嵌入式資訊精選 發表於 2020-03-09 16:43:12
針對ARM-Linux程序的開發，主要分為三類：應用程式開發、驅動程序開發、系統內核開發，針對不同種類的軟體開發，有其不同的特點。今天我們來看看ARM-Linux開發和MCU開發的不同點，以及ARM-Linux的基本開發環境。
1. ARM-Linux應用開發和單片機開發的不同
這裡先要做一個說明，對於ARM的應用開發主要有兩種方式：一種是直接在ARM晶片上進行應用開發，不採用作業系統，也稱為裸機編程，這種開發方式主要應用於一些低端的ARM晶片上，其開發過程非常類似單片機，這裡不多敘述。還有一種是在ARM晶片上運行作業系統，對於硬體的操作需要編寫相應的驅動程序，應用開發則是基於作業系統的，這種方式的嵌入式應用開發與單片機開發差異較大。ARM-Linux應用開發和單片機的開發主要有以下幾點不同：
（1）應用開發環境的硬體設備不同
單片機：開發板，仿真器（調試器），USB線；
ARM-Linux： 開發板，網線，串口線，SD卡；
對於ARM-Linux開發，通常是沒有硬體的調試器的，尤其是在應用開發的過程中，很少使用硬體的調試器，程序的調試主要是通過串口進行調試的；但是需要說明的是，對於ARM晶片也是有硬體仿真器的，但通常用於裸機開發。
（2）程序下載方式不同
單片機：仿真器（調試器）下載，或者是串口下載；
ARM-Linux：串口下載、tftp網絡下載、或者直接讀寫SD、MMC卡等存儲設備，實現程序下載；
這個與開發環境的硬體設備是有直接關係的，由於沒有硬體仿真器，故ARM-Linux開發時通常不採用仿真器下載；這樣看似不方便，其實給ARM-Linux的應用開發提供了更多的下載方式。
（3）晶片的硬體資源不同
單片機：通常是一個完整的計算機系統，包含片內RAM，片內FLASH，以及UART、I2C、AD、DA等各種外設；
ARM：通常只有CPU，需要外部電路提供RAM以供ARM正常運行，外部電路提供FLASH、SD卡等存儲系統映像，並通過外部電路實現各種外設功能。由於ARM晶片的處理能力很強，通過外部電路可以實現各種複雜的功能，其功能遠遠強於單片機。
（4）固件的存儲位置不同
單片機：通常具備片內flash存儲器，固件程序通常存儲在該區域，若固件較大則需要通過外部電路設計外部flash用於存儲固件。
ARM-Linux：由於其沒有片內的flash， 並且需要運行作業系統，整個系統映像通常較大，故ARM-Linux開發的作業系統映像和應用通常存儲在外部的MMC、SD卡上，或者採用SATA設備等。
（5）啟動方式不同
單片機： 其結構簡單，內部集成flash， 通常是晶片廠商在程序上電時加入固定的跳轉指令，直接跳轉到程序入口（通常在flash上）；開發的應用程式通過編譯器編譯，採用專用下載工具直接下載到相應的地址空間；所以系統上電後直接運行到相應的程序入口，實現系統的啟動。
ARM-Linux：由於採用ARM晶片，執行效率高，功能強大，外設相對豐富，是功能強大的計算機系統，並且需要運行作業系統，所以其啟動方式和單片機有較大的差別，但是和家用計算機的啟動方式基本相同。其啟動一般包括BIOS，bootloader，內核啟動，應用啟動等階段；
（a）啟動BIOS： BIOS是設備廠家（晶片或者是電路板廠家）設置的相應啟動信息，在設備上電後，其將讀取相應硬體設備信息，進行硬體設備的初始化工作，然後跳轉到bootloader所在位置（該位置是一個固定的位置，由BIOS設置）。（根據個人理解，BIOS的啟動和單片機啟動類似，需要採用相應的硬體調試器進行固件的寫入，存儲在一定的flash 空間，設備上電啟動後讀取flash空間的指令，從而啟動BIOS程序。）
（b）啟動bootloader： 該部分已經屬於嵌入式Linux軟體開發的部分，可以通過代碼修改定製相應的bootloader程序，bootloader的下載通常是採用直接讀寫SD卡等方式。即編寫定製相應的bootloader，編譯生成bootloader映象文件後，利用工具（專用或通用）下載到SD卡的MBR區域（通常是存儲區的第一個扇區）。此時需要在BIOS中設置，或者通過電路板的硬體電路設置，選擇bootloader的加載位置；若BIOS中設置從SD卡啟動，則BIOS初始化結束後，將跳轉到SD卡的位置去執行bootloader，從而實現bootloader的啟動。
Bootloader主要作用是初始化必要的硬體設備，創建內核需要的一些信息並將這些信息通過相關機制傳遞給內核，從而將系統的軟硬體環境帶到一個合適的狀態，最終調用作業系統內核，真正起到引導和加載內核的作用。
（c）啟動內核 ：bootloader啟動完成初始化等相關工作之後，將調用內核啟動程序。這就進入了實際的作業系統相關內容的啟動了，包括相應的硬體配置，任務管理，資源管理等內核程序的啟動。
（d）啟動應用：在作業系統內核啟動之後，就可以開始啟動需要的應用，去完成真正的業務操作了。
2. Arm-Linux 基本開發環境
前面介紹了ARM-Linux應用開發和單片機開發的不同之處，相信你已經對ARM-Linux應用開發有了一個基本的認識了，下面將介紹一下ARM-Linux的基本開發環境。其主要包括硬體環境和軟體環境兩個部分，這裡以iMX53和Ubuntu為例進行說明。
（1）硬體環境
開發板： ARM運行的硬體環境，或者是相應項目的ARM電路板；
計算機：作為開發主機使用，安裝Linux（如Ubuntu）），或者採用虛擬機安裝Ubuntu；
串口線：用於開發過程中採用終端進行串口調試或下載程序；
網線：用於連接arm-board和開發主機，實現tftp下載內核（程序等），通過網絡nfs運行程序等。
SD卡（及讀卡器）或者其他存儲設備： 用於存儲bootloader、內核映像等，以及最終的軟體系統的存儲；開發過程中，通常用於保存bootloader，引導系統啟動。
（2）軟體環境
Ubuntu：作為作業系統，是整個軟體開發環境的載體，相應的開發工具都布置在此系統中。
LTIB：這是freescale的提供的一個編譯工具鏈，能夠很方便的將原始碼文件編譯為適合的程序代碼，並對程序進行調試；用戶也可以通過下載源碼構建自己的編譯工具鏈。
tftp：用於從開發主機Ubuntu上向arm-board 下載內核文件、應用文件等。
nfs網絡文件系統：用於在開發主機上建立網絡nfs文件根系統，arm-board通過nfs網絡文件系統讀取開發主機上的虛擬根文件系統，完成系統的啟動；方便系統的開發與調試。
minicom：串口調試工具，用於在開發主機上與arm-board通信，實現對arm-board上應用程式的操作與調試；
Eclipse：集成開發環境，主要方便代碼的編輯、編譯等，也可採用DS5，RealView等；或者採用gedit進行編輯，通過LTIB進行編譯和管理。
責任編輯：Ct
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