ARM-Linux開(kāi)發(fā)和 MCU開(kāi)發(fā)的不同點(diǎn) ARM-Linux的基本開(kāi)發(fā)環(huán)境

針對(duì)ARM-Linux程序的開(kāi)發(fā)，主要分為三類：應(yīng)用程序開(kāi)發(fā)、驅(qū)動(dòng)程序開(kāi)發(fā)、系統(tǒng)內(nèi)核開(kāi)發(fā)，針對(duì)不同種類的軟件開(kāi)發(fā)，有其不同的特點(diǎn)。

今天我們來(lái)看看 ARM-Linux 開(kāi)發(fā)和MCU開(kāi)發(fā)的不同點(diǎn)，以及 ARM-Linux 的基本開(kāi)發(fā)環(huán)境。

1. ARM-Linux 應(yīng)用開(kāi)發(fā)和單片機(jī)開(kāi)發(fā)的不同
這里先要做一個(gè)說(shuō)明，對(duì)于 ARM 的應(yīng)用開(kāi)發(fā)主要有兩種方式：一種是直接在 ARM 芯片上進(jìn)行應(yīng)用開(kāi)發(fā)，不采用操作系統(tǒng)，也稱為裸機(jī)編程，這種開(kāi)發(fā)方式主要應(yīng)用于一些低端的 ARM 芯片上，其開(kāi)發(fā)過(guò)程非常類似單片機(jī)，這里不多敘述。

還有一種是在 ARM 芯片上運(yùn)行操作系統(tǒng)，對(duì)于硬件的操作需要編寫(xiě)相應(yīng)的驅(qū)動(dòng)程序，應(yīng)用開(kāi)發(fā)則是基于操作系統(tǒng)的，這種方式的嵌入式應(yīng)用開(kāi)發(fā)與單片機(jī)開(kāi)發(fā)差異較大。ARM-Linux 應(yīng)用開(kāi)發(fā)和單片機(jī)的開(kāi)發(fā)主要有以下幾點(diǎn)不同：

（1）應(yīng)用開(kāi)發(fā)環(huán)境的硬件設(shè)備不同
單片機(jī)：開(kāi)發(fā)板，仿真器（調(diào)試器），USB 線；

ARM-Linux：開(kāi)發(fā)板，網(wǎng)線，串口線，SD 卡；

對(duì)于 ARM-Linux 開(kāi)發(fā)，通常是沒(méi)有硬件的調(diào)試器的，尤其是在應(yīng)用開(kāi)發(fā)的過(guò)程中，很少使用硬件的調(diào)試器，程序的調(diào)試主要是通過(guò)串口進(jìn)行調(diào)試的；但是需要說(shuō)明的是，對(duì)于 ARM 芯片也是有硬件仿真器的，但通常用于裸機(jī)開(kāi)發(fā)。

（2）程序下載方式不同

單片機(jī)：仿真器（調(diào)試器）下載，或者是串口下載；

ARM-Linux:串口下載、tftp 網(wǎng)絡(luò)下載、或者直接讀寫(xiě) SD、MMC 卡等存儲(chǔ)設(shè)備，實(shí)現(xiàn)程序下載；

這個(gè)與開(kāi)發(fā)環(huán)境的硬件設(shè)備是有直接關(guān)系的，由于沒(méi)有硬件仿真器，故 ARM-Linux 開(kāi)發(fā)時(shí)通常不采用仿真器下載；這樣看似不方便，其實(shí)給 ARM-Linux 的應(yīng)用開(kāi)發(fā)提供了更多的下載方式。

（3）芯片的硬件資源不同
單片機(jī)：通常是一個(gè)完整的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，包含片內(nèi) RAM，片內(nèi) FLASH，以及 UART、I2C、AD、DA 等各種外設(shè)；

ARM：通常只有 CPU，需要外部電路提供 RAM 以供 ARM 正常運(yùn)行，外部電路提供 FLASH、SD 卡等存儲(chǔ)系統(tǒng)映像，并通過(guò)外部電路實(shí)現(xiàn)各種外設(shè)功能。由于 ARM 芯片的處理能力很強(qiáng)，通過(guò)外部電路可以實(shí)現(xiàn)各種復(fù)雜的功能，其功能遠(yuǎn)遠(yuǎn)強(qiáng)于單片機(jī)。

