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1、第4章：嵌入式交叉编译环境及系统裁剪,4.1 嵌入式交叉编译环境构建4.2 Bootloader程序4.3Linux操作系统的裁剪和编译,第4章：嵌入式交叉编译环境及系统裁剪,4.1 嵌入式交叉编译环境构建4.2 Bootloader程序4.3Linux操作系统的裁剪和编译,在通用计算机上开发软件时，一般是软件开发环境（编译、调试）与软件运行环境相同。,（1）什么叫交叉编译?（2）为什么要使用交叉编译？,1、交叉编译概述,交叉开发（Cross Developing）的模式是指：开发系统在PC机（一般称为宿主机或host）上，即完成软件的编辑、编译、链接等工作；软件的运行是在嵌入式设备（一般称为
2、目标机或target）上。,宿主机,目标机,交叉编译定义：交叉编译是指：在宿主机上进行软件编辑、编译、链接等，并生成能够在目标机上运行的可执行程序的过程。,宿主机,目标机,使用交叉编译的原因：由于嵌入式系统的硬件资源有限，不能安装编译所需要的资源。,开发机与目标机的不同,体系结构不同处理能力不同运行的操作系统不同输入输出方式不同,（1）实时在线仿真（2）模拟调试（3）软件调试（3）OCD调试,2、嵌入式常用的调试方法,（1）实时在线仿真（ICE）方式 实时在线仿真（In-Circuit Emulator,ICE）是一种用于替代目标上CPU的设备，可以执行目标机CPU指令，能够将内部的信号输出到
3、被控的目标机，ICE上的内存也可以被映射到用户的程序空间。这样，即使目标机不存在，也可以进行代码调试。,实时在线仿真具有以下优缺点：优点：功能非常强大，软硬件均可做到完全实时在线调试。缺点：价格昂贵。,（2）模拟调试 调试工具和待调试的嵌入式软件都在宿主机上运行，由宿主机提供一个模拟的目标运行环境，可以进行语法和逻辑上的调试。,优点：简单方便，不需要目标机，成本低。缺点：功能非常有限，无法实时调试。,（3）软件调试 宿主机和目标机通过某种接口（通常是串口）连接，宿主机上提供调试界面，待调试软件下载到目标机上运行。这种方式的先决条件是在宿主机和目标机之间建立起通信联系（目标机上需要固化监控程序）
4、,将一段称为ROM Monitor的程序固化在目标机上，负责监控目标机上被调试程序的运行。,优点：纯软件，价格较低，简单，软件调试能力较强。缺点：需要事先在目标机上烧写监控程序（往往需多次试验才能成功），且目标机能正常工作，功能有限，特别是硬件调试能力较差。,（4）OCD方式 OCD（片上调试器）将ICE提供的实时跟踪和运行控制分开，使用很少的实时跟踪功能放弃，而大量使用的运行控制放到目标机的CPU核内，由一个专门的调试控制逻辑模块来实现，并用一个专用的串行信号接口开放给用户。这样，OCD可以提供ICE80%的功能，成本还不到ICE的20%。,由于历史原因，OCD有许多不同的实现方式，标准并不
5、统一。比较典型的有：IBM和TI公司提出的连接测试存取组（Joint Test Action Group,JTAG）。Motorola公司提出的后台调试模式（Background Debugging Method,BDM）,JTAG仿真器的功能有2种.第一是完成程序仿真调试；第二，完成对Flash存储器的烧写。,本课程使用的调试方法是：软件调试方式。其中：ROM Monitor程序是利用JTAG写入Flash存储器。,嵌入式交叉编译硬件连接图,串口线,网线,JTAG,3、交叉编译环境构建,交叉编译环境构建包括2个部分：第一部分是：宿主机（嵌入式交叉编译环境）PC+Linux+交叉编译器+库函数
6、。第二部分是：目标机（嵌入式软件运行环境）实验箱+引导程序+嵌入式操作系统。,方案1：宿主机上应安装的软件有：Linux操作系统软件开发工具包交叉编译工具包,宿主机交叉编译软件配置,方案2：宿主机上应安装的软件有：Windows操作系统+虚拟机（Linux操作系统）+Samba服务软件开发工具包交叉编译工具包,串口线(终端方式操作),网线(将硬盘，让实验箱使用),宿主机(host),目标板(target),1、在宿主机上，安装好Linux操作系统 Linux操作系统，如果安装了gcc编译。就可以进行c语言程序编译。,1、在宿主机上，安装好Linux操作系统 Linux操作系统，如果安装了gcc
7、编译。就可以进行c语言程序编译。,2、安装NFS服务器,3、安装交叉编译软件包 主要目的是：提供一套与目标机一致的库函数和编译器。,要实现交叉编译需要的软件有：交叉编译工具（一组编译器、库函库和头文件）,安装步骤：博创公司提供了一套开发工具光盘。光盘中有一个安装批处理文件install.sh。运行安装程序后，会自动新建2个目录。,arm2410s目录主要存放：linux内核源代码、各种实验源程序等。,opt目录主要存放：交叉编译器、资源库、头文件等。,1、交叉主编译器：armv4l-unknown-linux-gcc2、主编译器存放的目录：/opt/host/armv4l/bin/3、自动搜索
