嵌入式考试如何编译及挂载
A. 适合初学者学习的嵌入式教程
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嵌入式linux学习路线图
我是1999年上的大学,物理专业。在大一时,我们班里普遍弥漫着对未来的不安,不知道学习了物理后出去能做什么。你当下的经历、当下的学习,在未来的一天肯定会影响到你。毕业后我们也各自找到了自己的职业:出国深造转行做金融、留校任教做科研、设计芯片、写程序、创办公司等等,这一切都离不开在校时学到的基础技能(数学、IT、电子电路)、受过煅炼的自学能力。
所以,各位正在迷茫的在校生,各位正在尝试转行的程序员,未来一定有你的位置,是好是坏取决于你当下的努力与积累。
我不能预言几年后什么行业会热门,也不能保证你照着本文学习可以发财。我只是一个有十几年经验的程序员,给对编程有兴趣的你,提供一些建议。
1.程序员的三大方向
程序员的方向,一般可以分为3类:专业领域、业务领域、操作系统领域。你了解它们后,按兴趣选择吧。
对于专业领域,我提供不了建议。
业务,也就是应用程序,它跟操作系统并不是截然分开的:
①开发实体产品时,应用程序写得好的人,有时候需要操作系统的知识,比如调度优先级的设置、知道某些函数可能会令进程休眠。
②写应用程序的人进阶为系统工程师时,他需要从上到下都了解,这时候就需要有操作系统领域的知识了,否则,你怎么设计整个系统的方案呢?
③做应用程序的人,需要了解行业的需求,理解业务的逻辑。所以,当领导的人,多是做应用的。一旦钻入了某个行业,很难换行业。
④而操作系统领域,做好了这是通杀各行业:他只负责底层系统,在上面开发什么业务跟他没关系。这行很多是技术宅,行业专家。
⑤操作系统和业务之间并没有一个界线。有操作系统经验,再去做应用,你会对系统知根知底,碰到问题时都有解决思路。有了业务经验,你再了解一下操作系统,很快就可以组成一个团队自立门户,至少做个CTO没问题。
1.1 专业领域
它又可以分为下面2类。
1.1.1 学术研究
比如语音、图像处理、人工智能,这类工作需要你有比较强的理论知识,我倾向于认为这类人是“科学家”,他们钻研多年,很多时候是在做学术研究。
在嵌入式领域,需要把他们的成果用某种算法表达出来,针对某种芯片进行优化,这部分工作也许有专人来做。
1.1.2 工程实现
也有这样一类人,他们懂得这些专业领域的概念,但是没有深入钻研。可以使用各类开源资料实现某个目标,做出产品。比如图像处理,他懂得用opencv里几百个复杂函数来实现头像识别。有时候还可以根据具体芯片来优化这些函数。
“专业领域”不是我的菜,如果你要做这一块,我想最好的入门方法是在学校学习研究生、博士课程。
1.2 业务领域
换句话说,就是应用程序,这又可以分为下面2类。
1.2.1 界面显示
做产品当然需要好的界面,但是,不是说它不重要,是没什么发展后劲。
现在的热门词是Android APP和IOS APP开发。你不要被Android、IOS两个词骗了,它们跟以前的VC、VB是同一路货色,只是、仅仅是一套GUI控件的实现。
希望没有冒犯到你,我有理由。
一个程序需要有GUI界面,但是程序的内在逻辑才是核心。Android、IOS的开发工具给我们简化了GUI的开发,并提供了这些控件的交互机制,封装并提供了一些服务(比如网络传输)。但是程序内部的业务逻辑、对视频图像声音的处理等等,这才是核心。另外别忘了服务器那边的后台程序:怎样更安全地保存数据、保护客户的隐私,怎样处理成千上万上百万的并发访问,等等,这也是核心。
但是,从Android、IOS APP入门入行,这很快!如果你是大四,急于找到一份工作,那么花上1、2个月去学习Android或IOS,应该容易找到工作,毕竟APP的需求永远是最大的,现在这两门技术还算热门。在2011、2012年左右,Android程序员的起薪挺高,然后开始下滑。Android APP的入门基本只要1个月,所以懂的人也越来越多。2013、2014年,IOS开发的工资明显比Android高了,于是各类IOS培训也火曝起来。中华大地向来不缺速成人才,估计再过一阵子IOS工程师也是白菜价了。
会Android、IOS只是基本要求,不信去51job搜搜Android或IOS,职位要求里肯定其他要求。
1.2.2 业务逻辑
举个简单例子,做一个打卡软件,你需要考虑这些东西:
①正常流程是上班下班时都要打卡
②有人忘记了怎么办?作为异常记录在案,推送给管理员
③请假时怎么处理?
④加班怎么处理?
对于更复杂的例子,视频会议系统里,各个模块怎么对接,各类协议怎么兼容,你不深入这个行业,你根本搞不清楚。
应用开发的职位永远是最多的,入门门槛也低。基本上只要你会C语言,面试时表现比较得体,一般公司都会给你机会。因为:
①你进公司后,还需要重新培训你:熟悉它们的业务逻辑。
②你要做的,基本也就是一个个模块,框架都有人给你定好了,你去填代码就可以了。
说点让你高兴的事:软件公司里,做领导的基本都是写应用程序的(当然还有做市场的)。写应用程序的人,对外可以研究市场接待客户,对内可以管理程序员完成开发,不让他做领导让谁做?
