基于ARM+uClinux的嵌入式系統(tǒng)的開發(fā)
加入技術(shù)交流群
以上也是為什么我認(rèn)為開發(fā)嵌入式linux程序主機(jī)應(yīng)該選用linux環(huán)境。對(duì)于以前沒用過(guò)linux的人來(lái)說(shuō)（比如我），開發(fā)程序前應(yīng)該花3，4天時(shí)間熟悉linux環(huán)境，尤其是它的編輯器，用慣集成編譯環(huán)境的人有時(shí)連編譯器和編輯器的概念都模糊了，所以一般是直接進(jìn)入集成編譯環(huán)境，連寫帶編一氣呵成，殊不知有些集成編譯器提供的編輯器弱智的一塌胡涂，如果用熟了linux下的emacs，你就會(huì)發(fā)現(xiàn)他們之間的差距大概……要像我和蓋茨那么大吧。所以編程序時(shí)應(yīng)該選一款優(yōu)秀的編輯器，linux下，我當(dāng)然選emacs，雖然剛看見它的感覺是外表丑陋，使用復(fù)雜。但只要多用多練，對(duì)提高效率很有幫助。（將你的程序用兩個(gè)編輯器完成，一半是用emacs的，一半是不用emacs的，看看效果：－）
對(duì)具體的linux編程我就不板門弄斧了，需要提個(gè)醒的是咱硬件出身的人作軟件應(yīng)該養(yǎng)成良好的編程習(xí)慣，別讓作軟件的笑話咱。因?yàn)樽髁诵┚W(wǎng)絡(luò)應(yīng)用，所以介紹一些網(wǎng)絡(luò)編程時(shí)要用到的網(wǎng)站和書籍;
<
http://www.fanqiang.com/a4/b7/適合于網(wǎng)絡(luò)編程的入門。
還有IBM中國(guó)上關(guān)于linux的教程和文章，都是翻譯過(guò)來(lái)的，有很多寫非常不錯(cuò)。
其實(shí)類似的資源不計(jì)其數(shù)，遇到問(wèn)題時(shí)應(yīng)該先到google上狂搜一圈。
重點(diǎn)想說(shuō)些關(guān)于編譯器的東西，不了解它，在交叉編譯環(huán)境下編譯程序就寸步難行了，這無(wú)非是因?yàn)榻徊婢幾g環(huán)境下目標(biāo)板編譯器所處的寄人籬下的悲慘環(huán)境。想想在linux下將myprogram.c編譯鏈接成應(yīng)用程序myprogram，最簡(jiǎn)單的一句gcc –o myprogram myprogram.c 就可以了。（其實(shí)在諸如VC下你也可以找到類似的命令，集成開發(fā)環(huán)境只不過(guò)替你來(lái)調(diào)用它了）。一切看起來(lái)天經(jīng)地義。
但試著把/usr/include路徑改一個(gè)名字（比如改成stupid_include），再這樣編譯一下，會(huì)發(fā)現(xiàn)程序中被< >引用的頭文件（比如#include
gcc –I/usr/stupid_include –o myprogram myprogram.c
會(huì)發(fā)現(xiàn)錯(cuò)誤信息沒了，一切又恢復(fù)了往日的寧?kù)o，頓時(shí)明白，不用環(huán)境變量，通過(guò)參數(shù)，同樣可以將這些信息告訴編譯器。 返回來(lái)說(shuō)說(shuō)你的目標(biāo)編譯器，雖然占用了人家的地盤，編譯器，頭文件，庫(kù)文件，一個(gè)都不少，但你要編一個(gè)程序編譯器照樣發(fā)暈，因?yàn)闆]有環(huán)境變量告訴它自己需要的頭文件和庫(kù)文件在哪里?？磥?lái)只有兩種辦法，一個(gè)是搶占了主機(jī)的環(huán)境變量改成自己的（整個(gè)兒一個(gè)土匪）,或者在編譯時(shí)加上必要參數(shù)（還是這樣紳士一些），告訴編譯器需要的文件的位置。（除此之外，還有其他一些參數(shù)也是如此）。
