Linux開發(fā)環(huán)境的建立步驟

傳統(tǒng)的嵌入式開發(fā)環(huán)境需要單片機(jī)的仿真器，包括C語(yǔ)言、匯編語(yǔ)言、調(diào)試工具等的集成開發(fā)環(huán)境IDE、實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)等。

由于Flash技術(shù)的發(fā)展，仿真器已可以省去。隨著BDM調(diào)試工具的標(biāo)準(zhǔn)化，BDM調(diào)試工具會(huì)變得越來越簡(jiǎn)單、越來越通用。

軟件方面，Linux下的自由軟件GNU gcc可以完成幾乎所有知名CPU以及DSP的交叉C編譯和調(diào)試，故IDE可以省去。

操作系統(tǒng)方面，uClinux、RTLinux、μC/OS等源碼開放的、免費(fèi)的嵌入式操作系統(tǒng)也都性能穩(wěn)定可靠。

因此，全部使用自由軟件開發(fā)嵌入式應(yīng)用無(wú)疑是一種不錯(cuò)的選擇。我們?cè)?2位MCU ColdFire上實(shí)現(xiàn)了上述全部開發(fā)過程。這一過程原則上也適合其它幾乎所有的32位嵌入式應(yīng)用系統(tǒng)的開發(fā)。

　　1 提倡使用自由軟件開發(fā)嵌入式系統(tǒng)

　　自由軟件有強(qiáng)大的網(wǎng)上技術(shù)支持是公認(rèn)的，不斷升級(jí)的新版本的推出表明了自由軟件強(qiáng)大的生命力。然而，使用自由軟件有一定的難度，首先要熟悉Linux的使用，學(xué)會(huì)看Linux下的幫助信息。然后是學(xué)會(huì)遇到問題如何解決。向高手請(qǐng)教是解決問題的辦法之一。在清華大學(xué)，校園網(wǎng)中的BBS是研究生交流的極好方式。還有一個(gè)方法是在網(wǎng)上搜索，因?yàn)槟龅降膯栴}其他人以前或許也遇到過，解決辦法可能網(wǎng)上就有。再有一個(gè)辦法就是直接給作者發(fā)電子郵件。自由軟件有源碼、大多都有作者的Email 地址。我們體會(huì)使用Linux下的GNU gcc 等軟件的難點(diǎn)主要在使用環(huán)境的建立上，一旦使用環(huán)境建立起來了，僅僅是使用并不難。在國(guó)外，這部分工作有專門的系統(tǒng)管理員為你做好，而國(guó)內(nèi)這部分工作往往要自己做，故增加了Linux系統(tǒng)的使用難度。以GNU gcc 為例，根據(jù)我們的研究生的經(jīng)驗(yàn)，建立并熟悉使用的過程大約需要2個(gè)月的時(shí)間。而熟悉一個(gè)買來的商業(yè)軟件也需要2周乃至1個(gè)月的時(shí)間。也就是說，買商業(yè)軟件可以節(jié)省1個(gè)月的時(shí)間。

　　2 Linux開發(fā)環(huán)境的建立

　　一個(gè)人用Linux開發(fā)嵌入式應(yīng)用，可以在自己的PC機(jī)上裝一套Linux，例如，Red Hat Linux?？梢允褂肔inux中的X windows(xterm)開若干個(gè)窗口用于編譯、下載、調(diào)試等；可以使用Linux中的emacs作文本編譯。Windows 中有的軟件在Linux 中幾乎都有。但由于多數(shù)人對(duì)Linux環(huán)境和Linux中的應(yīng)用程序不熟悉，寧愿用PC上基于Windows的操作系統(tǒng)，此時(shí)可以在Windows環(huán)境下裝上Cygwin軟件。GNU中的Cygwin是在Windows下運(yùn)行Linux的自由軟件。但我們發(fā)現(xiàn)，Cygwin的兼容性似乎不太好，在有的PC機(jī)上能裝得上，有的PC機(jī)上裝不上。Cygwin的安裝過程要兩三個(gè)小時(shí)，有時(shí)裝到一半出現(xiàn)錯(cuò)誤很不好處理。據(jù)說VMWare的Windows版本也可以在Windows環(huán)境下開出Linux的窗口，但VMWare不是自由軟件。