如果你的志向是写应用程序,那么我建议你先练好基本功:数据结构、算法是必备,然后凭兴趣选择数据库、网络编程等等进行深入钻研。
最后,选择你看好的、感兴趣的行业深耕个10年吧。做应用开发的人选择了某个行业,后面是很难换行业的,选行很重要!
1.3 操作系统领域
UCOS太简单,VxWorks太贵太专业,Windows不玩嵌入式了,IOS不开源,所以对于操作系统领域我们也只能玩Linux了。
在嵌入式领域Linux一家独大!
Android呢?Android跟QT一样,都是一套GUI系统。只是Google的实力太强了,现在Android无处不在,所以很多时候Linux+Android成了标配。注意,在这里我们关心的是Android的整个系统、里面的机制,而不是学习几个API然后开发界面程序。操作系统领域所包含的内容,简单地说,就是制作出一台装好系统的专用“电脑”,可以分为:
①为产品规划硬件:
按需求、性能、成本选择主芯片,搭配周边外设,交由硬件开发人员设计。
②给单板制作、安装操作系统、编写驱动
③定制维护、升级等系统方案
④还可能要配置、安装Android等GUI系统:
⑤为应用开发人员配置开发环境
⑥从系统角度解决疑难问题
这个领域,通常被称为“底层系统”或是“驱动开发”。
先解决2个常见误区:
①这份工作是写驱动程序吗?
看看上面罗列的6点,应该说,它包含驱动开发,但远远不只有驱动开发。
②我们还需要写驱动吗?不是有原厂吗?或者只需要改改就可以?
经常有人说,芯片原厂都做好驱动了,拿过来改改就可以了。如果,你的硬件跟原厂的公板完全一样,原厂源码毫无BUG,不想优化性能、削减成本,不想做一些有特色的产品,那这话是正确的。
但是在这个不创新就是找死的年代,可能吗?!原因有二:
①即使只是修改代码,能修改的前提是能理解;能理解的最好煅炼方法是从零写出若干驱动程序。
②很多时候,需要你深度定制系统。
以前做联发科手机只需要改改界面就可以出货了,现在山寨厂一批批倒下。大家都使用原厂的方案而不加修改时,最后只能拼成本。
举个例子,深圳有2家做交通摄像头、监控摄像头的厂家,他们曾经找我做过4个项目:
①改进厂家给的SD卡驱动性能,使用DMA。
②换了Flash型号后,系统经常出问题,需要修改驱动BUG。
③触摸屏点击不准,找原因,后来发现是旁路电容导致的。
④裁减成本,把4片DDR换为2片DDR,需要改bootloader对DDR的初始化。
这些项目都很急,搞不定就无法出货,这时候找原厂?除非你是中兴华为等大客户,否则谁理你?
我在中兴公司上班时,写驱动的时间其实是很少的,大部分时间是调试:系统调优,上帮APP工程师、下帮硬件工程师查找问题。我们从厂家、网上得到的源码,很多都是标准的,当然可以直接用。但是在你的产品上也许优化一下更好。比如我们可以把摄像头驱动和DMA驱动揉合起来,让摄像头的数据直接通过DMA发到DSP去。我们可以在软件和硬件之间起桥梁作用,对于实体产品,有可能是软件出问题也可能是硬件出问题,一般是底层系统工程师比较容易找出问题。
当硬件、软件应用出现问题,他们解决不了时,从底层软件角度给他们出主意,给他们提供工具。再比如方案选择:芯片性能能否达标、可用的BSP是否完善等等,这只能由负责整个方案的人来考虑,他必须懂底层。
在操作系统领域,对知识的要求很多:
①懂硬件知识才能看懂电路图
②英文好会看芯片手册
③有编写、移植驱动程序的能力
④对操作系统本身有一定的理解,才能解决各类疑难问题
⑤理解Android内部机制
⑥懂汇编、C语言、C++、java
它绝对是一个大坑,没有兴趣、没有毅力的人慎选。
①这行的入门,绝对需要半年以上,即使全天学习也要半年。
②它的职位,绝对比APP的职位少
③并且你没有1、2年经验,招你到公司后一开始你做的还是APP。
优点就是:
①学好后,行业通杀,想换行就换行;想自己做产品就自己做产品。
②相比做应用程序的人,不会被经常变动的需求搞得天天加班。
③门槛高,当然薪水相对就高。
操作系统领域,我认为适合于这些人:
①硬件工程师想转软件工程师,从底层软件入门会比较好
②单片机工程师,想升级一下。会Linux底层的人肯定会单片机,会单片机的人不一定会Linux。
③时间充足的学生:如果你正读大二大三,那么花上半年学习嵌入式Linux底层多有益处。
④想掌握整个系统的人,比如你正在公司里写APP,但是想升为系统工程师,那么底层不得不学。
⑤想自己创业做实体产品的工程师,你有钱的话什么技术都不用学,但是如果没钱又想做产品,那么Linux底层不得不学。
⑥做Linux APP的人,没错,他们也要学习。
这部分人不需要深入,了解个大概就可以:bootloader是用来启动内核,Linux的文件系统(第1个程序是什么、做什么、各目录干嘛用)、APP跟驱动程序的调用关系、工具链,有这些概念就可以了
本文中,就把操作系统默认为Linux,讲讲怎么学习嵌入式Linux+Android系统。
1.4 嵌入式Linux+Android系统包含哪些内容
嵌入式Linux系统包含哪些东西?不要急,举一个例子你就知道了。
①电脑一开机,那些界面是谁显示的?
是BIOS,它做什么?一些自检,然后从硬盘上读入windows,并启动它。
类似的,这个BIOS对应于嵌入式Linux里的bootloader。这个bootloader要去Flash上读入Linux内核,并启动它。
②启动windows的目的是什么?
