本文字站小編爲大家準備的是在嵌入式項目中如何使用Linux的技巧，希望能幫助到大家!
衆所周知，微控制器製造商的開發板，以及他們與開發板一起提供的軟件項目例程，在工程師着手一個新設計時可以提供很大幫助。但在設計項目完成其早期階段後，進一步設計時，製造商提供的軟件也可能會導致一些問題。
使用實時操作系統作爲應用程序代碼平臺的設計還面臨着許多挑戰，比如如何將功能分配給不同的並行任務、如何設計高可靠的進程間通信、以及如何在硬件上測試整個軟件包等問題。
越來越多的OEM廠商發現，避免上述兩個問題的最好方式，是使用基於開源、經過驗證、可擴展、可執行在不同硬件平臺的操作系統Linux開始新的設計。就已經被移植到各種計算機硬件平臺的操作系統的數量來說，Linux首屈一指。Linux的衍生版本已執行在非常廣泛的嵌入式系統中，包括：網絡路由器、移動電話、建築自動化控制、電視機和視頻遊戲控制檯。
雖然Linux被成功使用，但並不意味着它很容易使用。Linux包含的代碼超過一百萬行，其運作帶有鮮明的Linux方法論味道，初學者可能難以迅速掌握。
因此，本文的主旨是爲使用Linux的嵌入式操作系統版本——μClinux，開始一個新的設計項目，該指南共分爲五個步驟。
爲了說明該指南，本文介紹了在意法半導體的STM32F429微控制器(ARM Cortex-M4內核，最高180MHz)上的一個μClinux項目實現，使用了Emcraft的STM32F429 Discovery Linux板支援包(BSP)。
步驟1：Linux工具和項目佈局
每個嵌入式軟件設計都從選擇合適的工具開始。
工具鏈是一組連接(或連結)在一起的軟件開發工具，它包含諸如GNU編譯器集合(GCC)、binutils(一組包括連接器、彙編器和其它用於目標檔案和檔案工具的開發工具)和glibc(提供系統調用和基本函數的C函數庫)等組件;在某些情況下，還可能包括編譯器和調試器等其它工具。
用於嵌入式開發的工具鏈是一個交叉工具鏈，更常見的叫法是交叉編譯器。
GNU Binutils是嵌入式Linux工具鏈的第一個組件。GNU Binutils包含兩款重要工具：
●“as”，彙編器，將彙編代碼(GCC所生成)轉換成二進制代碼
●“ld”，連接器，將離散目標代碼段連接到庫或形成可執行檔案
編譯器是工具鏈的第二個重要組成部分。在嵌入式Linux，它被稱爲GCC，支援許多種微控制器和處理器架構。
接下來是C函數庫。它實現Linux的傳統POSIX應用編程接口(API)，該API可被用來開發用戶空間應用。它透過系統調用與內核對接，並提供高階服務。
工程師有幾種C函數庫選擇：
●glibc是開源GNU項目提供的可用C函數庫。該庫是全功能、可移植的，它符合Linux標準。
●嵌入式GLIBC(EGLIBC)是一款針對嵌入式系統優化的衍生版。其代碼是精簡的，支援交叉編譯和交叉測試，其原始碼和二進制代碼與GLIBC的相容。
●uClibc是另一款C函數庫，可在閃存空間有限、和/或內存佔用必須最小的情況下使用。
調試器通常也是工具鏈的一部分，因爲在目標機上調試應用程序執行時，需要一個交叉調試器。在嵌入式Linux領域，GDB是常用調試器。
上述工具是如此地不可或缺，但當它們各自爲戰時，會花太長時間來編譯Linux原始碼並將其整合成最終映像(image)。幸運的是，Buildroot(自動生成交叉編譯工具的工具)會自動完成構建一個完整嵌入式系統的過程，並透過產生下述任一或所有任務，簡化了交叉編譯：
●交叉編譯工具鏈
●根檔案系統
●內核映像
●引導映像
對嵌入式系統設計師來說，還可以方便地使用一種工具(utility)聚合工具，如BusyBox，這種工具將通常最需要的工具整合在一起。根據BusyBox的資訊頁面介紹，“它將許多常用UNIX工具的微型版本整合成一個小的可執行檔案。它提供了對大多數你通常會在GNU fileutils和shellutils等工具中看到的工具的替代。BusyBox裏的工具通常比其全功能GNU對應版本的選擇少;但所包含選項所提供的預期功能和行爲則與對應的GNU所提供的幾無差別。對任何小或嵌入式系統來說，BusyBox提供的環境都是相當完整的。”
最後一個重要工具是一款BSP，是爲搭載了項目目標MCU或處理器的主板專門做的。
BSP包括預先配置的`工具，以及將操作系統加載到主板的引導加載程序。它還爲內核和器件驅動器提供原始碼(見圖1)。
圖1：用於STM32F429 Discovery板的Emcraft BSP的主要部件。
步驟2：引導序列、時鐘系統、存儲器和串行接口
典型的嵌入式Linux啓動順序執行如下：