　　我們采用的辦法是用1臺(tái)PC機(jī)運(yùn)行Linux作為服務(wù)器。開發(fā)小組中每個(gè)成員都可以通過局域網(wǎng)用Telnet登錄到這臺(tái)Linux服務(wù)器上去，被開發(fā)的目標(biāo)板也掛在網(wǎng)上。在服務(wù)器的Linux環(huán)境下，用GNU gcc編譯生成目標(biāo)代碼，再用FTP傳回到自己的PC機(jī)上，然后通過串行口或網(wǎng)絡(luò)下載到目標(biāo)機(jī)上。BDM工具主要用于硬件調(diào)試。因?yàn)锽DM工具的支持軟件也是Linux下的自由軟件，故BDM工具只能接在Linux服務(wù)器的并口上。硬件調(diào)試完成后，可以把Debug程序?qū)懭隖lash，然后就不需要BDM工具了。
檢驗(yàn)開發(fā)環(huán)境是否建立好了得有1塊目標(biāo)板。在開發(fā)環(huán)境建立起來之前，冒然設(shè)計(jì)自己的硬件，難度較大?？梢杂蒙碳姨峁┑脑u(píng)估板作為目標(biāo)板先把開發(fā)環(huán)境建立起來?？梢酝ㄟ^用GNU gcc 編譯uClinux 然后下載到目標(biāo)板上運(yùn)行的辦法來熟悉Linux下 GNU gcc的開發(fā)環(huán)境，檢驗(yàn)開發(fā)環(huán)境是否已建立好。如果是購(gòu)買第3方的硬件，則要特別小心。有些惡劣廠商的產(chǎn)品的確可以運(yùn)行uClinux，但其是在軟件或硬件中做了些陷阱，使用戶只能用他的硬件。

　　3 GNU gcc交叉編譯器

　　運(yùn)行于Linux操作系統(tǒng)下的自由軟件GNU gcc編譯器，不僅可以編譯Linux操作系統(tǒng)下運(yùn)行的應(yīng)用程序、編譯Linux本身，還可以作交叉編譯，編譯運(yùn)行于其它CPU上的程序?？梢宰鹘徊婢幾g的CPU（或DSP）涵蓋了幾乎所有知名廠商的產(chǎn)品。用于嵌入式應(yīng)用的、眾所周知的CPU包括：Intel的i386、Intel960、AMD29K、ARM、M32、MIPS、M68K、ColdFare、PowerPC、68HC11/12、TI的TMS32等等。詳細(xì)列表可查看http://gcc.gnu.org/reading網(wǎng)站。

　　GNU gcc編譯器是一套完整的交叉C編譯器，包括：
　　◇ C交叉編譯器 gcc；
　　◇ 交叉匯編工具 as；
　　◇ 反匯編工具 objdump；
　　◇ 連接工具 Ld；
　　◇ 調(diào)試工具 gbd。

　　可以用批處理文件 makefile 將上述工具組合成方便的命令行形式。makefile 是用bash語(yǔ)言寫的。bash語(yǔ)言是很像BASIC語(yǔ)言的一種命令解釋語(yǔ)言，范例可以從網(wǎng)上獲得。

　　4 嵌入式操作系統(tǒng)

　　嵌入式應(yīng)用中的操作系統(tǒng)多為實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)。μC /OS是一個(gè)免費(fèi)的小實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)內(nèi)核，內(nèi)核代碼僅幾K~十幾K。已有10年的應(yīng)用史，并已經(jīng)被移植到了幾乎所有的嵌入式應(yīng)用類CPU上。它的實(shí)時(shí)性、穩(wěn)定性已得到世人的公認(rèn)。由于μC/OS的商業(yè)價(jià)值，后來的μC /OS-II不再是免費(fèi)的，但仍是一個(gè)低價(jià)位的操作系統(tǒng)。帶有文件系統(tǒng)、功能更強(qiáng)的嵌入式操作系統(tǒng)有uCLinux，它的內(nèi)核需要至少512 KB存儲(chǔ)空間。面向各種不同的商業(yè)硬件平臺(tái)的、各種版本的uClinux的源碼在網(wǎng)上都可以找到。我們是從www. uclinux.org上下載uClinux源代碼的。用GNU gcc編譯,通過編譯運(yùn)行uClinux熟悉了這一套開發(fā)環(huán)境。uClinux是一套很優(yōu)秀的自由軟件，很多掌上電腦都是基于uClinux開發(fā)的，今后PC機(jī)上有什么軟件，掌上電腦（例如以ARM為CPU的掌上電腦）上就會(huì)有什么軟件。這些軟件都可以是基于uClinux的。uClinux不是實(shí)時(shí)的，而自由軟件RTLinux是實(shí)時(shí)的。由于上述操作系統(tǒng)都是有源碼的，其硬件相關(guān)部分可以通過定義一些函數(shù)移植上去。有 Linux的開發(fā)環(huán)境，有GNU gcc的C交叉編譯器，有操作系統(tǒng)的源代碼，就可以自如地設(shè)計(jì)自己的應(yīng)用了。

