嵌入式开发环境的建立

 

嵌入式Linux 开发环境一般由如下几部分构成：Linux 服务器（宿主机）、个人PC机、嵌入式目标板和将它们连接在一起的网络环境，其具体结构如图所示：

图   linux开发环境的结构

如图所示的嵌入式Linux 开发环境中，Linux 服务器作为嵌入式Linux 内核编译、应用程序编译的公共平台，一般由单独的一台PC 机充当，安装常用的桌面标准Linux 操作系统，如RedHat Linux 等。

工作站即为普通的局域网络计算机，可以是一台或多台，以支持小组项目开发，工作站一般安装常用的Windows 操作系统，仍然可以完成各种日常工作，当需要使用Linux 服务器资源时，可从工作站远程登录到Linux 服务器，以完成各项需要的操作。

嵌入式Linux 开发是宿主机—目标机（HOST-TARGET）交叉开发，这样你的系统编译工具要换成交叉编译工具，对于这个，你只需要指明它的路径即可，需要交叉开发环境，并且建立交叉编译环境：

你可以在HK-2000 的光盘中得到预先编译的交叉编译工具cross-2.95.3.tar.bz2。交叉编译工具一般由专门的机构负责维护，可以从网站http://www.arm.linux.org.uk上免费下载，当然得需要编译，网站上一般提供原码。以下描述已经编译好的交叉编译环境的建立过程：

首先以Root 身份在Linux 服务器上新建一个用于嵌入式Linux 开发的工作目录：/home/work，以后所有的开发工作都在这个目录下进行。

编译工具以压缩包的形式，文件名为：cross-2.95.3.tar.bz2，包括linux-arm-gcc编译器和一些实用程序，位于光盘的目录：Software\Linux\tools，我们要把交叉编译工具安装在Linux服务器的/usr/local/目录下。

当拿到压缩文件后，在Linux服务器的/usr/local目录新建子目录arm：

# cd /usr/local

# mkdir arm  ；建立ARM目录

从PC机上通过FTP方式，将光盘中的文件cross-2.95.3.tar.bz2传输到Linux服务器的/usr/local/arm目录，然后以远程登录的方式，进行解压安装的操作：

# bunzip2 cross-2.95.3.tar.bz2

# tar jxvf cross-2.95.3.tar.bz2

当以上的工作完成以后，就会在当前目录生成一个名为2.95.3的子目录，表明交叉编译器已经成功安装到了/usr/local/arm下。进入/usr/local/arm/2.95.3子目录，列表查看目录所包含的内容。

# cd /usr/local/arm/2.95.3

# ls

Arm-linux bin include info lib man share test-if-write

嵌入式编译工具就安装在这个目录中，可以完成源代码的编译。

这样你的开发环境已经建立在/usr/local/arm/2.95.3/bin 下面，当然你需要使用的时候，应该指出编译器的位置。

嵌入式Linux内核的配置与编译

 

Linux之所以能成为一种流行的嵌入式操作系统，除具有功能强大、高性能、稳定性好以及源代码开发等优势以外，其最大的特点是Linux内核具有非常良好的结构，可由用户根据特定的系统需求，对内核进行配置或裁减，而这一特点恰恰满足了嵌入式应用的差异性需求。

嵌入式系统最大的特征是差异性，几乎每一个嵌入式应用都是唯一的，这种差异性体现在硬件方面，就表现为系统可以采用不同的微处理器架构，如X86、ARM、PowerPC、MIPS等，同时，即使采用同一种微处理器架构，不同生产商生产的微处理器也会有不小的差异，运行在这些嵌入式微处理器上的操作系统也会有所相同，因此，如何得到一个适合在某个特定的嵌入式系统上运行的Linux内核，是我们首先要解决的问题。

我们提供可以稳定运行在HK-2000的嵌入式Linux内核包，位于光盘目录：Develop\linux\source。

将该Linux内核源代码包linux-2.4.27.tar.gz拷贝到Linux服务器上我们约定的工作目录：/home/work，然后执行如下命令解压：

#tar zxvf linux-2.4.27.tar.gz

该命令执行完毕后，生成目录linux-2.4.27.tar.gz。进入该目录，我们进行随后的操作。

Linux内核的配置（或裁剪）是与嵌入式系统的应用需求相适应的。尽管Linux内核功能强大，支持的设备众多，但对于一个特定的嵌入式应用来说，可能只会使用到其中的部分功能，而对于其它不使用的部分，如果让它驻留在系统中，不但耗费系统资源，同时还会增加系统安全隐患，因此，内核配置的目的，就是保留系统需要的功能，去掉不必要的部分，使操作系统以最精简、最优化的状态运行。

Linux内核支持三种配置方式，第一种方式是基于命令行的问答方式，针对每一个内核配置选项会有一个提问，回答“y”包含该项功能，回答“n”则不包含该项功能。通过执行make config可以开始第一种方式。

