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关于在嵌入式项目中使用Linux的五大技巧详解微控制器制造商的开发板，以及他们与开发板一起提供的软件项目例程，在工程师着手一个新设计时可以提供很大帮助。但在设计项目完成其早期阶段后，进一步设计时，制造商提供的软件也可能会导致一些问题。使用实时操作系统作为应用程序代码平台的设计还面临着许多挑战，比如如何将功能分配给不同的并行任务、如何设计高可靠的进程间通信、以及如何在硬件上测试整个软件包等问题。越来越多的OEM厂商发现，避免上述两个问题的最好方式，是使用基于开源、经过验证、可扩展、可运行在不同硬件平台的操作系统Linux开始新的设计。就已经被移植到各种计算机硬件平台的操作系统的数量来说，Linux首屈一指。Linux的衍生版本已运行在非常广泛的嵌入式系统中，包括：网络路由器、移动电话、建筑自动化控制、电视机和视频游戏控制台。虽然Linux被成功使用，但并不意味着它很容易使用。Linux包含的代码超过一百万行，其运作带有鲜明的Linux方法论味道，初学者可能难以迅速掌握。因此，本文的主旨是为使用Linux的嵌入式操作系统版本Clinux，开始一个新的设计项目，该指南共分为五个步骤。为了说明该指南，本文介绍了在意法半导体的STM32F429微控制器(ARMCortex-M4内核，最高180MHz)上的一个Clinux项目实现，使用了Emcraft的STM32F429DiscoveryLinux板支持包(BSP)。步骤1：Linux工具和项目布局每个嵌入式软件设计都从选择合适的工具开始。工具链是一组连接(或链接)在一起的软件开发工具，它包含诸如GNU编译器集合(GCC)、binutils(一组包括连接器、汇编器和其它用于目标文件和档案工具的开发工具)和glibc(提供系统调用和基本函数的C函数库)等组件；在某些情况下，还可能包括编译器和调试器等其它工具。用于嵌入式开发的工具链是一个交叉工具链，更常见的叫法是交叉编译器。GNUBinuTIls是嵌入式Linux工具链的第一个组件。GNUBinuTIls包含两款重要工具：as，汇编器，将汇编代码(GCC所生成)转换成二进制代码ld，连接器，将离散目标代码段连接到库或形成可执行文件编译器是工具链的第二个重要组成部分。在嵌入式Linux，它被称为GCC，支持许多种微控制器和处理器架构。接下来是C函数库。它实现Linux的传统POSIX应用编程接口(API)，该API可被用来开发用户空间应用。它通过系统调用与内核对接，并提供高阶服务。工程师有几种C函数库选择：glibc是开源GNU项目提供的可用C函数库。该库是全功能、可移植的，它符合Linux标准。嵌入式GLIBC(EGLIBC)是一款针对嵌入式系统优化的衍生版。其代码是精简的，支持交叉编译和交叉测试，其源代码和二进制代码与GLIBC的兼容。uClibc是另一款C函数库，可在闪存空间有限、和/或内存占用必须最小的情况下使用。调试器通常也是工具链的一部分，因为在目标机上调试应用程序运行时，需要一个交叉调试器。在嵌入式Linux领域，GDB是常用调试器。上述工具是如此地不可或缺，但当它们各自为战时，会花太长时间来编译Linux源代码并将其整合成最终映像(image)。幸运的是，Buildroot(自动生成交叉编译工具的工具)会自动完成构建一个完整嵌入式系统的过程，并通过产生下述任一或所有任务，简化了交叉编译：交叉编译工具链根文件系统内核映像引导映像对嵌入式系统设计师来说，还可以方便地使用一种工具(uTIlity)聚合工具，如BusyBox，这种工具将通常最需要的工具整合在一起。根据BusyBox的信息页面介绍，它将许多常用UNIX工具的微型版本整合成一个小的可执行文件。它提供了对大多数你通常会在GNUfileuTIls和shellutils等工具中看到的工具的替代。BusyBox里的工具通常比其全功能GNU对应版本的选择少；但所包含选项所提供的预期功能和行为则与对应的GNU所提供的几无差别。对任何小或嵌入式系统来说，BusyBox提供的环境都是相当完整的。最后一个重要工具是一款BSP，是为搭载了项目目标MCU或处理器的主板专门做的。BSP包括预先配置的工具，以及将操作系统加载到主板的引导加载程序。它还为内核和器件驱动器提供源代码(见图1)。