8、主编译器的方法：在文件/root/.bash_profile中，修改PATH变量，变成 PATH=$PATH:$HOME/bin:/opt/host/armv4l/bin/存盘后运行/root/.bash_profile文件使其生效。,开发环境相关说明：,Linux开发软件的目录介绍/arm2410s/exp 各种实验的源代码/arm2410s/minigui minigui应用程序和库的源代码/arm2410s/kernel-2410s 2410-s平台Linux内核源代码/arm2410s/img/vivi 系统引导程序/arm2410s/img/zImage ARMLinux-2.4内核
9、压缩映象文件/arm2410s/img/root.cramfs 根文件系统象文件/arm2410s/img/yaffs.tar.bz2 demos演示程序的压缩文件/arm2410s/kernel-2410s/include 交叉编译时头文件目录/opt/host/armv4l/bin/armv4l-unknown-linux-gcc 主编译器,在进行嵌入式软件开发调试时，需要使用工具充当目标机的信息输出监视器，这个工具通常是串口通信软件。（1）如果宿主机安装的是Windows操作系统，则可以选择超级终端串口通信软件；（2）缩主机安装的是Linux操作系统，则可以选择minicom串口通信软件
10、。,4、串口通信软件配置,选项：（1）选串口。在linux系统中COM1的设备文件名为/dev/ttyS0。（2）速度等参数。“115200 8N1”,5、Flash程序烧写,在宿主机上编译好引导程序、Linux系统内核、根文件系统、应用程序。然后，将它们烧写到目标机的Flash中。,比较典型的是将Flash分成5个分区，分别用于保存引导程序（BootLoader）、启动参数、系统内核、根文件系统和应用程序等，,1、确定flash空间如何分配。,2、准备好以下软件：引导程序（vivi）-vivi参数(param)内核（kernel）-zImage根文件系统（root）-root.cramfs应
11、用程序-yaffs.tar,（3）硬件连接,Windows操作系统,（4）安装驱动程序（P99）,（5）设置超级终端（P99）,（6）烧写vivi步骤,第1步：sjf2410/f:vivi,第2步：分区 vivibon part 0 128k 192k 1216k 4288k:m 64704k,第3步：查看分区（bon分区）vivibon part info,No offset size flags bad0:0 x0000 0000 0 x0002 0000 0000 0000 0 128k1:0 x0002 0000 0 x0001 0000 0000 0000 0 64k2:0 x000
12、3 0000 0 x0010 0000 0000 0000 0 1M3:0 x0013 0000 0 x0030 0000 0000 0000 0 3M4:0 x0043 0000 0 x03b0 0000 0000 0001 0 59M5:0 x03F3 0000 0 x000c c000 0000 0000 0 816k,第4步：查看分区（mtd分区）vivi part show,Name offset size flags vivi 0 x0000 0000 0 x0002 0000 0 128kparam 0 x0002 0000 0 x0001 0000 0 64kkernel 0
13、x0003 0000 0 x0010 0000 0 1Mroot 0 x0013 0000 0 x0030 0000 4 3Myaffs 0 x0043 0000 0 x03b0 0000 8 59Mucos 0 x03F3 0000 0 x000c c000 0 816k,第6步：分区后，flash内的数据全部被删除，所以要重新写入vivi，可以采用前面的方法，也可以用 vivi load flash vivi x当出现：Ready for downloading using xmodem Waiting,第6步：分区后，flash内的数据全部被删除，所以要重新写入vivi，可以采用前面的方