当然运行应用程序以便上网、聊天什么的了。
这些上网程序、聊天程序在哪?
在C盘、D盘上。
所以,windows要先识别出C盘、D盘。在Linux下我们称之为根文件系统。
③windows能识别出C盘、D盘,那么肯定有读写硬盘的能力。
这个能力我们称之为驱动程序。当然不仅仅是操作硬盘,还有网卡、USB等等其他硬件。嵌入式Linux能从Flash上读出并执行应用程序,肯定也得有Flash的驱动程序啊,当然也不仅仅是Flash。
简单地说,嵌入式LINUX系统里含有bootloader、内核、驱动程序、根文件系统、应用程序这5大块。而应用程序,我们又可以分为:C/C++、Android。
所以,嵌入式Linux+Android系统包含以下6部分内容:
①bootloader
②Linux内核
③驱动程序
④使用C/C++编写的应用程序
⑤Android系统本身
⑥Android应用程序
Android跟Linux的联系实在太大了,它的应用是如此广泛,学习了Linux之后没有理由停下来不学习Android。在大多数智能设备中,运行的是Linux操作系统;它上面要么安装有Android,要么可以跟Android手机互联。现在,Linux+Android已成标配。
2. 怎么学习嵌入式Linux操作系统
本文假设您是零基础,以实用为主,用最快的时间让你入门;后面也会附上想深入学习时可以参考的资料。
在实际工作中,我们从事的是“操作系统”周边的开发,并不会太深入学习、修改操作系统本身。
①操作系统具有进程管理、存储管理、文件管理和设备管理等功能,这些核心功能非常稳定可靠,基本上不需要我们修改代码。我们只需要针对自己的硬件完善驱动程序
②学习驱动时必定会涉及其他知识,比如存储管理、进程调度。当你深入理解了驱动程序后,也会加深对操作系统其他部分的理解
③Linux内核中大部分代码都是设备驱动程序,可以认为Linux内核由各类驱动构成
但是,要成为该领域的高手,一定要深入理解Linux操作系统本身,要去研读它的源代码。
在忙完工作,闲暇之余,可以看看这些书:
①赵炯的《linux内核完全注释》,这本比较薄,推荐这本。他后来又出了《Linux 内核完全剖析》,太厚了,搞不好看了后面就忘记前面了。
②毛德操、胡希明的《LINUX核心源代码情景分析》,此书分上下册,巨厚无比。当作字典看即可:想深入理解某方面的知识,就去看某章节。
③其他好书还有很多,我没怎么看,没有更多建议
基于快速入门,上手工作的目的,您先不用看上面的书,先按本文学习。
2.1 入门路线图
假设您是零基础,我们规划了如下入门路线图。前面的知识,是后面知识的基础,建议按顺序学习。每一部分,不一定需要学得很深入透彻,下面分章节描述。
2.2 学习驱动程序之前的基础知识
2.2.1 C语言
只要是理工科专业的,似乎都会教C语言。我见过很多C语言考试90、100分的,一上机就傻了,我怀疑他们都没在电脑上写过程序。
理论再好,没有实践不能干活的话,公司招你去干嘛?
反过来,实践出真知,学习C语言,必须练练练、写写写!
当你掌握基本语法后,就可以在电脑上练习一些C语言习题了;
当你写过几个C程序后,就可以进入下一阶段的裸机开发了。
①不需要太深入
作为快速入门,只要你会编写“Hello, world!”,会写冒泡排序,会一些基础的语法操作,暂时就够了。
指针操作是重点,多练习;
不需要去学习过多的数据结构知识,只需要掌握链表操作,其他不用学习,比如:队列、二叉树等等都不用学;不需要去学习任何的函数使用,比如文件操作、多线程编程、网络编程等等;这些知识,在编写Linux应用程序时会用,但是在操作系统特别是驱动学习时,用不着!