從源程序到可執(zhí)行文件根據(jù)情況不同可能分好幾步，一般每一步可能都會(huì)有一個(gè)應(yīng)用程序?qū)崿F(xiàn)，像gnu提供的arm開發(fā)工具鏈其實(shí)就是這么一組程序。提供從編譯到鏈接到格式轉(zhuǎn)化的全套服務(wù)。你可以用arm－elf－gcc命令一步到底直接產(chǎn)生可執(zhí)行文件（其實(shí)也是在自己的任務(wù)完成后調(diào)用下一個(gè)程序），也可以每一步加上自己的參數(shù)，只作自己的事。
編譯器的主要參數(shù)的使用下次將程序的移植時(shí)再講。這里想說(shuō)一下編譯器產(chǎn)生應(yīng)用程序的幾個(gè)主要步鄹，講這個(gè)問(wèn)題的原因還是很多人無(wú)法區(qū)分諸如編譯和鏈接，不用問(wèn)，這一切還是IDE集成開發(fā)環(huán)境惹的禍。有人會(huì)說(shuō)，IDE招你惹你了，你老貶它。其實(shí)不然，首先以上說(shuō)的東西一般在IDE的project菜單下的option或build option中找到，只是一般不用管罷了。另一個(gè)方面，IDE就像是傻瓜照相機(jī)，很多工作他都幫你完成了，使用簡(jiǎn)單。但如果要做攝影師的話，你就少不了要對(duì)每一個(gè)細(xì)節(jié)都了解。其實(shí)編譯程序也是一樣。（你可以對(duì)優(yōu)化，警告級(jí)，宏定義等諸多選項(xiàng)進(jìn)行自己的選擇）。以下是幾個(gè)主要步鄹：（以下有些我也不確認(rèn)，如發(fā)現(xiàn)問(wèn)題，請(qǐng)及時(shí)糾正。
(1) 預(yù)編譯。 主要工作就是處理所有＃開頭的，包括頭文件。以前搞不清頭文件和可執(zhí)行文件有沒有什么聯(lián)系（因?yàn)榭偪匆妰蓚€(gè)文件名字取一樣的），現(xiàn)在知道，他們之間沒有任何聯(lián)系。在預(yù)編譯結(jié)束后，頭文件的使命就結(jié)束了。在下一次介紹不同平臺(tái)程序移植時(shí)可以看到，預(yù)編譯有時(shí)非常有用。
(2) 編譯。編譯應(yīng)該是最主要的一步，就是將源文件生成CPU能識(shí)別的語(yǔ)言，一般是 后綴為.o的目標(biāo)文件，應(yīng)該說(shuō)，此時(shí)的文件就已經(jīng)可以執(zhí)行了。當(dāng)然這個(gè)時(shí)候外部函數(shù)等外部符號(hào)都沒有引入，對(duì)于被編譯程序來(lái)說(shuō)，這些外部符號(hào)還只是留一個(gè)倩影，壓根兒不知它在不在。你可以在你的程序里調(diào)用一個(gè)不存在的函數(shù)，甚至都不用聲明，在編譯階段，很多編譯器只是給個(gè)警告。只有在鏈接時(shí)才會(huì)報(bào)錯(cuò)。（呵呵，夠弱智?。?br /> (3) 鏈接：鏈接才是清帳的時(shí)候，以前在程序里用到的外部符號(hào)都要把真正的東西交出來(lái)。你可以指定需要連接在一起的目標(biāo)文件，也可以告訴編譯器庫(kù)文件的名字和路徑（指定方法下次講）。編譯器會(huì)去找，需要注意的是，庫(kù)的指定需要注意順序。首先，如果不同的庫(kù)里有同名函數(shù)，并且該函數(shù)被調(diào)用，那么在前面的就被鏈接進(jìn)去了，這一點(diǎn)對(duì)于頭文件路徑的指定也適用，如果你自己的頭文件和系統(tǒng)頭文件相同，并且你的頭文件路徑在系統(tǒng)頭文件路徑前面，你的頭文件就會(huì)代替頭文件。庫(kù)文件是由相應(yīng)的程序（linux下是ar命令）將需要被添加到庫(kù)里的目標(biāo)文件（該文件是編譯階段生成的）組織起來(lái)生成檔案文件，同時(shí)可以建立一個(gè)檢索，檢索內(nèi)容為所包含的目標(biāo)文件中定義的符號(hào)。也就是說(shuō)，庫(kù)文件并不是必須的，但它為經(jīng)常使用的目標(biāo)文件中的函數(shù)提供了快速的檢索機(jī)制。
以上就是主要的步鄹，當(dāng)然除此之外，還有一些用于格式轉(zhuǎn)換的工具等。不一一介紹。知道編譯器的細(xì)節(jié)對(duì)于程序的開發(fā)和移植都是很有好處的。