14、法，也可以用 vivi load flash vivi x,第7步：烧写入内核 vivi load flash kernel x,第8步：烧写入根文件系统 vivi load flash root x,第9步：烧写入根应用程序 不使用串口，而用ftf服务器,第4章：嵌入式交叉编译环境及系统裁剪,4.1 嵌入式交叉编译环境构建4.2 Bootloader程序4.3Linux操作系统的裁剪和编译,一、初识BootLoadert程序,从Linux系统角度看，通常可以分为四个层次，即：,引导加载程序（BootLoader）Linux内核根文件系统用户应用程序,嵌入式软件系统分四层,嵌入式系统的Boot
15、Loader程序相当于PC中的什么程序？,相当于：BIOS+MBR,大多数BootLoader程序都包括两种不同的操作模式：,启动加载模式（Bootloading）下载模式(Downloading),1、按Enter按进行启动加载模式。2、按其它键进行下载模式。,1、启动加载模式。,2、下载模式。,下载模式能够做什么？,1、分区,2、从宿主机上下载文件到SDRAM或FLASH,3、引导系统,查看FLASH分区命令（part show),BootLoader程序的结构框架分两部分：,Stage1（用汇编语言来实现，主要进行设备的初始化）Stage2下载模式(用C语言来实现，增强程序的移植性和可读
16、性),二、BootLoadert程序结构,Stage1通常包括以下步骤：硬件设备初始化 为Stage2准备RAM空间 拷贝Stage2到RAM中 设置好堆栈 跳转到Stage2的入口,Stage2通常包括以下步骤：初始化本阶段使用到的硬件设备 检测系统内存映射(Memory Map)将Kernel和根文件系统从Flash上读到RAM空间 设置内核启动参数 引导内核,常用的引导程序有：u-bootBlobARMbootRedBootvivi,三、常用的BootLoadert程序,（1）U-Boot U-Boot，全称 Universal BootLoader，是遵循GPL条款的开放源码项目。支持
17、的操作系统：Linux,VxWorks,QNX等。支持的处理器：ARM、PowerPC、MIPS、x86等。源码下载：,（2）Blob Blob是Boot Loader Object的缩写。它遵循GPL，源泉代码完全开放。Blob最初是为一块专用开发板写的（处理器是StrongARM SA-1100）。现在Blob已经被移植到了很多CPU上。源码下载：http:/,（3）ARMBoot Armboot是一个bootloader,是为基于ARM或者StrongARM CPU的嵌入式系统所设计的。它支持多种类型的Flash。源码下载：,（4）RedBoot Redboot 是Red Hat公司开发
18、的一个独立运行在嵌入式系统上的BootLoader程序，是目前比较流行的一个功能、可移植性好的BootLoader。源码下载：http:/sourceware.org/rdboot,（5）vivi vivi 是韩国mizi 公司开发的bootloader,适用于ARM9处理器。目前实验箱上使用的Bootloader是vivi 源码下载：,vivi（下载模式）使用的典型命令load：用于加载文件到内存或Flash中part：显示Flash的分区，包括vivi，kernel，rootfs等的位置param：修改vivi的参数，如核心命令行参数flash：管理flash。boot：启动Linux核心
19、,1、vivi结构 vivi的结构分为两个阶段：Stage1的代码在vivi目录下的arch/s3c2410/head.s中，Stage2的代码从vivi目录下init/main.c的main函数开始。,四、vivi的裁剪与编译,Stage1完成如下任务：（1）关闭WatchDog；（2）禁止所有终端；（3）初始化系统时钟；（4）初始化内存控制寄存器；（5）检查是否从掉电模式唤醒，如果是，则调用WachupStart函数进行处理；（6）点亮所有LED；（7）初始化UART0；（8）将vivi的代码从NAND Flash复制到SDRAM中。,Stage2完成如下任务：（1）打印vivi的信息；（2）调用初始化函数。（3）boot_or_vivi()：判断是否按下回车键，若按下，则进入vivi shell；若没有，则执行boot命令，启动内核。（4）boot命令执行后，找到kernel分区，并找它的偏移量和大小，执行boot_kernel()函数，复制内核映像。（4）设置Linux启动参数，打印“Now Booting Linux”。（5）调用call_linux()函数启动内核。,在vivi源程序目录下，使用以下命令：#make distclean#make menuconfig#make生成文件vivi,2、vivi配置及编译,