永往直前吧,以后碰到不懂的C语言问题,我们再回过头来学习。
在后续的“裸机开发”中,会让你继续练习C语言,那会更实战化。
C语言是在写代码中精进的。
②可以在Visual Studio下学习,也可以在Linux下学习,后者需要掌握一些编译命令,我们暂时没有提供C语言的教程,找一本C语言书,网上找找免费的C语言视频(主要看怎么搭建环境),就可以自学了。
2.2.2 PC Linux基本操作:
对于PC Linux,我们推荐使用Ubuntu,在它上面安装软件非常简便。
我们的工作模式通常是这样:在Windows下阅读、编写代码,然后把代码上传到PC Linux去编译。实际上,Ubuntu的桌面系统已经很好用了,我们拿到各种智能机可以很快上手,相信Ubuntu的桌面系统也可以让你很快上手。为了提高工作效率,我们通常使用命令行来操作Ubuntu。
不用担心,你前期只需要掌握这几条命令就可以了,它们是如此简单,我干脆列出它们:
①cd : Change Directory(改变目录)
cd 目录名 // 进入某个目录cd .. // cd “两个点”:返回上一级目录cd - // cd “短横”:返回上一次所在目录
②pwd : Print Work Directory(打印当前目录 显示出当前工作目录的绝对路径)
③mkdir : Make Directory(创建目录)
mkdir abc // 创建文件夹abcmkdir -p a/b/c // 创建文件夹a,再a下创建文件夹b,再在b下创建文件夹c
④rm : Remove(删除目录或文件)
rm file // 删除名为file的文件rm -rf dir // 删除名为dir的目录
⑤ls : List(列出目录内容)
⑥mount : 挂载
mount -t nfs -o nolock,vers=2 192.168.1.123:/work/nfs_root /mntmount -t yaffs /dev/mtdblock3 /mnt
⑦chown : Change owner(改变文件的属主,即拥有者)
chown book:book /work -R //对/work目录及其下所有内容,属主改为book用户,组改为book
⑧chmod : Change mode(改变权限),下面的例子很简单粗暴
chmod 777 /work -R // 对/work目录及其下所有内容,权限改为可读、可写、可执行
⑨vi : Linux下最常用的编辑命令,使用稍微复杂,请自己搜索用法。
要练习这些命令,你可以进入Ubuntu桌面系统后,打开终端输入那些命令;或是用SecureCRT、putty等工具远程登录Ubuntu后练习。
2.2.3 硬件知识
我们学习硬件知识的目的在于能看懂原理图,看懂通信协议,看懂芯片手册;不求能设计原理图,更不求能设计电路板。
对于正统的方法,你应该这样学习:
①学习《微机原理》,理解一个计算机的组成及各个部件的交互原理。
②学习《数字电路》,理解各种门电路的原理及使用,还可以掌握一些逻辑运算(与、或等)。
③《模拟电路》?好吧,这个不用学,至少我在工作中基本用不到它,现在全忘光了。
就我个人经验来说,这些课程是有用的,但是:
①原理有用,实战性不强。
比如《微机原理》是基于x86系统,跟ARM板子有很大差别,当然原理相通。
我是在接触嵌入式编程后,才理解了这些课程。
②每本书都那么厚,内容都很多,学习时间过长,自学有难度。
针对这些校园教材的不足,并结合实际开发过程中要用到的知识点,我们推出了《学前班_怎么看原理图》的系列视频:
学前班第1课第1节___怎么看原理图之GPIO和门电路.wmv
学前班第1课第2.1节_怎么看原理图之协议类接口之UART.wmv
学前班第1课第2.2节_怎么看原理图之协议类接口之I2C.wmv
学前班第1课第2.3节_怎么看原理图之协议类接口之SPI.wmv
学前班第1课第2.4节_怎么看原理图之协议类接口之NAND Flash.wmv
学前班第1课第2.5节_怎么看原理图之协议类接口之LCD.wmv
学前班第1课第3节___怎么看原理图之内存类接口.wmv
学前班第1课第4.1节_怎么看原理图之分析S3C2410开发板.wmv
学前班第1课第4.2节_怎么看原理图之分析S3C2440开发板.wmv
学前班第1课第4.3节_怎么看原理图之分析S3C6410开发板.wmv
即使你只具备初中物理课的电路知识,我也希望能通过这些视频,让你可以看懂原理图,理解一些常见的通信协议;如果你想掌握更多的硬件知识,这些视频也可以起个索引作用,让你知道缺乏什么知识。
这些视频所讲到的硬件知识,将在《裸板开发》系列视频中用到,到时可以相互对照着看,加深理解。
2.2.4 要不要专门学习Windows下的单片机开发
很多学校都开通了单片机的课程,很多人都是从51单片机、AVR单片机,现在比较新的STM32单片机开始接触嵌入式领域,并且使用Windows下的开发软件,比如keil、MDK等。
问题来了,要不要专门学习Windows下的单片机开发?
①如果这是你们专业的必修课,那就学吧
②如果你的专业跟单片机密切相关,比如机械控制等,那就学吧
③如果你只是想从单片机入门,然后学习更广阔的嵌入式Linux,那么放弃在Windows下学习单片机吧!
理由如下:
①Windows下的单片机学习,深度不够
Windows下有很好的图形界面单片机开发软件,比如keil、MDK等。
它们封装了很多技术细节,比如:
你只会从main函数开始编写代码,却不知道上电后第1条代码是怎么执行的;
你可以编写中断处理函数,但是却不知道它是怎么被调用的;
你不知道程序怎么从Flash上被读入内存;
也不知道内存是怎么划分使用的,不知道栈在哪、堆在哪;
当你想裁剪程序降低对Flash、内存的使用时,你无从下手;
当你新建一个文件时,它被自动加入到工程里,但是其中的机理你完全不懂;
等等等。
②基于ARM+Linux裸机学习,可以学得更深,并且更贴合后续的Linux学习。实际上它就是Linux下的单片机学习,只是一切更加原始:所有的代码需要你自己来编写;哪些文件加入工程,需要你自己来管理。
在工作中,我们当然倾向于使用Windows下更便利的工具,但是在学习阶段,我们更想学习到程序的本质。
一切从零编写代码、管理代码,可以让我们学习到更多知识:
你需要了解芯片的上电启动过程,知道第1条代码如何运行;
你需要掌握怎么把程序从Flash上读入内存;
需要理解内存怎么规划使用,比如栈在哪,堆在哪;
需要理解代码重定位;
需要知道中断发生后,软硬件怎么保护现场、跳到中断入口、调用中断程序、恢复现场;
你会知道,main函数不是我们编写的第1个函数;
你会知道,芯片从上电开始,程序是怎么被搬运执行的;
你会知道,函数调用过程中,参数是如何传递的;
你会知道,中断发生时,每一个寄存器的值都要小心对待;
等等等。
你掌握了ARM+Linux的裸机开发,再回去看Windows下的单片机开发,会惊呼:怎么那么简单!并且你会完全明白这些工具没有向你展示的技术细节。
驱动程序=Linux驱动程序软件框架+ARM开发板硬件操作,我们可以从简单的裸机开发入手,先掌握硬件操作,并且还可以:
①掌握如何在PC Linux下编译程序、把程序烧录到板子上并运行它
②为学习bootloader打基础:掌握了各种硬件操作后,后面一组合就是一个bootloader
2.2.5 为什么选择ARM9 S3C2440开发板,而不是其他性能更好的?
