【E問(wèn)E答】嵌入式項目中使用Linux有哪些技巧？

　　微控制器制造商的開(kāi)發(fā)板，以及他們與開(kāi)發(fā)板一起提供的軟件項目例程，在工程師著(zhù)手一個(gè)新設計時(shí)可以提供很大幫助。但在設計項目完成其早期階段后，進(jìn)一步設計時(shí)，制造商提供的軟件也可能會(huì )導致一些問(wèn)題。

　　使用實(shí)時(shí)操作系統作為應用程序代碼平臺的設計還面臨著(zhù)許多挑戰，比如如何將功能分配給不同的并行任務(wù)、如何設計高可靠的進(jìn)程間通信、以及如何在硬件上測試整個(gè)軟件包等問(wèn)題。

　　越來(lái)越多的OEM廠(chǎng)商發(fā)現，避免上述兩個(gè)問(wèn)題的最好方式，是使用基于開(kāi)源、經(jīng)過(guò)驗證、可擴展、可運行在不同硬件平臺的操作系統Linux開(kāi)始新的設計。就已經(jīng)被移植到各種計算機硬件平臺的操作系統的數量來(lái)說(shuō)，Linux首屈一指。Linux的衍生版本已運行在非常廣泛的嵌入式系統中，包括：網(wǎng)絡(luò )路由器、移動(dòng)電話(huà)、建筑自動(dòng)化控制、電視機和視頻游戲控制臺。

　　雖然Linux被成功使用，但并不意味著(zhù)它很容易使用。Linux包含的代碼超過(guò)一百萬(wàn)行，其運作帶有鮮明的Linux方法論味道，初學(xué)者可能難以迅速掌握。

　　因此，本文的主旨是為使用Linux的嵌入式操作系統版本——μClinux，開(kāi)始一個(gè)新的設計項目，該指南共分為五個(gè)步驟。為了說(shuō)明該指南，本文介紹了在意法半導體的STM32F429微控制器(ARMCortex-M4內核，最高180MHz)上的一個(gè)μClinux項目實(shí)現，使用了Emcraft 的STM32F429DiscoveryLinux板支持包(BSP)。

　　步驟1：Linux工具和項目布局

　　每個(gè)嵌入式軟件設計都從選擇合適的工具開(kāi)始。

　　工具鏈是一組連接(或鏈接)在一起的軟件開(kāi)發(fā)工具，它包含諸如GNU編譯器集合(GCC)、binutils(一組包括連接器、匯編器和其它用于目標文件和檔案工具的開(kāi)發(fā)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。

　　用于嵌入式開(kāi)發(fā)的工具鏈是一個(gè)交叉工具鏈，更常見(jiàn)的叫法是交叉編譯器。

　　GNUBinutils是嵌入式Linux工具鏈的第一個(gè)組件。GNUBinutils包含兩款重要工具：

　　●“as”，匯編器，將匯編代碼(GCC所生成)轉換成二進(jìn)制代碼

　　●“l(fā)d”，連接器，將離散目標代碼段連接到庫或形成可執行文件

　　編譯器是工具鏈的第二個(gè)重要組成部分。在嵌入式Linux，它被稱(chēng)為GCC，支持許多種微控制器和處理器架構。

　　接下來(lái)是C函數庫。它實(shí)現Linux的傳統POSIX應用編程接口(API)，該API可被用來(lái)開(kāi)發(fā)用戶(hù)空間應用。它通過(guò)系統調用與內核對接，并提供高階服務(wù)。

　　工程師有幾種C函數庫選擇：

　　●glibc是開(kāi)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(yōu)化的衍生版。其代碼是精簡(jiǎn)的，支持交叉編譯和交叉測試，其源代碼和二進(jìn)制代碼與GLIBC的兼容。

　　●uClibc是另一款C函數庫，可在閃存空間有限、和/或內存占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，因為在目標機上調試應用程序運行時(shí)，需要一個(gè)交叉調試器。在嵌入式Linux領(lǐng)域，GDB是常用調試器。

　　上述工具是如此地不可或缺，但當它們各自為戰時(shí)，會(huì )花太長(cháng)時(shí)間來(lái)編譯Linux源代碼并將其整合成最終映像(image)。幸運的是，Buildroot(自動(dòng)生成交叉編譯工具的工具)會(huì )自動(dòng)完成構建一個(gè)完整嵌入式系統的過(guò)程，并通過(guò)產(chǎn)生下述任一或所有任務(wù)，簡(jiǎn)化了交叉編譯：

　　●交叉編譯工具鏈

　　●根文件系統

　　●內核映像

　　●引導映像

　　對嵌入式系統設計師來(lái)說(shuō)，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的信息頁(yè)面介紹，“它將許多常用UNIX工具的微型版本整合成一個(gè)小的可執行文件。它提供了對大多數你通常會(huì )在GNUfileutils和 shellutils等工具中看到的工具的替代。BusyBox里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為則與對應的GNU所提供的幾無(wú)差別。對任何小或嵌入式系統來(lái)說(shuō)，BusyBox提供的環(huán)境都是相當完整的?！?/p>

　　最后一個(gè)重要工具是一款BSP，是為搭載了項目目標MCU或處理器的主板專(zhuān)門(mén)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。它還為內核和器件驅動(dòng)器提供源代碼(見(jiàn)圖1)。

　　圖1：用于STM32F429Discovery板的EmcraftBSP的主要部件