程序開發(fā)過(guò)程中調(diào)試也是至關(guān)重要，因?yàn)榭梢韵仍谥鳈C(jī)上調(diào)試，所以可以使用linux下的gdb，（有點(diǎn)像dos 下的debug）。但是只是用到了皮毛，還有一個(gè)專用于宿主機(jī)模式的調(diào)試工具gdbserver，一直沒時(shí)間研究，希望用過(guò)的大俠多發(fā)些文章鋪路。
另外還會(huì)遇到如何作ramdisk，如何讓系統(tǒng)啟動(dòng)自己的程序，這些都太linux了，沒接觸過(guò)linux的人會(huì)暈，為了大家的健康，就不講了，遇到問(wèn)題可以給我email，大家一起討論。
4.不同平臺(tái)間程序的移植--簡(jiǎn)單程序的移植
研究程序移植的那兩周是最痛苦的兩周，沒有太多可以借鑒的東西，只能摸黑向前走，于是更加堅(jiān)定決心要整理些東西給后來(lái)的弟兄。不過(guò)話說(shuō)回來(lái)，各位弟兄別被我前面說(shuō)的嚇倒，只要搞清你要作什么，程序移植其實(shí)是比較簡(jiǎn)單的事情。
首先列出一些問(wèn)題：
(1) X86上運(yùn)行的程序能不能在51單片機(jī)上運(yùn)行，為什么，有沒有可能，如果可以，應(yīng)該做哪些工作才可以實(shí)現(xiàn)。
(2) 相同CPU平臺(tái)，DOS的程序?yàn)槭裁纯梢栽趙indows下運(yùn)行，能不能在linux下運(yùn)行，為什么，作什么工作可能實(shí)現(xiàn)。
為什么可以移植程序，為什么要移植程序?
程序可以移植首先要感謝開發(fā)出高級(jí)語(yǔ)言的大牛們，記住，無(wú)論多么漂亮的代碼經(jīng)過(guò)編譯以后都要變成CPU可以識(shí)別的機(jī)器語(yǔ)言，而幾乎一千種CPU說(shuō)著一千種語(yǔ)言。為保證大家有共同語(yǔ)言，規(guī)定一種高級(jí)語(yǔ)言――高級(jí)語(yǔ)言。每一個(gè)CPU派出自己的翻譯――編譯器。這個(gè)翻譯精通兩國(guó)語(yǔ)言，高級(jí)語(yǔ)言和自己的語(yǔ)言。（由此已經(jīng)可以看出編譯工具在程序移植中的重要性）。只要程序沒有硬件上的約束，可以說(shuō)這種溝通是無(wú)極限的，甚至于不同操作系統(tǒng)平臺(tái)。（操作系統(tǒng)也是程序，也可以移植嘍）舉例：在x86的windows下用VC（或TC，BC）編一個(gè)c程序?qū)崿F(xiàn)i=i+1，絲毫不改就可以用51的C編譯器重新編譯并在51單片機(jī)上運(yùn)行。一次小型的移植就結(jié)束了。
可以移植已有的程序還要感謝開放源代碼的弟兄，沒有這些C文件和H文件讓你重新編譯一下，怎么在你的CPU上跑？其實(shí)不止這些，后面還會(huì)看見開源組織的牛人專為程序可移植性所作的專門的工作。
那么為什么要移植程序？
問(wèn)這問(wèn)題就像問(wèn)地上有個(gè)錢包為什么要撿一樣，答案不言而喻?，F(xiàn)成的東西為什么不要。當(dāng)然，移植程序可沒有撿錢包那么簡(jiǎn)單，尤其是第一次，后面會(huì)說(shuō)一些移植之前應(yīng)該考慮的問(wèn)題。（就像現(xiàn)在地上有個(gè)錢包也千萬(wàn)別上去就揣自己兜里，說(shuō)不定就是套）。另一方面，你給我你寫好的程序讓我拿去用，我還要考慮一下，或許里頭問(wèn)題多的還不如自己寫一個(gè)。我這里所說(shuō)的可移植的程序應(yīng)該是維護(hù)比較好，比較成熟的源代碼（像我后面的所說(shuō)的UCD－SNMP），目前的開放源代碼運(yùn)動(dòng)決不僅僅是把自己的程序公開就行了，而是有了一套成熟完整的版本控制，BUG報(bào)告和PATCH提交流程。這樣的代碼才有更大的使用價(jià)值。
什么時(shí)候可以考慮移植程序？