典型的嵌入式Linux启动顺序执行如下：1）引导加载程序固件(示例项目里的U-Boot)运行于目标MCU内置闪存(无需外部存储器)，并在上电/复位后，执行所有必需的初始化工作，包括设置串口和用于外部存储器(RAM)访问的存储器控制器。2）U-Boot可将Linux映像从外部Flash转移到外部RAM，并将控制交接到RAM中的内核入口点。可压缩Linux映像以节省闪存空间，代价是在启动时要付出解压缩时间。3）Linux进行引导并安装基于RAM的文件系统(initramfs)作为根文件系统。在项目构建时，Initramfs被填充以所需的文件和目录，然后被简单地链接到内核。4）在Linux内核下，执行/sbin/init。/sbin/init程序按照/etc/inittab中配置文件的描述对系统进行初始化。5）一旦初始化进程完成运行级执行和/sbin/init里的命令，它会启动一个登录进程。6）壳初始化文件/etc/profile的执行，标志着启动过程的完成。通过使能就地执行(ExecuteInPlaceXIP)可以显著缩短启动时间、提升整体性能，XIP是从闪存执行代码的方法。通常，Linux代码是从闪存加载到外部存储器，然后从外部存储器执行。通过从闪存执行，因不再需复制这步，从而只需较少的存储器，且只读存储器不再占程序空间。本文的示例项目基于STM32F429MCU。事实上，用户可能会发现，开始时，STM32F4系列MCU的外设初始化不容易掌握。幸运的是，意法半导体开发了一些工具来帮助解决这一问题。STM32CubeMX初始化代码生成器(部件编号UM1718)属于最新的。该工具包括外设初始化的每一个细节，在配置外设时，会显示警告和错误、并警告硬件冲突。对小型嵌入式Linux项目来说，STM32F429MCU内部闪存足够用。重要的是要记住：嵌入式Linux项目中使用多个二进制映像(引导加载程序、Linux内核和根文件系统)：这些都需要闪存扇区边界对齐。这就避免了在装载一个图像时，另一图像被部分删除或损坏的风险。步骤3：在主机上安装Linux要构建一个嵌入式Linux项目，一台Linux主机是必需的。对于WindowsPC，最好是安装OracleVirtualBox，以创建一台512MbyteRAM和16Gbyte硬盘的新虚拟机。有许多Linux版本可用；据笔者的经验，Debian就是与VirtualBox环境相匹配的一款。这款Linux主机必须能够访问互联网，以便下载针对这款ARMCortex-M目标MCU的GNU交叉编译工具。设计师将创建一个类似于图1所示的树形结构，并将交叉构建工具提存到/tools文件夹。在这点上，有必要建立一个ACTIVATE.sh脚本。只需使用下列代码就可实现。(.是提取到的GNU工具文件夹路径)：exportINSTALL_ROOT=.exportPATH=$INSTALL_ROOT/bin:$PATHexportCROSS_COMPILE=arm-uclinuxeabiexportCROSS_COMPILE_APPS=arm-uclinuxeabiexportMCU=STMDISCOexportARCH=arm在干净的Linux系统中安装GNU工具，但其使用并非自给自足，实际上还需要其它系统的配合。其运行实际上依赖于若干其它系统组件(如主机C/C+编译器、标准C函数库头文件，以及一些系统工具）。获得这些必要组件的一种方法是安装用于C的Eclipse集成开发环境(IDE)。除解决这个迫在眉睫的问题外，EclipseIDE还可在开发过程中的许多其它方面提供帮助，当然，详述EclipseIDE的特性不是本文目的。现在，是时候启用Linux终端工具了：点击应用程序(Applications)，然后附件(Accessories)和终端(Terminal)(见图2)。终端是用于配置Linux主机和构建嵌入式Linux应用程序的主要工具。键入以下命令来安装Eclipse和其它所需工具：su输入根用户密码apt-getinstalleclipse-cdtapt-getinstallgenromfsapt-getinstalllibncurses5-devapt-getinstallgitapt-getinstallmc准备该Linux项目的最后一步是下载STM32F429DiscoveryBuildroot，并解压到/uclinux文件夹。步骤4：用Buildroot构建Clinux现在有必要关闭先前使用根用户配置文件的终端，并启动一个新终端。