嵌入式的基礎知識

1.嵌入式作業系統結構

一般情況下分為硬體子系統和軟體子系統；

硬體子系統主要包括：CPU小系統，電源模組，調試模組，時鐘模組，介面模組，複位和配置模組；

軟體子系統主要包括：驅動層，中介層，應用程式層

 

2.即時作業系統

即時的本質是任務的處理是可預測的，也就說在確定的時間內完成任務的處理；即時作業系統是指在規定的時間內完成任務的處理。

即時作業系統分為兩類：硬即時和軟即時：通常是從精度上講，軟即時一般大於千分之一秒；硬即時一般都是微秒級的。

 

3.嵌入式處理器分類

主要分為MCU（C51，AVR），MPU（ARM，MIPS，PPC，X86），SOC，DSP。

 

4.嵌入式作業系統

按照即時性來分，強即時的有Vxworks，uc/OS, OSE；弱即時的有WinCE，Linux。

 

5.make

主要作用是讀入所有的makefile檔案，初始設定變數，推匯出變數的隱晦規則，並分析規則，為所有的檔案產生依賴關係鏈，根據依賴關係和檔案修改情況，決定什麼檔案重建，然後執行產生命令。

 

6.makefle的作用

在通常的IDEIntegration Environment中，不需要makefile，只需要建立好工程就可以了，因此IDE環境簡單一些；開發中使用makefile的很大程度上是指定編譯連結規則， 實現自動化編譯，由於makefile在開發中需要自己指定，所以相對於IDE要靈活。

 

7.GCC開發工具

由於Linux下是沒有圖形介面的，因此提供了相應的開發工具；

• GCC：編譯工具，主要參數如下：
• -v：查看編譯器的版本；
• -c：只編譯不連結；
• -o：連結，適合c檔案；
• -g：編譯時間產生調試資訊；
• -gdwarf-2：附帶宏調試資訊；
• -fomit-frame-pointer:
• -o1/2/3:編譯最佳化選項；
• -l:指定標頭檔目錄； 
• ld：與makefile結合使用連結目標檔案；
• objdump：反組譯碼；
• strip：剝離符號資訊，減少目標或lib的大小；
• gdb：命令列方式調試，-g參數編譯elf可執行檔
• ddd：圖形介面

 

8.交叉編譯

什麼是交叉編譯？在一個平台上編譯出來可在另一個平台上啟動並執行可執行代碼，這個過程叫做交叉編譯，這個過程要關注一下平台使用的硬體架構和作業系統。

為什麼要使用交叉編譯？主要原因有兩點：1.當我們的目標機尚未建立起來，必須藉助交叉編譯產生需要的bootloader和核心；2.目標機上有限的資源，主要表現在CPU的低效能和非常小的記憶體空間，對於編譯來說，不可能在目標機上構建編譯環境（只工具鏈就會佔用很大的空間），因此，就在我們的PC上建立交叉編譯的環境，以產生在目標機上可執行檔。

我們經常在windows下面利用VC++編譯和調試C代碼，最終產生可以在windows下可執行檔程式；同樣的道理，我們也可以在PC上（不論是windows還是linux）編譯可在目標機上啟動並執行可執行程式，唯一不同的是我們需要安裝相對應的交叉編譯工具鏈（cross complication tool chain）。舉例如下：

• 在Windows PC上，利用ADS（ARM 開發環境），使用armcc編譯器，則可編譯出針對ARM CPU的可執行代碼。

• 在Linux PC上，利用arm-linux-gcc編譯器，可編譯出針對Linux ARM平台的可執行代碼。

• 在Windows PC上，利用cygwin環境，運行arm-elf-gcc編譯器，可編譯出針對ARM CPU的可執行代碼。

交叉開發環境可以自己建立，也可以採用廠家封裝好的整合式開發環境，比較典型的整合交叉開發環境如下：

• ARM ADS or SDT
• MS E-VC or Windows Mobile
• WindRiver Tornado，用於Vxworks
• TI的CSS，用於DSP；
• Freescale的Codewarrior，用於PPC；
• GCC用於Linux的開發；

這裡注意，建立交叉編譯器的時候要注意版本匹配問題，特別是Linux，要注意軟體包、Kernel、編譯器三者版本要match；設定交叉環境時，要把Tools和代碼路徑、makefile相關項目都設定正確。

 

如何建立交叉開發環境呢？

1.開啟目標板上的NFS，要求核心支援NFS，開啟相應選項；

2.建立Gdb和Gdb Server；

基於GDB進行APP的調試，調試命令主要有： 

• File:載入elf檔案；
• Run：啟動運行；
• List：顯示當前的程式和函數；
• Break：設定斷點；
• Delete b：刪除斷點；
• Next，step：單步運行；
• Continue：斷點停止後繼續執行；
• Bt，backtrace，顯示調用棧；
• Print，查看變數；
• Display：動態監視變數；

 

 

9.模組編程

什麼是模組？模組可以動態改變核心的功能，這樣做可以提高靈活性，主要用於前期調試代碼時添加的調試模組；

工具主要有：1. insmod

2.lsmod

3.rmmod

模組的組成主要包括：核心標頭檔，模組載入和卸載的方法，裝置的節點，File操作資料結構，open/close/write/read的方法，makefie

 

10.Bootloader

含義，boot是與硬體強相關的，主要是初始化硬體，為kernel的運行創造條件；loader是把kernel拷貝到記憶體中，並且跳轉到相應地址開始運行；bootloader由於和硬體是強相關的，因此不同的CPU架構對應著不同類型的bootloader，主要有以下幾種不同的bootloader，如下所示：

Bootloader                          CPU                           OS

Grub                                    X86                           linux，windows

Lilo                                      X86                           Linux

U-boot                                ARM，PPC，MIPS       Linux，Vxworks，PSOS

Redboot                              ARM                           eCos

Vivi                                     三星ARM                      Linux

Bootrom                             PPC                            Vxworks

Blob                                   Intel PXA系列               Linux

 

與主機通訊協定：1.串口：kermit，xmodem，ymodem，速率較慢，適用於網口未初始化，相關工具主要有SecureCRT，putty；

2.網口：TFTP，NFS，速度很快；

 

不管是什麼樣的架構，bootloader遵循“stage1+stage2”原則：

• 與體系架構強相關，與體系架構無關；
• Flash+RAM；
• 彙編+C；

Stage1：通常使用彙編，初始化CPU的核心寄存器，RAM檢查和初始化，拷貝代碼到RAM中，設定堆棧，跳轉到C入口處執行；

Stage2：通常是C語言，初始化CPU非核心寄存器，初始化相關外設，等待使用者輸入，如果使用者在設定時間內無輸入就拷貝核心和檔案系統到記憶體中，然後跳轉到核心入口；