有一个错误的概念:S3C2440过时了、ARM9过时了。
这是不对的,如果你是软件工程师,无论是ARM9、ARM11、A8还是A9,对我们来说是没有差别的。
一款芯片,上面有CPU,还有众多的片上设备(比如UART、USB、LCD控制器)。我们写程序时,并不涉及CPU,只是去操作那些片上设备。
所以:差别在于片上设备,不在于CPU核;差别在于寄存器操作不一样。
因为我们写驱动并不涉及CPU的核心,只是操作CPU之外的设备,只是读写这些设备的寄存器。
之所以推荐S3C2440,是因为它的Linux学习资料最丰富,并有配套的第1、2期视频。
2.2.6 怎么学习ARM+Linux的裸机开发
学习裸机开发的目的有两个:
①掌握裸机程序的结构,为后续的u-boot作准备
②练习硬件知识,即:怎么看原理图、芯片手册,怎么写代码来操作硬件
后面的u-boot可以认为是裸机程序的集合,我们在裸机开发中逐个掌握各个部件,再集合起来就可以得到一个u-boot了。
后续的驱动开发,也涉及硬件操作,你可以在裸机开发中学习硬件知识。
注意:如果你并不关心裸机的程序结构,不关心bootloader的实现,这部分是可以先略过的。在后面的驱动视频中,我们也会重新讲解所涉及的硬件知识。
推荐两本书:杜春蕾的《ARM体系结构与编程》,韦东山的《嵌入式Linux应用开发完全手册》。后者也许是国内第1本涉及在PC Linux环境下开发的ARM裸机程序的书,如果我说错了,请原谅我书读得少。
对于裸机开发,我们提供有2部分视频:
①环境搭建
第0课第1节_刚接触开发板之接口接线.wmv
第0课第2节_刚接触开发板之烧写裸板程序.wmv
第0课第3节_刚接触开发板之重烧整个系统.wmv
第0课第4节_刚接触开发板之使用vmwae和预先做好的ubuntu.wmv
第0课第5节_刚接触开发板之u-boot打补丁编译使用及建sourceinsight工程.wmv
第0课第6节_刚接触开发板之内核u-boot打补丁编译使用及建sourceinsight工程.wmv
第0课第7节_刚接触开发板之制作根文件系统及初试驱动.wmv
第0课第8节_在TQ2440,MINI2440上搭建视频所用系统.wmv
第0课第9节_win7下不能使用dnw烧写的替代方法.wmv
.................
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B. 如何为嵌入式开发建立交叉编译环境
下面我们将以建立针对arm的交叉编译开发环境为例来解说整个过程,其他的体系结构与这个相类似,只要作一些对应的改动。我的开发环境是,宿主机 i386-redhat-7.2,目标机 arm。
这个过程如下
1. 下载源文件、补丁和建立编译的目录
2. 建立内核头文件
3. 建立二进制工具(binutils)
4. 建立初始编译器(bootstrap gcc)
5. 建立c库(glibc)
6. 建立全套编译器(full gcc)
下载源文件、补丁和建立编译的目录
1. 选定软件版本号
选择软件版本号时,先看看glibc源代码中的INSTALL文件。那里列举了该版本的glibc编译时所需的binutils 和gcc的版本号。例如在 glibc-2.2.3/INSTALL 文件中推荐 gcc 用 2.95以上,binutils 用 2.10.1 以上版本。
我选的各个软件的版本是:
linux-2.4.21+rmk2
binutils-2.10.1
gcc-2.95.3
glibc-2.2.3
glibc-linuxthreads-2.2.3
如果你选的glibc的版本号低于2.2,你还要下载一个叫glibc-crypt的文件,例如glibc-crypt-2.1.tar.gz。 Linux 内核你可以从www.kernel.org 或它的镜像下载。
Binutils、gcc和glibc你可以从FSF的ftp站点ftp://ftp.gun.org/gnu/ 或它的镜像去下载。 在编译glibc时,要用到 Linux 内核中的 include 目录的内核头文件。如果你发现有变量没有定义而导致编译失败,你就改变你的内核版本号。例如我开始用linux-2.4.25+vrs2,编译glibc-2.2.3 时报 BUS_ISA 没定义,后来发现在 2.4.23 开始它的名字被改为 CTL_BUS_ISA。如果你没有完全的把握保证你改的内核改完全了,就不要动内核,而是把你的 Linux 内核的版本号降低或升高,来适应 glibc。
Gcc 的版本号,推荐用 gcc-2.95 以上的。太老的版本编译可能会出问题。Gcc-2.95.3 是一个比较稳定的版本,也是内核开发人员推荐用的一个 gcc 版本。
如果你发现无法编译过去,有可能是你选用的软件中有的加入了一些新的特性而其他所选软件不支持的原因,就相应降低该软件的版本号。例如我开始用 gcc-3.3.2,发现编译不过,报 as、ld 等版本太老,我就把 gcc 降为 2.95.3。 太新的版本大多没经过大量的测试,建议不要选用。
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2. 建立工作目录
首先,我们建立几个用来工作的目录:
在你的用户目录,我用的是用户liang,因此用户目录为 /home/liang,先建立一个项目目录embedded。
$pwd
/home/liang
$mkdir embedded
再在这个项目目录 embedded 下建立三个目录 build-tools、kernel 和 tools。
build-tools-用来存放你下载的 binutils、gcc 和 glibc 的源代码和用来编译这些源代码的目录。
kernel-用来存放你的内核源代码和内核补丁。
tools-用来存放编译好的交叉编译工具和库文件。
$cd embedded
$mkdir build-tools kernel tools
执行完后目录结构如下:
$ls embedded
build-tools kernel tools
3. 输出和环境变量
我们输出如下的环境变量方便我们编译。
$export PRJROOT=/home/liang/embedded
$export TARGET=arm-linux
$export PREFIX=$PRJROOT/tools
$export TARGET_PREFIX=$PREFIX/$TARGET
$export PATH=$PREFIX/bin:$PATH
如果你不惯用环境变量的,你可以直接用绝对或相对路径。我如果不用环境变量,一般都用绝对路径,相对路径有时会失败。环境变量也可以定义在.bashrc文件中,这样当你logout或换了控制台时,就不用老是export这些变量了。
