自己动手打造嵌入式Linux软硬件开发环境

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改编自

Linux和uClinux
Linux正逐渐地应用于嵌入式设备，uClinux正是在这种氛围下产生的。uClinux就是Micro-Control-Linux，它也是一个开源项目，uClinux的源代码和开发工具可以免费从上下载得到。
uClinux是专为那些没有MMU(内存管理单元)的嵌入式处理器开发的，和主流的Linux相比，uClinux有以下的特点：
1． 简化了内核加载方式，uClinux的内核可以在Flash上直接运行：就是把uClinux的内核的可执行映象烧写到flash上，系统启动时从 Flash的某个地址开始逐句执行；也可以加载到内存中运行：把内核的压缩文件存放在Flash上，系统启动时读取压缩文件在内存里解压，然后开始执行。

2．采用了romfs文件系统作为root文件系统：这种文件系统相对于一般的ext2文件系统要求更少的空间，首先内核支持romfs文件系统 比支持ext2文件系统需要更少的代码，其次romfs文件系统相对简单，建立文件系统superblock需要更少的存储空间。Romfs文件系统不支 持动态擦写，对于系统需要动态保存的数据采用RAM盘的方法处理，RAM盘采用ext2文件系统。

3．使用了Flat可执行文件格式：elf格式有很大的文件头，flat文件对文件头和一些段信息做了简化。

4．重写了应用程序库： uClibc对libc做了精简，uClinux对用户程序采用静态连接的形式。

uClinux的开发环境
为uClinux提供了GNU的交叉编译器，包括以下组件：

gcc交叉编译器，即在宿主机上开发编译目标上可运行的二进制文件；

binutils辅助工具，包括objdump、as、ld等；

gdb调试器。

以在ARM7上开发uClinux为例：
1．获得 uClinux-dist的源码包

上定期为新推出的Linux内核推出相应的源码包，最新的版本为Kernel-2.4.21,可以从/pub/uClinux/dist/ 上免费下载得到。这个源码包里包含了uCLinux-2.4.21、uClibc和已经移植到uClinux下的用户应用程序。下载完后，会得到一个 uClinux-dist-20030522.tar.gz的文件，把它保存到/home目录下，然后执行：tar zxvf uClinux-dist-20030522.tar.gz，当tar程序运行完毕后，在/home目录下会有一个/home/uClinux-dist 的新目录，这个目录就是uClinux的源码根目录，里面有进行uClinux开发的所有的源代码。
2．获得ARM开发工具

提供uClinux源码的同时还提供相应的交叉编译工具。

要在开发主机上为ARM7目标系统编译uClinux，还需要从/pub/uClinux/arm-elf-tools/ 上下载ARM交叉编译器：arm-elf-tools-20030314.sh. 得到这个文件以后，执行以下命令：sh arm-elf-tools-20030314.sh，这个命令会在开发主机上自动建立一个uClinux-ARM的交叉编译环境。键入arm-elf- gcc, 如果能看到下面的输出信息:
Reading specs from /usr/local/lib/gcc-lib/arm-elf/2.95.3/specsgcc version 2.95.3 20010315 (release)
(ColdFire patches - 20010318 from XIP and shared lib patches
from
表示uClinux-ARM的交叉编译环境已经建立起来了。

现 在开发主机里已经有了uClinux的源代码和编译这些源代码的工具，也可以用make menuconfig, make等命令来编译uClinux和用户程序，为ARM目标板编译了一个内核映像文件，接下来要做得是需要一块ARM7的开发板来运行这个映像文件（关 于如何编译uClinux和用户程序请参考上得相关文档）。