（4）固件的存儲(chǔ)位置不同
單片機(jī)：通常具備片內(nèi) flash 存儲(chǔ)器，固件程序通常存儲(chǔ)在該區(qū)域，若固件較大則需要通過(guò)外部電路設(shè)計(jì)外部 flash 用于存儲(chǔ)固件。

ARM-Linux: 由于其沒(méi)有片內(nèi)的 flash, 并且需要運(yùn)行操作系統(tǒng)，整個(gè)系統(tǒng)映像通常較大，故 ARM-Linux 開(kāi)發(fā)的操作系統(tǒng)映像和應(yīng)用通常存儲(chǔ)在外部的 MMC、SD 卡上，或者采用 SATA 設(shè)備等。

（5）啟動(dòng)方式不同
單片機(jī)：其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，內(nèi)部集成 flash, 通常是芯片廠商在程序上電時(shí)加入固定的跳轉(zhuǎn)指令，直接跳轉(zhuǎn)到程序入口（通常在 flash 上）；開(kāi)發(fā)的應(yīng)用程序通過(guò)編譯器編譯，采用專用下載工具直接下載到相應(yīng)的地址空間；所以系統(tǒng)上電后直接運(yùn)行到相應(yīng)的程序入口，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的啟動(dòng)。

ARM-Linux：由于采用 ARM 芯片，執(zhí)行效率高，功能強(qiáng)大，外設(shè)相對(duì)豐富，是功能強(qiáng)大的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，并且需要運(yùn)行操作系統(tǒng)，所以其啟動(dòng)方式和單片機(jī)有較大的差別，但是和家用計(jì)算機(jī)的啟動(dòng)方式基本相同。其啟動(dòng)一般包括 BIOS，bootloader，內(nèi)核啟動(dòng)，應(yīng)用啟動(dòng)等階段；

(a)啟動(dòng) BIOS: BIOS 是設(shè)備廠家（芯片或者是電路板廠家）設(shè)置的相應(yīng)啟動(dòng)信息，在設(shè)備上電后，其將讀取相應(yīng)硬件設(shè)備信息，進(jìn)行硬件設(shè)備的初始化工作，然后跳轉(zhuǎn)到 bootloader 所在位置（該位置是一個(gè)固定的位置，由 BIOS 設(shè)置）。（根據(jù)個(gè)人理解，BIOS 的啟動(dòng)和單片機(jī)啟動(dòng)類似，需要采用相應(yīng)的硬件調(diào)試器進(jìn)行固件的寫(xiě)入，存儲(chǔ)在一定的 flash 空間，設(shè)備上電啟動(dòng)后讀取 flash 空間的指令，從而啟動(dòng) BIOS 程序。）

(b)啟動(dòng) bootloader: 該部分已經(jīng)屬于嵌入式 Linux 軟件開(kāi)發(fā)的部分，可以通過(guò)代碼修改定制相應(yīng)的 bootloader 程序，bootloader 的下載通常是采用直接讀寫(xiě) SD 卡等方式。即編寫(xiě)定制相應(yīng)的 bootloader,編譯生成 bootloader 映象文件后，利用工具（專用或通用）下載到 SD 卡的 MBR 區(qū)域（通常是存儲(chǔ)區(qū)的第一個(gè)扇區(qū)）。此時(shí)需要在 BIOS 中設(shè)置，或者通過(guò)電路板的硬件電路設(shè)置，選擇 bootloader 的加載位置；若 BIOS 中設(shè)置從 SD 卡啟動(dòng)，則 BIOS 初始化結(jié)束后，將跳轉(zhuǎn)到 SD 卡的位置去執(zhí)行 bootloader,從而實(shí)現(xiàn) bootloader 的啟動(dòng)。
Bootloader 主要作用是初始化必要的硬件設(shè)備，創(chuàng)建內(nèi)核需要的一些信息并將這些信息通過(guò)相關(guān)機(jī)制傳遞給內(nèi)核，從而將系統(tǒng)的軟硬件環(huán)境帶到一個(gè)合適的狀態(tài)，最終調(diào)用操作系統(tǒng)內(nèi)核，真正起到引導(dǎo)和加載內(nèi)核的作用。