体系结构和你的TAEGET变量的对应如下表
你可以在通过glibc下的config.sub脚本来知道,你的TARGET变量是否被支持,例如:
$./config.sub arm-linux
arm-unknown-linux-gnu
在我的环境中,config.sub 在 glibc-2.2.3/scripts 目录下。
网上还有一些 HOWTO 可以参考,ARM 体系结构的《The GNU Toolchain for ARM Target HOWTO》,PowerPC 体系结构的《Linux for PowerPC Embedded Systems HOWTO》等。对TARGET的选取可能有帮助。
4. 建立编译目录
为了把源码和编译时生成的文件分开,一般的编译工作不在的源码目录中,要另建一个目录来专门用于编译。用以下的命令来建立编译你下载的binutils、gcc和glibc的源代码的目录。
$cd $PRJROOT/build-tools
$mkdir build-binutils build-boot-gcc build-gcc build-glibc gcc-patch
build-binutils-编译binutils的目录
build-boot-gcc-编译gcc 启动部分的目录
build-glibc-编译glibc的目录
build-gcc-编译gcc 全部的目录
gcc-patch-放gcc的补丁的目录
gcc-2.95.3 的补丁有 gcc-2.95.3-2.patch、gcc-2.95.3-no-fixinc.patch 和gcc-2.95.3-returntype-fix.patch,可以从 http://www.linuxfromscratch.org/ 下载到这些补丁。
再将你下载的 binutils-2.10.1、gcc-2.95.3、glibc-2.2.3 和 glibc-linuxthreads-2.2.3 的源代码放入 build-tools 目录中
看一下你的 build-tools 目录,有以下内容:
$ls
binutils-2.10.1.tar.bz2 build-gcc gcc-patch
build-binutls build-glibc glibc-2.2.3.tar.gz
build-boot-gcc gcc-2.95.3.tar.gz glibc-linuxthreads-2.2.3.tar.gz
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建立内核头文件
把你从 www.kernel.org 下载的内核源代码放入 $PRJROOT /kernel 目录
进入你的 kernel 目录:
$cd $PRJROOT /kernel
解开内核源代码
$tar -xzvf linux-2.4.21.tar.gz
或
$tar -xjvf linux-2.4.21.tar.bz2
小于 2.4.19 的内核版本解开会生成一个 linux 目录,没带版本号,就将其改名。
$mv linux linux-2.4.x
给 Linux 内核打上你的补丁
$cd linux-2.4.21
$patch -p1 < ../patch-2.4.21-rmk2
编译内核生成头文件
$make ARCH=arm CROSS_COMPILE=arm-linux- menuconfig
你也可以用 config 和 xconfig 来代替 menuconfig,但这样用可能会没有设置某些配置文件选项和没有生成下面编译所需的头文件。推荐大家用 make menuconfig,这也是内核开发人员用的最多的配置方法。配置完退出并保存,检查一下的内核目录中的 include/linux/version.h 和 include/linux/autoconf.h 文件是不是生成了,这是编译 glibc 是要用到的,version.h 和 autoconf.h 文件的存在,也说明了你生成了正确的头文件。
还要建立几个正确的链接
$cd include
$ln -s asm-arm asm
$cd asm
$ln -s arch-epxa arch
$ln -s proc-armv proc
接下来为你的交叉编译环境建立你的内核头文件的链接
$mkdir -p $TARGET_PREFIX/include
$ln -s $PRJROOT/kernel/linux-2.4.21/include/linux $TARGET_PREFIX/include/linux
$in -s $PRJROOT/kernel/linux-2.4.21/include/asm-arm $TARGET_PREFIX/include/asm
也可以把 Linux 内核头文件拷贝过来用
$mkdir -p $TARGET_PREFIX/include
$cp -r $PRJROOT/kernel/linux-2.4.21/include/linux $TARGET_PREFIX/include
$cp -r $PRJROOT/kernel/linux-2.4.21/include/asm-arm $TARGET_PREFIX/include
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建立二进制工具(binutils)
binutils是一些二进制工具的集合,其中包含了我们常用到的as和ld。
首先,我们解压我们下载的binutils源文件。
$cd $PRJROOT/build-tools
$tar -xvjf binutils-2.10.1.tar.bz2
然后进入build-binutils目录配置和编译binutils。
$cd build-binutils
$../binutils-2.10.1/configure --target=$TARGET --prefix=$PREFIX
--target 选项是指出我们生成的是 arm-linux 的工具,--prefix 是指出我们可执行文件安装的位置。
会出现很多 check,最后产生 Makefile 文件。
有了 Makefile 后,我们来编译并安装 binutils,命令很简单。
$make
$make install
看一下我们 $PREFIX/bin 下的生成的文件
$ls $PREFIX/bin
arm-linux-addr2line arm-linux-gasp arm-linux-objmp arm-linux-strings