构建ARM7-uClinux开发板
uClinux只需要极少的硬件资源就可运行起来，以ARM7TDMI为例，只需要以下硬件：
1．CPU – Samsung S3C4510B
2．SDRAM 8M以上
3．一个简易的串口
4．2M Flash
5．一个以太网接口（可选）
目 前各嵌入式微处理器的厂商在推出每款处理器的同时都会提供一个Demo板，供用户来测试微处理器的性能。Samsung公司对S3C4510B处理器提供 了一款SNDS100的Demo板。Demo板的原理图可以从Samsung公司的网站上免费下载，对这个原理图作一些修改，只保留上面列出的5个部分， 去掉其他多余的部分。修改以后的原理图就是一个能够运行uClinux的ARM7目标板原理图，然后根据这个原理图去加工几张PCB板，焊上相应的元件， 一块能运行uClinux的ARM7开发板就做成了（这款开发板相应得原理图、PCB图可以从上免费下载得 到）。
慢着，虽然这块开发板已经焊接完成，但目前它只是一堆电子零件的简单组合，要在它上面跑uClinux，还需要相应的软件来管理这些硬件。
前 面提到uClinux可以从Flash中直接运行，就是说可以将uClinux的映像文件直接烧写到Flash中，然后上电，uClinux会从 Flash中启动吗？是的，确实如此。现在要做的就是如何将uClinux的内核映像烧写到Flash中。用写入器将uClinux内核映像写入到 Flash中，然后将Flash焊接到pcb板上或插到开发板的flash的插座上可以吗？当然可以，如果你有写入器的话。不过，很少有人手里能有这种写 入器。我们需要的是一个廉价的Flash写入方案。用JTAG，S3C4510B上集成了一个JTAG，通过JTAG我们可以控制S3C4510B上所有 管脚，这样可以通过向JTAG接口输入相应的指令和数据，用软件的方法在S3C4510B的数据、地址和控制总线上产生出Flash器件的读写操作时序， 将uClinux的内核映像文件烧写到Flash中（关于S3C4510B的JTAG接口电缆的制作和下载烧写uClinux映像文件到Flash中的程 序可执行文件和源代码请参阅上相关内容）。

终于将uClinux的映像文件烧写到Flash中了，用一根串口电缆将ARM7开发板和开发主机的Com1口连接起来，从网上下载一个tip程序，执行这个命令：
tip –l /dev/ttyS0 –s 19200
等屏幕上显示 connected.以后，将ARM7开发板的电源接通。如果够幸运的话，你应该看到下面的信息：
>>Linux version 2.4.20-uc0 (root@dailzh) (gcc version 2.95.3
>>20010315 (release)(ColdFire patches - 20010318 from
>>(uClinux XIP and shared lib patches from 一 5月19 23:44:11 CST 2003
>>Processor: Samsung S3C4510B revision 6
>>Architecture: SNDS100
>>On node 0 totalpages: 4096
>>zone(0): 0 pages.
>>zone(1): 4096 pages.
>>zone(2): 0 pages.
>>Kernel command line: root=/dev/rom0
>>Calibrating delay loop... 49.76 BogoMIPS
…
>>Command: cat /etc/motd
>>Welcome to uClinux.org
>>For further information check:
>>\>
uClinux在ARM7目标板上已经运行起来了，键入熟悉的ls命令，看有什么输出。

通 过JTAG接口烧写uClinux映像文件到Flash中速度太慢，调试uClinux内核非常不方便，有没有其他的方法？有，uClinux除了可以从 Flash中直接运行外，还可以加载到内存中运行。我们来为ARM7开发板写一个Bootloader，Bootloader的作用是初始化ARM7开发 板，然后通过以太网接口将uClinux映像下载到内存中，然后从内存中运行uClinux。这种方法下载uClinux内核映像只需要10几秒，适合于 开发阶段经常修改uClinux内核时使用(Bootloader for ARM7的源代码可以从 上下载得到)。调试完uClinux的内核以后，可以再通过JTAG接口烧写uClinux映像文件到Flash中，这样又可以直接从Flash中运行调 试好的uClinux了。

uClinux下用户程序的开发和调试
现在ARM7开发板可以运行uClinux了，如何开发 uClinux下的应用程序呢？和在普通计算机上开发Linux程序一样，首先编写应用程序的源代码，只不过编译的时候不能用gcc编译，需要用arm- elf-gcc编译。编译以后的可执行文件必须下载到ARM7开发板上才能运行，下载程序到目标板上可以通过在uClinux中启用tftpd程序，在开 发主机端用tftpcmd 程序来下载，然后在uClinux的控制台窗口键入可执行文件名的方法来运行。如果想要应用程序在uClinux启动时自动运行，可以修改uClinux 系统中/etc/rc文件的内容来来实现。如果要用gdb来调试用户程序，可以参考上的相关文档。

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