1)引導加載程序固件(示例項目裏的U-Boot)執行於目標MCU內置閃存(無需外部存儲器)，並在上電/復位後，執行所有必需的初始化工作，包括設定串口和用於外部存儲器(RAM)訪問的存儲器控制器。
2)U-Boot可將Linux映像從外部Flash轉移到外部RAM，並將控制交接到RAM中的內核入口點。可壓縮Linux映像以節省閃存空間，代價是在啓動時要付出解壓縮時間。
3)Linux進行引導並安裝基於RAM的檔案系統(initramfs)作爲根檔案系統。在項目構建時，Initramfs被填充以所需的檔案和目錄，然後被簡單地連結到內核。
4)在Linux內核下，執行/sbin/init。/sbin/init程序按照/etc/inittab中配置檔案的描述對系統進行初始化。
5)一旦初始化進程完成執行級執行和/sbin/init裏的命令，它會啓動一個登入進程。
6)殼初始化檔案/etc/profile的執行，標誌着啓動過程的完成。
透過使能就地執行(Execute In Place——XIP)可以顯著縮短啓動時間、提升整體性能，XIP是從閃存執行代碼的方法。通常，Linux代碼是從閃存加載到外部存儲器，然後從外部存儲器執行。透過從閃存執行，因不再需複製這步，從而只需較少的存儲器，且只讀存儲器不再佔程序空間。
本文的示例項目基於STM32F429 MCU。事實上，用戶可能會發現，開始時，STM32F4系列MCU的外設初始化不容易掌握。幸運的是，意法半導體開發了一些工具來幫助解決這一問題。STM32CubeMX初始化代碼生成器(部件編號UM1718)屬於最新的。該工具包括外設初始化的每一個細節，在配置外設時，會顯示警告和錯誤、並警告硬件衝突。
對小型嵌入式Linux項目來說，STM32F429 MCU內部閃存足夠用。重要的是要記住：嵌入式Linux項目中使用多個二進制映像(引導加載程序、Linux內核和根檔案系統)：這些都需要閃存扇區邊界對齊。這就避免了在裝載一個圖像時，另一圖像被部分刪除或損壞的風險。
步驟3：在主機上安裝Linux
要構建一個嵌入式Linux項目，一臺Linux主機是必需的。對於Windows PC，最好是安裝Oracle VirtualBox，以創建“一臺”512Mbyte RAM和16Gbyte硬盤的新虛擬機。
有許多Linux版本可用;據筆者的經驗，Debian就是與VirtualBox環境相匹配的一款。這款Linux主機必須能夠訪問互聯網，以便下載針對這款ARM Cortex-M目標MCU的GNU交叉編譯工具。設計師將創建一個類似於圖1所示的樹形結構，並將交叉構建工具提存到/tools檔案夾。
在這點上，有必要建立一個腳本。只需使用下列代碼就可實現。(<......>是提取到的GNU工具檔案夾路徑)：
export INSTALL_ROOT=<.......>
export PATH=$INSTALL_ROOT/bin:$PATH
export CROSS_COMPILE=arm-uclinuxeabiexport
CROSS_COMPILE_APPS=arm-uclinuxeabiexport
MCU=STMDISCO
export ARCH=arm
在乾淨的Linux系統中安裝GNU工具，但其使用並非自給自足，實際上還需要其它系統的配合。其執行實際上依賴於若干其它系統組件(如主機C/C++編譯器、標準C函數庫頭檔案，以及一些系統工具)。獲得這些必要組件的一種方法是安裝用於C的Eclipse集成開發環境(IDE)。除解決這個迫在眉睫的問題外，Eclipse IDE還可在開發過程中的許多其它方面提供幫助，當然，詳述Eclipse IDE的特性不是本文目的。
現在，是時候啓用Linux終端工具了：點擊“應用程序(Applications)”，然後“附件(Accessories)”和“終端(Terminal)”(見圖2)。
圖2：Linux包含的“終端(Terminal)”工具和“檔案(Files)”、一種類似Windows資源管理器的圖形化工具。
終端是用於配置Linux主機和構建嵌入式Linux應用程序的主要工具。鍵入以下命令來安裝Eclipse和其它所需工具：
su [輸入根用戶密碼]
apt-get install eclipse-cdt
apt-get install genromfs
apt-get install libncurses5-dev
apt-get install git
apt-get install mc
準備該Linux項目的最後一步是下載STM32F429 Discovery Buildroot，並解壓到/uclinux檔案夾。