arm-linux-ar arm-linux-ld arm-linux-ranlib arm-linux-strip
arm-linux-as arm-linux-nm arm-linux-readelf
arm-linux-c++filt arm-linux-obj arm-linux-size
我们来解释一下上面生成的可执行文件都是用来干什么的
add2line - 将你要找的地址转成文件和行号,它要使用 debug 信息。
Ar-产生、修改和解开一个存档文件
As-gnu 的汇编器
C++filt-C++ 和 java 中有一种重载函数,所用的重载函数最后会被编译转化成汇编的标号,c++filt 就是实现这种反向的转化,根据标号得到函数名。
Gasp-gnu 汇编器预编译器。
Ld-gnu 的连接器
Nm-列出目标文件的符号和对应的地址
Obj-将某种格式的目标文件转化成另外格式的目标文件
Objmp-显示目标文件的信息
Ranlib-为一个存档文件产生一个索引,并将这个索引存入存档文件中
Readelf-显示 elf 格式的目标文件的信息
Size-显示目标文件各个节的大小和目标文件的大小
Strings-打印出目标文件中可以打印的字符串,有个默认的长度,为4
Strip-剥掉目标文件的所有的符号信息
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建立初始编译器(bootstrap gcc)
首先进入 build-tools 目录,将下载 gcc 源代码解压
$cd $PRJROOT/build-tools
$tar -xvzf gcc-2.95.3.tar.gz
然后进入 gcc-2.95.3 目录给 gcc 打上补丁
$cd gcc-2.95.3
$patch -p1< ../gcc-patch/gcc-2.95.3.-2.patch
$patch -p1< ../gcc-patch/gcc-2.95.3.-no-fixinc.patch
$patch -p1< ../gcc-patch/gcc-2.95.3-returntype-fix.patch
echo timestamp > gcc/cstamp-h.in
在我们编译并安装 gcc 前,我们先要改一个文件 $PRJROOT/gcc/config/arm/t-linux,把
TARGET_LIBGCC2-CFLAGS = -fomit-frame-pointer -fPIC
这一行改为
TARGET_LIBGCC2-CFLAGS = -fomit-frame-pointer -fPIC -Dinhibit_libc -D__gthr_posix_h
你如果没定义 -Dinhibit,编译时将会报如下的错误
../../gcc-2.95.3/gcc/libgcc2.c:41: stdlib.h: No such file or directory
../../gcc-2.95.3/gcc/libgcc2.c:42: unistd.h: No such file or directory
make[3]: *** [libgcc2.a] Error 1
make[2]: *** [stmp-multilib-sub] Error 2
make[1]: *** [stmp-multilib] Error 1
make: *** [all-gcc] Error 2
如果没有定义 -D__gthr_posix_h,编译时会报如下的错误
In file included from gthr-default.h:1,
from ../../gcc-2.95.3/gcc/gthr.h:98,
from ../../gcc-2.95.3/gcc/libgcc2.c:3034:
../../gcc-2.95.3/gcc/gthr-posix.h:37: pthread.h: No such file or directory
make[3]: *** [libgcc2.a] Error 1
make[2]: *** [stmp-multilib-sub] Error 2
make[1]: *** [stmp-multilib] Error 1
make: *** [all-gcc] Error 2
还有一种与-Dinhibit同等效果的方法,那就是在你配置configure时多加一个参数-with-newlib,这个选项不会迫使我们必须使用newlib。我们编译了bootstrap-gcc后,仍然可以选择任何c库。
接着就是配置boostrap gcc, 后面要用bootstrap gcc 来编译 glibc 库。
$cd ..; cd build-boot-gcc
$../gcc-2.95.3/configure --target=$TARGET --prefix=$PREFIX \
>--without-headers --enable-languages=c --disable-threads
这条命令中的 -target、--prefix 和配置 binutils 的含义是相同的,--without-headers 就是指不需要头文件,因为是交叉编译工具,不需要本机上的头文件。-enable-languages=c是指我们的 boot-gcc 只支持 c 语言。--disable-threads 是去掉 thread 功能,这个功能需要 glibc 的支持。
接着我们编译并安装 boot-gcc
$make all-gcc
$make install-gcc
我们来看看 $PREFIX/bin 里面多了哪些东西
$ls $PREFIX/bin
你会发现多了 arm-linux-gcc 、arm-linux-unprotoize、cpp 和 gcov 几个文件。
Gcc-gnu 的 C 语言编译器
Unprotoize-将 ANSI C 的源码转化为 K&R C 的形式,去掉函数原型中的参数类型。
Cpp-gnu的 C 的预编译器
Gcov-gcc 的辅助测试工具,可以用它来分析和优程序。
使用 gcc3.2 以及 gcc3.2 以上版本时,配置 boot-gcc 不能使用 --without-headers 选项,而需要使用 glibc 的头文件。
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建立 c 库(glibc)
首先解压 glibc-2.2.3.tar.gz 和 glibc-linuxthreads-2.2.3.tar.gz 源代码
$cd $PRJROOT/build-tools
$tar -xvzf glibc-2.2.3.tar.gz