　　經(jīng)典的uClinux下載地址為http://www.uclinux.org，但對(duì)于某些平臺(tái)（比如ARM），用GOOGLE搜索一下"uClinux+ARM"往往能找到比uClinux.org更好的網(wǎng)址。不過Coldfire還是推薦用http://www.uclinux.org/ports/coldfire/，上面的版本是uClinux目前最主要的維護(hù)者Greg Ungerer（gerg@snapgear.com）開發(fā)的，是uClinux最原始、最規(guī)范的版本。
我們用的是：

　　◇ 內(nèi)核代碼
　?。?a >http://www.uclinux.org/ports/coldfire/source.html上的Full Source Distribution）
uClinux-dist-20020306.tar.gz

　　◇ 交叉編譯器
　?。?a >http://www.uclinux.org/ports/coldfire/source.html上的M68K/ColdFire Binary Tools (m68k-elf tool chain) ）
m68k-elf-tools-20020218.tar.gz[!--empirenews.page--]5 ColdFire 5307板的開發(fā)過程與經(jīng)驗(yàn)

　　ColdFire是Motorola 在68K基礎(chǔ)上推出的新的32位嵌入式微處理器內(nèi)核，有51XX、52XX、53XX、54XX等4個(gè)系列。5307的運(yùn)算能力可達(dá)75MIPS。下面描述的開發(fā)過程也可以用于PowerPC、ARM等嵌入式應(yīng)用的開發(fā)。我們以ColdFire5307為核心設(shè)計(jì)了帶有16MB SDRAM、2MB Flash，10 M以太網(wǎng)接口的硬件平臺(tái)，移植了Debug/Monitor駐留程序并通過BDM接口寫入到Flash中，編譯了uCLinux內(nèi)核并使uClinux運(yùn)行起來。我們移植了實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)μC/OS-II。基于μC/OS-II，我們正在寫基于 μC/OS的TCP/IP協(xié)議棧。后續(xù)的文章中將詳細(xì)介紹我們的開發(fā)過程，讀者按照我們提供的步驟就可以自行開發(fā)產(chǎn)品。

　　以下，介紹如何搭建能運(yùn)行GNU gcc交叉C編譯的Linux平臺(tái)

　　6 搭建Linux下開發(fā)ColdFire的軟件平臺(tái)

（1）安裝Linux

　　首先應(yīng)該安裝RedHat 6.2版本的Linux，因?yàn)閡Clinux的原作者使用的是RedHat6.2平臺(tái)。為了避免可能出現(xiàn)的不必要的麻煩，建議使用RedHat6.2平臺(tái)。

（2）GNU gcc交叉編譯器的建立

　　可以到http://www.uclinux.org/port/coldfire下面下載最新的M68K/ColdFire的交叉編譯器。我們使用的是m68k-elf-tools-20010716.tar.gz，安裝命令是：

　　tar xzf m68k-elf-tools-20010716.tar.gz

　　執(zhí)行后會(huì)把ColdFire的交叉編譯器安裝到/usr/local/目錄下面。其中/usr/local/bin目錄下是可執(zhí)行文件。

（3）安裝調(diào)試工具BDM的驅(qū)動(dòng)（BDM Driver）

　　下載gdb-bdm-20010901.tar.gz 用下述命令解壓：
tar xzf gdb-bdm-20010901.tar.gz
執(zhí)行后會(huì)新建gdb-bdm-20010901目錄，在該目錄下面運(yùn)行：
./local_script/build_it
然后到/gdb-bdm-20010901/driver/linux目錄下面運(yùn)行：
make install

　　然后運(yùn)行：

mknod /dev/bdmcf0 c 34 4 添加ColdFire系列CPU的BDM驅(qū)動(dòng)。
在文件/etc/conf.modules添加：
alias char-major-34 bdm
在文件/etc/rc.d/rc.local添加：
/sbin/insmod bdm
再到/gdb-bdm-20010901/lib下面：
make instal

（4）測(cè)試BDM
到/gdb-bdm-20010901/test目錄下面：
./chk /dev/bdmcf0，可以測(cè)試BDM驅(qū)動(dòng)是否工作正常。

（5）編譯GDB
下載gdb文件gdb-5.0.tar.gz，用下述命令解壓：
tar xzf gdb-5.0.tar.gz
到生成的目錄gdb-5.0下面運(yùn)行：
patch -p1 < /where/gdb-bdm-20010901/gdbPatches/gdb-5.0-patch
where就是/gdb-bdm-20010901的目錄。
然后運(yùn)行
./configure --target=m68k-bdm-elf --prefix=/usr/local/
再運(yùn)行
make
然后是
make install

這樣，整個(gè)ColdFire的交叉編譯平臺(tái)和Debug平臺(tái)就建立完成了。接下來就可以編譯運(yùn)行在ColdFire系列CPU上的匯編C程序了。