在基于嵌入式操作系統(tǒng)進(jìn)行開發(fā)時(shí)，具有一定規(guī)模的程序都可以到網(wǎng)上查一查都沒有成熟的源代碼可用。前面已經(jīng)說(shuō)到，程序的移植最終只針對(duì)CPU，其實(shí)和操作系統(tǒng)沒什么關(guān)系，但另一方面，因?yàn)榇a中可能會(huì)使用一些庫(kù)函數(shù)，這些庫(kù)會(huì)包括C語(yǔ)言標(biāo)準(zhǔn)庫(kù)和操作系統(tǒng)提供的API（應(yīng)用程序接口）庫(kù)。假設(shè)源代碼中只包括C標(biāo)準(zhǔn)庫(kù)，那么該程序就可以跨操作系統(tǒng)去移植。例如hello world程序中使用了printf，因?yàn)樵摵瘮?shù)是C標(biāo)準(zhǔn)函數(shù)，所以在X86上使用TC（BC或VC）可以直接編譯運(yùn)行，在ARM＋uClinux平臺(tái)下也一樣，但如果程序中調(diào)用了vfork函數(shù)，那么只有l(wèi)inux一脈相承的操作系統(tǒng)支持這種特殊服務(wù)了，在window或dos操作系統(tǒng)下無(wú)法直接編譯該程序了。只能找該操作系統(tǒng)支持的類似的功能來(lái)實(shí)現(xiàn)。再進(jìn)一步，硬件上的生理缺陷也會(huì)為移植帶來(lái)麻煩，S3C4510B不支持MMU，在其上運(yùn)行的 uClinux也不提供和MMU有關(guān)的服務(wù)（其實(shí)uClinux本身可以支持MMU），于是在移植前相關(guān)的函數(shù)（比如FORK）都要被替代掉（使用 VFORK）。好在uClinux和linux提供的應(yīng)用接口大部分還是相同的。所以這樣的工作還可以承受。
由上可知，如果是在各種嵌入式linux（除了uClinux以外，還有好幾種）平臺(tái)上開發(fā)，那么針對(duì)該平臺(tái)以及l(fā)inux平臺(tái)上的源代碼都可以使用，但是要牢記他們之間的差異。在我的系統(tǒng)中需要實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控，所以想使用snmp協(xié)議，該協(xié)議和http，ftp一樣屬于應(yīng)用層的成熟協(xié)議，專用于網(wǎng)絡(luò)管理。目前已經(jīng)有一些針對(duì)該協(xié)議成熟的代碼，最有名的是ucd－snmp，不光軟件本身功能強(qiáng)大，可移植性也比較好，在linux，unix等平臺(tái)上都可以移植，于是決定將它移植到ARM＋uClinux平臺(tái)上（別看現(xiàn)在說(shuō)的這么輕松，當(dāng)時(shí)接這活時(shí)都有點(diǎn)哆嗦）。
簡(jiǎn)單總結(jié)一下，移植應(yīng)用程序的前提是有源代碼，移植的關(guān)鍵工具是編譯器，源代碼中和硬件平臺(tái)相關(guān)的東西越少越好（這里主要指使用了匯編，或做了針對(duì)自己平臺(tái)的事，比如將指針指向特定地址然后操作），另一方面，如果該程序是基于某個(gè)操作系統(tǒng)（利用了操作系統(tǒng)提供的特殊服務(wù)，即API），要看自己的操作系統(tǒng)是否提供了相關(guān)服務(wù)。
下面簡(jiǎn)單列出一些我認(rèn)為移植時(shí)需要考慮的問(wèn)題：
(1) 自己的操作系統(tǒng)的特點(diǎn)以及在當(dāng)前版本下支持的特性。
例如：uClinux不支持MMU，同樣就無(wú)法支持相應(yīng)的特性。
(2) 硬件資源。
因?yàn)榍度胧较到y(tǒng)資源比較緊張，硬件資源考慮必須要周全：
(1) 軟件存儲(chǔ)空間的大小
這一般要等用目標(biāo)編譯器重新編譯完以后可能才會(huì)知道，所以只能大概估算，但千萬(wàn)不要看這個(gè)程序在linux下只有幾十k，就認(rèn)為程序很小，這是因?yàn)閘inux下程序多時(shí)使用動(dòng)態(tài)庫(kù)，而在嵌入式系統(tǒng)中，很有可能是把用到的庫(kù)都鏈接在一起，所以程序的尺寸會(huì)大大增加。
(2) 程序運(yùn)行空間。.
