用软件：在系统软件之上，如GUI（图形界面），网络服务器软件等。（2）嵌入式软件结构应用程序硬件平台嵌入式软件内核子程序（进程调度、内存管理、文件系统、网络、进程间通信）动态库BSP包（驱动程序）系统调用内核软件嵌入式软件开发n 嵌入式应用开发过程一个嵌入式应用项目的

5、开发过程是一个硬件和软件设计的综合过程，是一个系统设计过程，主要经历以下步骤：u硬件设计与实现u引导加载程序的设计u操作系统的移植（主要是驱动程序移植）u应用程序的设计u系统调试，样机交付n 其中，引导加载程序，操作系统移植，应用程序设计是软件设计，具有自己的特点。嵌入式linux系统n 软件平台u由linux内核等多个开源软件构成的自定义系统嵌入式Linux的分区内容分区1 bootloader 分区2 内核分区3 系统软件 bootloaderrootfsKernelextfsUboot.binUboot_4412源码uboot源码Kernel硬件手册4.4源码Rootfs.imgRoot

6、fsBusybox系统文件(etc、dev)烧写工具软件Cross-compilerBinutilsCross.tar.bz2GccGlibc4.4_4412patchRootfs.imgmkfs工具嵌入式linux系统的组成n 从上面的分区图，可以看出嵌入式linux系统的组成：ubootloaderbootloader是一个统称，指的是在内核启动前运行的一小段代码。ulinux内核操作系统内核u根文件系统（系统工具）用户使用时，必要的工具。嵌入式linux软件开发的特点n 需要交叉编译u硬件平台处理器较慢，内存和外存容量小等等；u把软件开发放在高性能的PC机上进行；uPC机上CPU指令集与

7、嵌入式CPU的指令集是不同的，因此，在PC机上开发嵌入式软件需要交叉编译。n 需要移植u由于嵌入式系统是一个软硬件定制的系统，硬件平台各不相同，软件设计需要根据不同的硬件设备来添加或修改相应的代码，这就是移植。交叉编译n 程序源码编译之后，最终要翻译成机器指令机器指令n ARM平台与X86平台，机器指令是不一样不一样n 怎么在高性能的怎么在高性能的X86平台上编译出在平台上编译出在ARM平台上平台上运行的程序？运行的程序？uARMARM板上安装一个编译板上安装一个编译u在在PCPC上使用软件模拟一个上使用软件模拟一个ARMARM硬件平台硬件平台u交叉编译交叉编译-在在PCPC（X86X86）机

8、上编译出）机上编译出ARMARM平台运行的平台运行的程序。程序。交叉编译n 需要交叉开发环境（Cross Development Env）的支持是嵌入式应用软件开发时的一个显著特点。n 交叉编译器只是交叉开发环境的一部分。n 交叉开发环境是指编译、链接和调试嵌入式应用软件的环境，它与运行嵌入式应用软件的环境有所不同，通常采用宿主机目标机模式。交叉编译n 宿主机目标板模式u宿主机（Host）是一台通用计算机，它通过串口、usb接口或者以太网接口与目标机通信。宿主机的软硬件资源比较丰富，能够大大提高嵌入式应用软件的开发速度和效率。u目标板（Target），应用程序实际运行的平台，或者是能够替代实际

9、运行环境的仿真系统。软硬件资源通常都比较有限。交叉编译n 宿主机目标板模式u首先利用宿主机上丰富的资源和良好的开发环境开发和仿真调试目标机上的软件；u然后通过串口、usb接口或者以网络将交叉编译生成的目标代码传输并装载到目标机上，并在监控程序或者操作系统的支持下利用交叉调试器进行分析和调试；u最后目标机在特定环境下脱离宿主机单独运行。交叉编译n GNU交叉工具链toolchainu交叉编译器，例如arm-linux-gccu交叉汇编器，例如arm-linux-asu交叉链接器，例如arm-linux-ldu用于处理可执行程序和库的一些基本工具。例如arm-linux-strip交叉编译n GN

10、U交叉工具链的下载ulinux下的GNU交叉编译器一般有厂家提供，或者可以从网上下载安装，甚至是自己动手制作一个交叉编译器。u例如：我们教学用的一个4.8.2版本的交叉编译器：arm-linux-gcc-4.8.2.tar.bz2通常开发板的光碟资料中，也会提供一个交叉编译器交叉编译n 交叉编译器的安装：1.解压安装包tar jxvf arm-linux-gcc-4.8.2.tar.bz2解压的文件存放的目录没有规定，一般放在用户的家目录2.添加环境变量，有两种方法：（1）在终端直接使用如下命令：export PATH=解压后的路径/bin:$PATH特点：终端关闭，设置失效（2）在配置文件/

11、etc/profile文件的最后添加：export PATH=解压后的路径/bin:$PATH特点：linux启动就设置；3.工具链安装完成。交叉编译n GNU交叉工具链的常用工具介绍 交叉编译示意图连接目标饭访问目标板n 如何观察应用程序在目标板的运行情况，即查看程序的输出信息？u通过串口线连接宿主机和目标板。u配置串口做为目标板的输出设备。例如在交叉编译目标板的linux内核时，配置指定终端为串口：noinitrd root=/dev/mtdblock2 init=/linuxrc noinitrd root=/dev/mtdblock2 init=/linuxrc console=tty

12、SAC0,115200console=ttySAC0,115200u在宿主机上通过串口通信软件串口通信软件查看目标板系统的运行情况。n PC上的串口通信软件有很多：u超级终端udnwuputty等等n 串口通信工具的配置一般如下：下载程序映象到目标板n 在pc上交叉编译后的程序要下载到目标板中运行，下载的方式有很多，主要如下：u通过串口下载串口下载速度慢，但是实现起来简单；u通过usb下载USB下载速度快，但是实现结构比较复杂；u通过TFTP方式下载通过网口，使用tftp协议从pc机上的tftp服务器上下载文件到目标板中u通过挂载NFS方式下载通过网口，使用nfs协议从pc上下载文件到目标板中

13、交叉调试器n 嵌入式软件开发过程中的交叉调试与本地软件开发过程中的调试方式有所差别。u本地软件开发调试器与被调试的程序往往运行在同一台计算机上。调试器是一个单独运行着的进程，它通过操作系统提供的调试接口来控制被调试的进程。u嵌入式软件开发调试时采用的是在宿主机和目标机之间进行的交叉调试。调试器运行在宿主机，但被调试的进程却是运行在目标板。调试器和被调试进程通过串口或者网络进行通信，调试器可以控制、访问被调试进程，读取被调试进程的当前状态，并能够改变被调试进程的运行状态。交叉调试器n 交叉调试器u将gdbserver拷贝到目标板的文件系统中饭中。gdbserver在解压后的交叉编译器里面“cro

14、sstool/4.8.2/arm-none-linux-gnueabi/debug-root/usr/bin/”u启动目标板上的gdbserver./gdbserver 192.168.1.88:2345 被调试程序192.168.1.88 是目标板的IP地址。2345是任意指定的端口，可以是其他端口。u启动宿主机端arm-linux-gdb调试器在宿主机的工作目录中有对应的程序和源文件$arm-linux-gdb 被调试程序(gdb)target remote 192.168.1.88:2345 连接远程gdbserver(gdb)b main 设置断点(gdb)c 运行课堂小结n 交叉开发模式u交叉编译u交叉调试预习内容n Bootloader程序设计（1）