步驟4：用Buildroot構建μClinux
現在有必要關閉先前使用根用戶配置檔案的終端，並啓動一個新終端。在命令行中輸入“mc”，並使用導航器導航到“Documents”，然後輸入“uClinux”命令。按Ctrl+O並激活Linux ARM Cortex-M開發部分，並執行“”命令。再次按下Ctrl+O並進入“stm32f429-linux-builder-master”檔案夾。
用戶現在有兩個選擇。如果使用VirtualBox中的示例項目，請遵循“make clean”和“make all”命令序列。如果準備一個全新環境，使用“make”命令。約30分鐘後，新的μClinux映像將可用，如下所示：
outuboot
outkernelarcharmboot
out
將這些新映像寫入閃存。如果使用Windows和ST-LINK工具，下面的代碼將工作：
ST-LINK_ -ME
ST-LINK_ -P “” 0x08000000
ST-LINK_ -P “” 0x08020000
ST-LINK_ -P “” 0x08120000
將串行調試器(serial console)連接到目標電路板(外部RX=>PC10、外部TX=>PC11、115200bits/s、8個數據位、無奇偶校驗、1個停止位模式)，然後按下復位按鈕，該μClinux項目將啓動執行。開機輸出將顯示在串行調試器上，顯示屏將出現Linux的企鵝標識。
步驟5：創建“你好，世界”應用
現在，按照代碼示例和下面的說明，將一個用戶應用添加到μClinux項目中。
創建：“stm32f429-linux-builder-master/user/src/hello.c”檔案:
#include
int main() {
printf(“Hello, worldn”);
return 0;
}
必要時使用Tab鍵，創建：“stm32f429-linux-builder-master/user/Makefile”檔案：
CC = $(CROSS_COMPILE)gcc
LDFLAGS ?=$(CFLAGS)
target_out ?= out
all: checkdirs
[Tab] $(CC) $(LDFLAGS) src/hello/hello.c -o $(target_out)/bin/
hello $(LDLIBS)
[Tab] -rm -rf $(target_out)/bin/*
checkdirs:
[Tab] mkdir -p $(target_out)/bin
clean:
[Tab] -rm -rf $(target_out)
透過腳本，在不激活交叉編譯環境下，在主機測試“Hello, world”這個應用。
在/user檔案夾下，輸入：
make all
./out/bin/hello
爲將hello.c嵌入到Linux Buildroot裏的腳本，修改mk/檔案，必要時，使用Tab鍵。(粗體字表示新行開始處)：
. . .
user_hello:
[Tab] make -C $(user_dir) CROSS_COMPILE=$(CROSS_
COMPILE) CFLAGS=$(ROOTFS_CFLAGS) target_
out=$(target_out_user)
$(rootfs_target): $(rootfs_dir) $(target_out_busybox)/ig
user_hello
[Tab] cp -af $(rootfs_dir)/* $(target_out_romfs)
[Tab] cp -f $(target_out_kernel)/fs/ext2/ $(target_out_romfs)/lib/modules
[Tab] cp -f $(target_out_kernel)/fs/ $(target_out_romfs)/lib/modules
[Tab] cp -f $(target_out_user)/bin/* $(target_out_romfs)/usr/bin
…
需對mk/檔案做最後修改。加入以下幾行：
. . .
user_dir := $(root_dir)/user
target_out_user := $(target_out)/user
user_dir := $(root_dir)/user
target_out_user := $(target_out)/user
一旦在目標MCU上建成、下載並執行映像，就可在/usr/bin目錄中找到該應用程序以及其它已有的應用程序。在連接到Discovery板的終端上鍵入“hello[回車]”，可對該應用進行測試。