(3) 硬件以及相應(yīng)的驅(qū)動(dòng)是否完備
以上工作應(yīng)該盡量做，但有時(shí)事先無(wú)法把握，只能聽天由命了（有沒有搞錯(cuò)?。。?br />
可能有人已經(jīng)要暈菜了，振奮一下大家，如果找到了好的源代碼（可移植性好），那么剩下的如要工作就是玩轉(zhuǎn)你的編譯器，只要你能順利的把源代碼用你的編譯器重新編譯一下。90％的工作就完成了（不是嗎）
上回已經(jīng)介紹了一些編譯器方面的東西，下面針對(duì)我的ARM編譯器的具體參數(shù)來(lái)講解一些編譯器主要參數(shù)的設(shè)置。
加入我已經(jīng)有了hello.c,在x86的linux平臺(tái)下編譯鏈接一下。
gcc –c hello.c 產(chǎn)生.o
gcc –o hello hello.o 產(chǎn)生可執(zhí)行文件
上回說(shuō)過(guò)，主機(jī)編譯器參數(shù)都有環(huán)境變量保存，所以看起來(lái)很簡(jiǎn)單。這里我故意分兩個(gè)步鄹。
下面看一下用我的編譯器編這個(gè)程序（心臟不好的先吃藥）。
arm-elf-gcc -Iroot/uClibc/include -msoft-float -mcpu=arm7tdmi -fomit-frame-pointer -fsigned-char -mcpu=arm7tdmi -Os –Wall -DEMBED -D_uclinux_ -c hello.c
這只是編譯，將參數(shù)逐一講解。
Arm-elf-gcc 是gnu的arm編譯工具
1）Include地址：參數(shù)：-I 值:root/uClibc/include（這是在主機(jī)上我的uClinux的頭文件路徑） 用法：-I root/uClibc/include
-I參數(shù)保證后面的頭文件路徑在搜索系統(tǒng)頭文件路徑前被搜索從而有可能替代系統(tǒng)的頭文件，如果有多個(gè)這樣的參數(shù)，則搜索的順序是從左到右，然后是系統(tǒng)的頭文件。
2）-m 是針對(duì)CPU的選項(xiàng)。
-mcpu=arm7tdmi 說(shuō)明CPU類型
-msoft-float 產(chǎn)生包含浮點(diǎn)庫(kù)的輸出
-fsigned-char 讓char類型有符號(hào)
-fomit-frame-pointer 對(duì)所有不需要幀指針的函數(shù)都不將其保存在寄存器中。
3） -Os –Wall
－Wall：所有警告都顯示
Os：優(yōu)化尺寸，該選項(xiàng)使能所有所有不增加尺寸的O2優(yōu)化，并且進(jìn)一步根據(jù)尺寸優(yōu)化
4） = -DEMBED -D_uclinux_
-D: 將-Dmacro 后的macro定義為字符串1。
以下是鏈接：
arm-elf-ld -L/root/uClibc/lib -L/usr/local/gnu/arm-elf/lib -L/usr/local/gnu/lib/gcc-lib/arm-elf/3.0.1 -elf2flt –o hello /root/uClibc/lib/crt0.o /usr/local/gnu/lib/gcc-lib/arm-elf/3.0.1/crtbegin.o hello.o
/usr/local/gnu/lib/gcc-lib/arm-elf/3.0.1/crtend.o -lc -lgcc –lc
其中
1） 鏈接工具： arm-elf-ld
2） -L指明需要鏈接的庫(kù)的路徑，用法和-I一樣，自己的庫(kù)的路徑也可以在這里加入。 -L/root/uClibc/lib -L/usr/local/gnu/arm-elf/lib
-L/usr/local/gnu/lib/gcc-lib/arm-elf/3.0.1
3) –o 后面緊跟生成的最終的文件名
4）/root/uClibc/lib/crt0.o /usr/local/gnu/lib/gcc-lib/arm-elf/3.0.1/crtbegin.o OBJECTS.o
/usr/local/gnu/lib/gcc-lib/arm-elf/3.0.1/crtend.o
這是需要鏈接在一起的.o文件
5） -lc -lgcc –lc -l 后面緊跟的是需要鏈接的庫(kù)的名字，一般庫(kù)的名字是libxxx.a,使用時(shí)為-lxxx即可，不加lib和.a。還要注意位置，自己的庫(kù)文件應(yīng)該加在他的庫(kù)前面。
編譯通過(guò)后，移植就算完成了，對(duì)于比較小的源代碼都可以這樣，即先分析他的編譯選項(xiàng)（用到了那些頭文件，庫(kù)文件等），然后用自己的編譯器對(duì)照相應(yīng)參數(shù)重新編譯一下就行了。
當(dāng)然這只是簡(jiǎn)單程序的移植，復(fù)雜案例在下一次講吧。
評(píng)論