$tar -xzvf glibc-linuxthreads-2.2.3.tar.gz --directory=glibc-2.2.3
然后进入 build-glibc 目录配置 glibc
$cd build-glibc
$CC=arm-linux-gcc ../glibc-2.2.3/configure --host=$TARGET --prefix="/usr"
--enable-add-ons --with-headers=$TARGET_PREFIX/include
CC=arm-linux-gcc 是把 CC 变量设成你刚编译完的boostrap gcc,用它来编译你的glibc。--enable-add-ons是告诉glibc用 linuxthreads 包,在上面我们已经将它放入了 glibc 源码目录中,这个选项等价于 -enable-add-ons=linuxthreads。--with-headers 告诉 glibc 我们的linux 内核头文件的目录位置。
配置完后就可以编译和安装 glibc
$make
$make install_root=$TARGET_PREFIX prefix="" install
然后你还要修改 libc.so 文件
将
GROUP ( /lib/libc.so.6 /lib/libc_nonshared.a)
改为
GROUP ( libc.so.6 libc_nonshared.a)
这样连接程序 ld 就会在 libc.so 所在的目录查找它需要的库,因为你的机子的/lib目录可能已经装了一个相同名字的库,一个为编译可以在你的宿主机上运行的程序的库,而不是用于交叉编译的。
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建立全套编译器(full gcc)
在建立boot-gcc 的时候,我们只支持了C。到这里,我们就要建立全套编译器,来支持C和C++。
$cd $PRJROOT/build-tools/build-gcc
$../gcc-2.95.3/configure --target=$TARGET --prefix=$PREFIX --enable-languages=c,c++
--enable-languages=c,c++ 告诉 full gcc 支持 c 和 c++ 语言。
然后编译和安装你的 full gcc
$make all
$make install
我们再来看看 $PREFIX/bin 里面多了哪些东西
$ls $PREFIX/bin
你会发现多了 arm-linux-g++ 、arm-linux-protoize 和 arm-linux-c++ 几个文件。
G++-gnu的 c++ 编译器。
Protoize-与Unprotoize相反,将K&R C的源码转化为ANSI C的形式,函数原型中加入参数类型。
C++-gnu 的 c++ 编译器。
到这里你的交叉编译工具就算做完了,简单验证一下你的交叉编译工具。
用它来编译一个很简单的程序 helloworld.c
#include <stdio.h>
int main(void)
{
printf("hello world\n");
return 0;
}
$arm-linux-gcc helloworld.c -o helloworld
$file helloworld
helloworld: ELF 32-bit LSB executable, ARM, version 1,
dynamically linked (uses shared libs), not stripped
上面的输出说明你编译了一个能在 arm 体系结构下运行的 helloworld,证明你的编译工具做成功了。
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C. 嵌入式软件中GCC编译,汇编,链接,调试的作用
GCC:是一套由GNU工程开发的支持多种编程语言的编译器。将程序代码编译成机器语言。
编译:1、利用编译程序从源语言编写的源程序产生目标程序的过程。
2、用编译程序产生目标程序的动作。 编译就是把高级语言变成计算机可以识别的2进制
语言,计算机只认识1和0,编译程序把人们熟悉的语言换成2进制的。 编译程序把一
个源程序翻译成目标程序的工作过程分为五个阶段:词法分析;语法分析;语义检查
和中间代码生成;代码优化;目标代码生成。主要是进行词法分析和语法分析,又称
为源程序分析,分析过程中发现有语法错误,给出提示信息。
汇编:把汇编语言翻译成机器语言的过程称为汇编,在汇编语言中,用助记符(Memoni)代替操作
码,用地址符号(Symbol)或标号(Label)代替地址码。这样用符号代替机器语言的二进制
码,就把机器语言变成了汇编语言
连接:用来把要执行的程序与库文件或其他已经翻译好的子程序(能完成一种独立功能的程序
模块)连接在一起,形成机器能执行的程序。
调试:编好程序后,用各种手段进行查错和排错的过程。
D. 求嵌入式linux开发详细流程(步骤)
1.首先,建立交叉编译环境:交叉编译是指:在PC机上编译,在目标板上执行,我PC是linux+ arm-elf-gcc编译器.扳子是ARM3000.板子上的系统是uclinux,这时一个剪裁的很小的实时嵌入式linux操作系统.推荐使用这个.
2.然后就是你写程序喽,不过注意可能有些库函数不能用,因为哪个编译器稍微受限一点,不是所由的c库函数都支持,不过一般开发的都有.
3.连起你的主机和开发板,这个你会不?要连两个:串口(用来控制板子)和以太口(用来下载程序),我们板子上这些外设都有,你要使没有可以用其他的口代替传程序,但串口可是该有的阿!
4.在你主机上编译程序生成目标代码,建议用makefile文件来组织你的联编关系.
5.把生成代码下载到目标板执行调试.我是用的主机的NFS(网落文件)服务,下载到目标板的.
6.注:目标板是怎么控制的呢?是用串口控制的,可用minicom,设置好你要控制的串口,也应该是你连板子的那个.在命令行里敲上minicom,即进入minicom截面,开启你的板子,应该就是板子uclinux系统解压安装的画面了.然后用ifconfig eth0.....
配置ip,这个ip就是你板子的ip了,注意与主机一个网段.然后mount -t nfs 主机ip:/uclinux /板子上的一个目录,就把主机的 uclinux目录放到板子上了(这么说其实不合理,应该叫挂载). 然后找到你刚才一经编译好的哪个目标代码执行即可.
因不了解你的具体环境和配置,暂说这些,有问题可再联系:)