在命令行中输入mc，并使用导航器导航到Documents，然后输入uClinux命令。按Ctrl+O并激活LinuxARMCortex-M开发部分，并运行.ACTIVATE.sh命令。再次按下Ctrl+O并进入stm32f429-linux-builder-master文件夹。用户现在有两个选择。如果使用VirtualBox中的示例项目，请遵循makeclean和makeall命令序列。如果准备一个全新环境，使用make命令。约30分钟后，新的Clinux映像将可用，如下所示：outubootu-boot.binoutkernelarcharmbootxipuImage.binoutromfs.bin将这些新映像写入闪存。如果使用Windows和ST-LINK工具，下面的代码将工作：ST-LINK_CLI.exe-MEST-LINK_CLI.exe-Pu-boot.bin0x08000000ST-LINK_CLI.exe-PxipuImage.bin0x08020000ST-LINK_CLI.exe-Promfs.bin0x08120000将串行调试器(serialconsole)连接到目标电路板(外部RX=PC10、外部TX=PC11、115200bits/s、8个数据位、无奇偶校验、1个停止位模式)，然后按下复位按钮，该Clinux项目将启动运行。开机输出将显示在串行调试器上，显示屏将出现Linux的企鹅标识。步骤5：创建你好，世界应用现在，按照代码示例和下面的说明，将一个用户应用添加到Clinux项目中。创建：stm32f429-linux-builder-master/user/src/hello.c文件:#includeintmain()printf(Hello,worldn);return0;必要时使用Tab键，创建：stm32f429-linux-builder-master/user/Makefile文件：CC=$(CROSS_COMPILE)gccLDFLAGS?=$(CFLAGS)target_out?=outall:checkdirsTab$(CC)$(LDFLAGS)src/hello/hello.c-o$(target_out)/bin/hello$(LDLIBS)Tab-rm-rf$(target_out)/bin/*.gdbcheckdirs:Tabmkdir-p$(target_out)/binclean:Tab-rm-rf$(target_out)通过activate.sh脚本，在不激活交叉编译环境下，在主机测试Hello,world这个应用。在/user文件夹下，输入：makeall./out/bin/hello为将hello.c嵌入到LinuxBuildroot里的脚本，修改mk/rootf.mak文件，必要时，使用Tab键。（粗体字表示新行开始处）：.user_hello:Tabmake-C$(user_dir)CROSS_COMPILE=$(CROSS_COMPILE)CFLAGS=$(ROOTFS_CFLAGS)target_out=$(target_out_user)$(rootfs_target):$(rootfs_dir)$(target_out_busybox)/.configuser_helloTabcp-af$(rootfs_dir)/*$(target_out_romfs)Tabcp-f$(target_out_kernel)/fs/ext2/ext2.ko$(target_out_romfs)/lib/modulesTabcp-f$(target_out_kernel)/fs/mbcache.ko$(target_out_romfs)/lib/modulesTabcp-f$(target_out_user)/bin/*$(target_out_romfs)/usr/bin需对mk/defs.mak文件做最后修改。加入以下几行：.user_dir:=$(root_dir)/usertarget_out_user:=$(target_out)/useruser_dir:=$(root_dir)/usertarget_out_user:=$(target_out)/user一旦在目标MCU上建成、下载并运行映像，就可在/usr/bin目录中找到该应用程序以及其它已有的应用程序。在连接到Discovery板的终端上键入hello回车，可对该应用进行测试。