第二种是菜单式的，用户可以在Linux服务器或网络中的某个工作站进行操作，执行make menuconfig命令以后，会出现一个配置菜单，通过该菜单可以很方便的进行内核的配置。

第三种方法也是采用菜单方式进行配置的，但必须在Linux服务器上执行。通过执行make xconfig可以开始第三种方式。

显然，三种方式的实质是相同的，我们通常使用第二种方式进行配置，这种方式简单明了，受条件制约小。

执行如下命令：

# make menuconfig

注意：该命令可能需要超级用户权限。

系统出现图所示的内核配置界面：

图  嵌入式Linux内核的配置界面

用户也许对配置选项的意义不是完全明白，可以先不用管他，我们已经对内核做了比较合理的配置，建议在开始接触时不要做修改。

当用户在根据自己的系统需求配置好内核，退出配置菜单时，需要保存修改后的内核配置，如图4-3所示。

图 嵌入式Linux内核配置保存界面

若用户选择不保存，则进行的所有配置操作无效，内核配置仍然为原来的状态，若选择保存，系统会在当前目录下生成一个.config文件，其后要进行的内核编译就是根据这个.config文件来进行条件编译以生成相应的可执行文件的。

当完成对Linux内核的配置以后，内核仍然以源代码的方式存在，不能直接下载到嵌入式系统运行，因此，需要对内核进行编译，生成最终可以在嵌入式系统上运行的可执行代码。

依次执行如下命令，对Linux内核进行编译：

#make clean ；该命令用于清除旧的编译文件

#make dep ；该命令用于生成系统相应的依赖文件

# ./automake

当你以极大的耐心执行完以上的步骤，如果运气不错的话，会在当前目录下生成内核压缩映象文件uImage，好啦，停下来喘口气吧！

 

在HK-2000上开发Linux应用程序

前面章节描述了如何组建一个基本的平台：基于AT91RM200的硬件系统和嵌入式操作系统Linux，而最终完成的我们的具体任务的工作是由应用程序来承担的，有了嵌入式操作系统，你就可以像在PC平台上一样，实现各种功能强大的应用。

本节的内容，就是描述如何在HK-2000的Linux操作系统上，完成一个最简单的应用程序。

4.3.1  Linux应用程序的开发流程

基于嵌入式Linux的应用程序开发流程，与基于Windows的应用程序开发有很大的不同。在Windows环境中，开发者习惯使用各种集成编译开发环境，完成程序编辑、编译和运行。

而在Linux下开发应用程序，目前还缺乏比较简单、高效的开发工具和手段，同时，由于应用程序的最终运行平台是嵌入式目标系统，但程序开发仍然需要在PC＋Linux平台完成，因此，在程序的开发与调试过程中，需要频繁的在Linux服务器和嵌入式目标平台交换信息。由于以上这些原因，基于嵌入式Linux的应用程序开发，还是一个相对比较复杂的过程，但随着嵌入式Linux的推广使用，基于嵌入式Linux应用程序的开发会变得越来越方便和容易。

有几种开发模式可以用于基于嵌入式Linux应用程序的开发，但最常用的方式有如下两种，即FTP方式和NFS方式。

1. FTP方式

FTP方式是首先在Linux服务器上编辑源文件，然后交叉编译，最后生成可执行文件，并将生成的可执行文件通过FTP方式下载到嵌入式目标系统上运行。

因此，当开发者在Linux服务器上完成了应用程序的编辑和编译，生成可执行文件以后，需要在嵌入式目标系统上通过FTP方式，下载编译好的可执行文件到嵌入式目标系统上运行，如果程序运行错误，则回到Linux服务器上修改源文件并重新编译、下载运行，直到程序正确运行为止。

FTP方式需要Linux服务器运行FTP服务，同时要求嵌入式目标系统端运行FTP客户程序。

FTP方式是一种常用的嵌入式Linux应用程序开发方式，其流程如图所示。

图 FTP方式的应用程序开发流程

2. NFS方式

 

NFS方式也是首先在Linux服务器上编辑源文件，然后交叉编译，最后生成可执行文件，但生成的可执行文件不再通过FTP等方式下载到嵌入式目标系统，而是在嵌入式目标系统端通过NFS方式挂载Linux服务器的共享分区，让应用程序直接运行在嵌入式目标系统，并进行调试。

NFS方式需要Linux服务器端和嵌入式目标系统端均能支持NFS文件系统。

与其他方式相比较，NFS方式具有较高的调试效率，是一种经常采用的方法。NFS方式的开发流程如图所示。

图  NFS方式的应用程序开发流程

当开发人员完成了应用程序的调试与开发，可以将调试好的应用程序下载到嵌入式目标系统的Flash文件系统，或直接编译到嵌入式Linux内核并烧写到系统的Flash，从而最终形成一个独立的嵌入式应用系统。

我们推荐用户使用NFS方式进行应用程序的方法。

在以下的部分，我们将以一个简单的示例程序来说明基于嵌入式Linux应用程序的开发过程。

一个简单的应用程序

 

