针对arm-linux程序的开发,主要分为三类:应用程序开发、驱动程序开发、系统内核开发,针对不同种类的软件开发,有其不同的特点。
今天我们来看看arm-linux开发和mcu开发的不同点,以及arm-linux的基本开发环境。
1. arm-linux应用开发和单片机开发的不同
这里先要做一个说明,对于arm的应用开发主要有两种方式:一种是直接在arm芯片上进行应用开发,不采用操作系统,也称为裸机编程,这种开发方式主要应用于一些低端的arm芯片上,其开发过程非常类似单片机,这里不多叙述。
还有一种是在arm芯片上运行操作系统,对于硬件的操作需要编写相应的驱动程序,应用开发则是基于操作系统的,这种方式的嵌入式应用开发与单片机开发差异较大。arm-linux应用开发和单片机的开发主要有以下几点不同:
(1)应用开发环境的硬件设备不同
单片机:开发板,仿真器(调试器),usb线;
arm-linux:开发板,网线,串口线,sd卡;
对于arm-linux开发,通常是没有硬件的调试器的,尤其是在应用开发的过程中,很少使用硬件的调试器,程序的调试主要是通过串口进行调试的;但是需要说明的是,对于arm芯片也是有硬件仿真器的,但通常用于裸机开发。
(2)程序下载方式不同
单片机:仿真器(调试器)下载,或者是串口下载;
arm-linux:串口下载、tftp网络下载、或者直接读写sd、mmc卡等存储设备,实现程序下载;
这个与开发环境的硬件设备是有直接关系的,由于没有硬件仿真器,故arm-linux开发时通常不采用仿真器下载;这样看似不方便,其实给arm-linux的应用开发提供了更多的下载方式。
(3)芯片的硬件资源不同
单片机:通常是一个完整的计算机系统,包含片内ram,片内flash,以及uart、i2c、ad、da等各种外设;
arm:通常只有cpu,需要外部电路提供ram以供arm正常运行,外部电路提供flash、sd卡等存储系统映像,并通过外部电路实现各种外设功能。由于arm芯片的处理能力很强,通过外部电路可以实现各种复杂的功能,其功能远远强于单片机。
(4)固件的存储位置不同
单片机:通常具备片内flash存储器,固件程序通常存储在该区域,若固件较大则需要通过外部电路设计外部flash用于存储固件。
arm-linux: 由于其没有片内的flash, 并且需要运行操作系统,整个系统映像通常较大,故arm-linux开发的操作系统映像和应用通常存储在外部的mmc、sd卡上,或者采用sata设备等。
(5)启动方式不同
单片机:其结构简单,内部集成flash, 通常是芯片厂商在程序上电时加入固定的跳转指令,直接跳转到程序入口(通常在flash上);开发的应用程序通过编译器编译,采用专用下载工具直接下载到相应的地址空间;所以系统上电后直接运行到相应的程序入口,实现系统的启动。
arm-linux:由于采用arm芯片,执行效率高,功能强大,外设相对丰富,是功能强大的计算机系统,并且需要运行操作系统,所以其启动方式和单片机有较大的差别,但是和家用计算机的启动方式基本相同。其启动一般包括bios,bootloader,内核启动,应用启动等阶段;
(a)启动bios: bios是设备厂家(芯片或者是电路板厂家)设置的相应启动信息,在设备上电后,其将读取相应硬件设备信息,进行硬件设备的初始化工作,然后跳转到bootloader所在位置(该位置是一个固定的位置,由bios设置)。(根据个人理解,bios的启动和单片机启动类似,需要采用相应的硬件调试器进行固件的写入,存储在一定的flash 空间,设备上电启动后读取flash空间的指令,从而启动bios程序。)
(b)启动bootloader: 该部分已经属于嵌入式linux软件开发的部分,可以通过代码修改定制相应的bootloader程序,bootloader的下载通常是采用直接读写sd卡等方式。即编写定制相应的bootloader,编译生成bootloader映象文件后,利用工具(专用或通用)下载到sd卡的mbr区域(通常是存储区的第一个扇区)。此时需要在bios中设置,或者通过电路板的硬件电路设置,选择bootloader的加载位置;若bios中设置从sd卡启动,则bios初始化结束后,将跳转到sd卡的位置去执行bootloader,从而实现bootloader的启动。
bootloader主要作用是初始化必要的硬件设备,创建内核需要的一些信息并将这些信息通过相关机制传递给内核,从而将系统的软硬件环境带到一个合适的状态,最终调用操作系统内核,真正起到引导和加载内核的作用。
(c)启动内核 :bootloader启动完成初始化等相关工作之后,将调用内核启动程序。这就进入了实际的操作系统相关内容的启动了,包括相应的硬件配置,任务管理,资源管理等内核程序的启动。
(d)启动应用:在操作系统内核启动之后,就可以开始启动需要的应用,去完成真正的业务操作了。
2. arm-linux 基本开发环境
前面介绍了arm-linux应用开发和单片机开发的不同之处,相信你已经对arm-linux应用开发有了一个基本的认识了,下面将介绍一下arm-linux的基本开发环境。其主要包括硬件环境和软件环境两个部分,这里以imx53和ubuntu为例进行说明。
(1)硬件环境
开发板:arm运行的硬件环境,或者是相应项目的arm电路板;
计算机:作为开发主机使用,安装linux(如ubuntu)),或者采用虚拟机安装ubuntu;
串口线:用于开发过程中采用终端进行串口调试或下载程序;
网线:用于连接arm-board和开发主机,实现tftp下载内核(程序等),通过网络nfs运行程序等。
sd卡(及读卡器)或者其他存储设备:用于存储bootloader、内核映像等,以及最终的软件系统的存储;开发过程中,通常用于保存bootloader,引导系统启动。
(2)软件环境
ubuntu: 作为操作系统,是整个软件开发环境的载体,相应的开发工具都布置在此系统中。
ltib: 这是freescale的提供的一个编译工具链,能够很方便的将源代码文件编译为适合的程序代码,并对程序进行调试;用户也可以通过下载源码构建自己的编译工具链。
tftp: 用于从开发主机ubuntu上向arm-board 下载内核文件、应用文件等。
nfs网络文件系统:用于在开发主机上建立网络nfs文件根系统,arm-board通过nfs网络文件系统读取开发主机上的虚拟根文件系统,完成系统的启动;方便系统的开发与调试。
minicom:串口调试工具,用于在开发主机上与arm-board通信,实现对arm-board上应用程序的操作与调试;
eclipse:集成开发环境,主要方便代码的编辑、编译等,也可采用ds5,realview等;或者采用gedit进行编辑,通过ltib进行编译和管理。
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