嵌入式系统开发概述

 嵌入式系统开发概述

1、裸机开发：对于功能简单仅包括应用程序的嵌入式系统一般不使用操作系统，仅有应用程序和设备驱动程序

2、带操作系统的开发：1）、当设计较复杂的程序时，可能就需要一个操作系统（OS）来管理控制内存、多任务、周边资源等2）、本阶段我们将分别介绍裸机下与操作系统下的开发，并且把嵌入式Linux操作系统的嵌入式开发作为重点

3、嵌入式系统开发流程

一、 （无操作系统）

1） 硬件开发（PCB、原理图）

2）  启动代码（硬件初始化）

3) 设备驱动（裸机下驱动）

4) 应用程序（单任务)

二、 （有操作系统）

1）、硬件开发

2）、启动加载程  (bootloader）

3）、操作系统内核(kernel)

4）、根文件系统  (root)

5）、设备驱动    (driver)

6）、应用程序    (进程、线程、GUI、网络、数据库等)

4、通常基于linux系统的嵌入式开发步骤如下：

1）、开发目标硬件系统：

    如选择微处理器、Flash及其它外设等

2）、建立交叉开发环境：

安装交叉编译工具链、配置串口通信工具、配置网络通信工具等

3）、开发Bootloader： 移植Bootloader，如vivi

4）、移植linux内核：  如linux2.4.18内核移植

5）、开发根文件系统： 如CRAMFS文件系统的制作

6）、开发相关硬件的驱动程序：如LCD、网卡、GPIO等

7）、开发上层的应用程序：如网络、QT GUI开发

5、交叉编译链介绍

1)、本地编译：

在当前平台编译，编译得到的程序也在本地执行，这时所使用的编译器称为本地编译器

2）、交叉编译：

在一种平台上编译出能运行在体系结构不同的另一种平台上的程序，比如在X86平台上编译出能运行于ARM平台上的程序,这时所使用的编译器称为交叉编译器

3）、在编译Linux内核和应用程序之前，由于一般嵌入式开发系统存储大小有限，通常都要在性能优越的PC机上建立一个用于目标机的交叉编译工具链，用该交叉编译工具链在PC上编译出目标机上要运行的程序

4）、交叉编译工具链主要由binutils、gcc、glibc 3个部分组成

5）、编译交叉编译工具链是一个非常复杂的过程，但一般网上有已经编译好的工具链可以下载

常用的交叉编译器版本如下：

2.95.3、3.3.2、3.4.1、4.3.2等

6、启动Bootloader介绍

1）、对于PC机，其开机后的初始化处理器配置、硬件初始化等操作是由BIOS（Basic Input/Output System）完成的，但对于嵌入式系统来说，出于经济性、价格方面考虑一般不配置BIOS，因此我们必须自行编写完成这些工作的程序

2）、这就是所需要的引导启动程序，在嵌入式中称为BootLoader程序（在裸机下称作启动代码）

3）、BootLoader是系统加电后、操作系统内核或用户应用程序运行之前，首先必须运行的一段程序代码

4）、通过这段程序,为最终调用操作系统内核、运行用户应用程序准备好正确的环境

5）、系统启动代码完成基本软硬件环境初始化后，对于有操作系统的情况下，启动操作系统、启动内存管理、任务调度、加载驱动程序等，最后执行应用程序或等待用户命令

6）、对于没有操作系统的系统直接执行应用程序或等待用户命令

7、Linux内核介绍

Linux内核是linux操作系统的核心部分，它实现了操作系统的五大功能模块：

进程管理

内存管理

文件系统

设备控制

网络

8、Linux根文件系统介绍

根文件系统是linux/UNIX系统启动的一个重要组成部分，也是操作系统正常工作的必要组成部分，在启动内核后需要挂载根文件系统

一般重要的文件、命令、应用程序等都保存在根文件系统中，操作系统起来后可以直接使用

根文件系统的实现多种多样

基于ram的ramdisk

基于flash的cramfs、yaffs2

基于网络的nfs

9、Linux驱动介绍

驱动程序从字面上可以理解为一类程序，这类程序的目的一般是驱动硬件正常工作，所以通常说的驱动都是针对特定的硬件来编写的

例如：lcd、flash、ad、网络等正常工作都需要相应的驱动程序来支持

驱动程序既可以工作在有操作系统的环境下，也可以工作在无操作系统的环境中

在做一些简单的硬件控制时，由于功能比较单一，不需要操作系统来管理，所以针对这种情况的驱动程序也相对简单，因为它只完成特定硬件的功能而不需考虑其它的并发任务等情况

如果要实现的任务相对较多，较复杂，需要操作系统对它进行管理,在这种情况下，编写驱动的程序就要考虑其他任务的并发、任务的优先级以及中断的处理等问题

所以在带操作系统的环境下编写驱动程序相对较复杂，但这也是最常用到的类型

从嵌入式应用程序开发人员角度看，linux驱动程序为应用程序提供了访问硬件设备的应用编程接口(API),它主要提供以下功能：

应用程序通过驱动程序安全有效的访问硬件设备

驱动程序作为嵌入式系统的中间一层软件，他隐藏了低层的细节，从而提高了软件的可移植性和可复用性

10、Linux应用程序开发操作界面

现代操作系统一般都提供图形化的操作界面，这种界面一般由视窗、图标、菜单、对话框以及其它一些可视特征组成，它允许终端用户方便地利用鼠标和键盘来操作电脑

GUI系统发展非常迅速，其桌面主要分支有：

苹果的视窗系统

微软的Windows桌面系统

UNIX的上的X Window系统

在类UNIX系统中，X Window系统占据统治地位，各种流行的桌面环境和开发包实际上都是在X Window的基础上开发的，

例如前面我们介绍过的桌面系统上的Gnome、KDE

嵌入式系统中由于硬件条件的限制，X Window系统不太适合

目前常见的面向嵌入式Linux的GUI系统主要有

Qtopia Core

MicroWindows(Nabo-X Windows)

国内的MiniGUI等

是一个专门为嵌入式系统设计图形用户界面的工具包。Qt是挪威Trolltech软件公司的产品，它是桌面系统图形用户界面开发包，Qtopia Core就是Qt的嵌入式版本

MiniGUI

是一种面向嵌入式系统的图形用户界面支持

系统,是国内做的较好的自由软件之一.其主

要特点有：

跨操作系统支持

多汉字输入法支持

轻型、占用资源少

高性能、高可靠性

可配置性

MicroWindows

(2005年更名为Nano-X Window)是一个基于客户/服务器体系结构的GUI系统

其主要特色是提供了类似X Window的客户/服务器体系结构并提供了相对完善的图形功能

MicroWindows作为X Window的替代品,可以使用更少的存储空间(100KB-600KB)和RAM提供与X Window相似的功能