我们使用一个最简单的示例，来说明基于嵌入式Linux的应用程序开发过程。示例程序完成1～100的累加求和，运行时输出每一步的累加结果和最后的总和。

1. FTP方式

 

第一步：编辑应用程序。

在Linux服务器的工作目录/home/work，使用VI文本编辑器编辑应用程序，应用程序名为test.c：

# vi test.c

程序代码如下：

/* this is a simple calculate program */

#include <stdio.h>

int main(void)

{

int i,sum=0,temp_sum=0;

for(i=1;i<=10;i++)

{

sum=sum+i;

temp_sum=sum;

printf("temp_sum = %d\n",temp_sum);

}

printf("Calculate finished! sum = %d\n",sum);

return 0;

}

编辑完源代码后，保存文件并退出VI。

第二步：编译应用程序。

键入如下命令编译应用程序：

# arm-linux-gcc -o test test.c

当命令执行完毕以后，会在当前目录下生成可执行文件test。

第三步：通过FTP方式将可执行文件test下载到嵌入式目标系统运行。

启动嵌入式目标系统的Linux，使用超级终端作为其用户操作界面，切换到Linux的可写目录，如\var，键入如下命令使用FTP方式登陆Linux服务器：

# ftp 192.168.0.100

192.168.0.100为Linux服务器的IP地址。输入合法的用户名和密码，登陆到Linux服务器，执行如下命令将可执行文件test下载到嵌入式目标系统的当前目录。

# bin ；以二进制方式传输文件

# get test ；将文件test下载到HK-2000的当前目录

# bye

当以上命令执行完毕以后，可执行文件test下载到嵌入式目标系统的当前目录。

第四步：修改文件属性，运行应用程序。

可执行文件test下载到嵌入式目标系统后，可能不具有可执行属性，键入如下命令修改文件属性，并运行应用程序：

# chmod 777 test ；修改文件属性为可执行；

# ./test ；运行应用程序；

此时，用户可以看到应用程序的运行效果，输出每一步的求和结果和总的累加和。

2. NFS方式

 

第一步：编辑应用程序。

在Linux服务器的工作目录/home/work，使用VI文本编辑器编辑应用程序，应用程序名为test.c。

注意该目录必须是Linux服务器的输出共享目录。

# vi test.c

程序代码如下：

/* this is a simple calculate program */

#include <stdio.h>

int main(void)

{

int i,sum=0,temp_sum=0;

for(i=1;i<=10;i++)

{

sum=sum+i;

temp_sum=sum;

printf("temp_sum = %d\n",temp_sum);

}

printf("Calculate finished! sum = %d\n",sum);

return 0;

}

编辑完源代码后，保存文件并退出VI。

第二步：编译应用程序。

键入如下命令编译应用程序：

# arm-linux-gcc -o test test.c
当命令执行完毕以后，会在当前目录下生成可执行文件test。

第三步：在嵌入式目标系统端挂载Linux服务器的输出共享目录，并运行应用程序。

启动嵌入式目标系统的Linux，使用超级终端作为其用户操作界面，键入如下命令挂载Linux服务器的输出共享目录：

# mkdir /mnt/nfs ；建立Linux服务器输出共享目录的挂载点；

# mount –t nfs 192.168.0.100:/home/work /mnt/nfs -o nolock

# cd /mnt/nfs

# ls

此时，嵌入式目标系统端所显示的内容即为Linux服务器的输出目录的内容，可执行文件test就在该共享目录下，运行该程序：

# ./test

此时，用户可以看到应用程序的运行效果，输出每一步的求和结果和总的累加和。

显然，由于NFS方式省去可执行文件从Linux服务器传输到嵌入式目标系统端的过程，当开发的应用程序比较复杂时，采用该方式可以大大提高应用程序的开发效率。

4.3.3  固化应用程序并自动运行

无论是使用FTP方式，还是NFS，应用程序都没有固化到系统中，但在实际的嵌入式应用中，用户需要将已经调试完成的程序固化到系统的Flash存储器，并希望系统启动时可以自动运行。

应用程序可以以静态的方式，放入Linux源代码中，然后重新编译Linux源码并下载到嵌入式系统运行，但这种方式很不灵活，只要用户修改了应用程序，就需要重新编译并下载，使用非常不方便。

HK-2000在Nor Flash和NAND Flash上均实现了文件系统支持，用户可以象操作PC的硬盘一样，对相关目录进行读写，这些目录都具有掉电不丢失数据的特性。

在HK-2000系统Linux启动以后，用户可以使用命令df，查看系统的分区信息：

# df

此时显示系统的分区信息：

/dev/mtd/4 64M /mnt/Nand

用户可以将调试好的应用程序，如前所述的test，通过NFS或FTP方式拷贝到某个目录下，只要用户不将其删除，该文件就会一直存在。

然后用户可以编辑文件/usr/etc/rc.local，该文件为系统启动时的自动执行文件，用户可以将需要启动运行的程序路径及文件名添加到这里，就可以实现在系统启动时的程序自动运行。