(c)啟動(dòng)內(nèi)核 ：bootloader 啟動(dòng)完成初始化等相關(guān)工作之后，將調(diào)用內(nèi)核啟動(dòng)程序。這就進(jìn)入了實(shí)際的操作系統(tǒng)相關(guān)內(nèi)容的啟動(dòng)了，包括相應(yīng)的硬件配置，任務(wù)管理，資源管理等內(nèi)核程序的啟動(dòng)。

(d)啟動(dòng)應(yīng)用：在操作系統(tǒng)內(nèi)核啟動(dòng)之后，就可以開(kāi)始啟動(dòng)需要的應(yīng)用，去完成真正的業(yè)務(wù)操作了。

2. Arm-Linux 基本開(kāi)發(fā)環(huán)境
前面介紹了 ARM-Linux 應(yīng)用開(kāi)發(fā)和單片機(jī)開(kāi)發(fā)的不同之處，相信你已經(jīng)對(duì) ARM-Linux 應(yīng)用開(kāi)發(fā)有了一個(gè)基本的認(rèn)識(shí)了，下面將介紹一下 ARM-Linux 的基本開(kāi)發(fā)環(huán)境。其主要包括硬件環(huán)境和軟件環(huán)境兩個(gè)部分，這里以 iMX53 和 Ubuntu 為例進(jìn)行說(shuō)明。

（1）硬件環(huán)境
開(kāi)發(fā)板：ARM 運(yùn)行的硬件環(huán)境，或者是相應(yīng)項(xiàng)目的 ARM 電路板；

計(jì)算機(jī)：作為開(kāi)發(fā)主機(jī)使用，安裝 Linux(如 Ubuntu)），或者采用虛擬機(jī)安裝 Ubuntu；

串口線：用于開(kāi)發(fā)過(guò)程中采用終端進(jìn)行串口調(diào)試或下載程序；

網(wǎng)線：用于連接 arm-board 和開(kāi)發(fā)主機(jī)，實(shí)現(xiàn) tftp 下載內(nèi)核（程序等），通過(guò)網(wǎng)絡(luò) nfs 運(yùn)行程序等。

SD 卡（及讀卡器）或者其他存儲(chǔ)設(shè)備：用于存儲(chǔ) bootloader、內(nèi)核映像等，以及最終的軟件系統(tǒng)的存儲(chǔ)；開(kāi)發(fā)過(guò)程中，通常用于保存 bootloader,引導(dǎo)系統(tǒng)啟動(dòng)。

（2）軟件環(huán)境
Ubuntu： 作為操作系統(tǒng)，是整個(gè)軟件開(kāi)發(fā)環(huán)境的載體，相應(yīng)的開(kāi)發(fā)工具都布置在此系統(tǒng)中。

LTIB： 這是 freescale 的提供的一個(gè)編譯工具鏈，能夠很方便的將源代碼文件編譯為適合的程序代碼，并對(duì)程序進(jìn)行調(diào)試；用戶也可以通過(guò)下載源碼構(gòu)建自己的編譯工具鏈。

tftp： 用于從開(kāi)發(fā)主機(jī) Ubuntu 上向 arm-board 下載內(nèi)核文件、應(yīng)用文件等。

nfs 網(wǎng)絡(luò)文件系統(tǒng)：用于在開(kāi)發(fā)主機(jī)上建立網(wǎng)絡(luò) nfs 文件根系統(tǒng)，arm-board 通過(guò) nfs 網(wǎng)絡(luò)文件系統(tǒng)讀取開(kāi)發(fā)主機(jī)上的虛擬根文件系統(tǒng)，完成系統(tǒng)的啟動(dòng)；方便系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)與調(diào)試。

minicom：串口調(diào)試工具，用于在開(kāi)發(fā)主機(jī)上與 arm-board 通信，實(shí)現(xiàn)對(duì) arm-board 上應(yīng)用程序的操作與調(diào)試；

Eclipse：集成開(kāi)發(fā)環(huán)境，主要方便代碼的編輯、編譯等，也可采用 DS5，RealView 等；或者采用 gedit 進(jìn)行編輯，通過(guò) LTIB 進(jìn)行編譯和管理。
責(zé)任編輯：彭菁