《ARM Cortex-A9多核嵌入式系統(tǒng)開發(fā)教程》課件第四章

構(gòu)建嵌入式開發(fā)環(huán)境4主機(jī)與目標(biāo)板結(jié)合的交叉開發(fā)模式建立主機(jī)開發(fā)的軟件環(huán)境建立交叉編譯工具鏈Makefile介紹第4章構(gòu)建嵌入式開發(fā)環(huán)境4.1交叉開發(fā)模式

對(duì)于嵌入式開發(fā)，最初的嵌入式設(shè)備是一個(gè)空白的系統(tǒng)，需要通過(guò)主機(jī)為它構(gòu)建基本的軟件系統(tǒng)，并燒寫到設(shè)備中。另外，嵌入式設(shè)備的資源并不足以用來(lái)開發(fā)軟件，所以需要用到交叉開發(fā)模式：在主機(jī)上編寫、編輯、編譯軟件和應(yīng)用程序，然后下載到目標(biāo)板上，在目標(biāo)板上運(yùn)行、驗(yàn)證程序。主機(jī)又稱宿主機(jī)，一般為PC；目標(biāo)板指正在開發(fā)的嵌入式設(shè)備或者ARM開發(fā)板。圖4.1PC系統(tǒng)和嵌入式Linux系統(tǒng)結(jié)構(gòu)對(duì)比第4章構(gòu)建嵌入式開發(fā)環(huán)境

嵌入式系統(tǒng)軟件主要包括：Bootloader、Linux內(nèi)核和根文件系統(tǒng)（包含各種應(yīng)用程序）。對(duì)于嵌入式開發(fā)，主要包括以下幾個(gè)方面：(1)在主機(jī)上編譯Bootloader，燒入目標(biāo)板。(2)在主機(jī)上編譯Linux內(nèi)核，通過(guò)Bootloader燒入目標(biāo)板或直接啟動(dòng)。(3)在主機(jī)上編譯各類應(yīng)用程序，目標(biāo)板啟動(dòng)內(nèi)核后通過(guò)NFS運(yùn)行它們，經(jīng)過(guò)驗(yàn)證后燒入目標(biāo)板。

在交叉開發(fā)模式中，主機(jī)與目標(biāo)板通常有4種連接方式：JTAG、串口、USB、網(wǎng)絡(luò)。第4章構(gòu)建嵌入式開發(fā)環(huán)境4.2建立主機(jī)開發(fā)的軟件環(huán)境對(duì)于嵌入式開發(fā)，主要的就是在主機(jī)上開發(fā)工作，然后放到目標(biāo)板上運(yùn)行驗(yàn)證。通過(guò)主機(jī)上的軟件可以編譯內(nèi)核和開發(fā)嵌入式系統(tǒng)中運(yùn)行的軟件。安裝軟件的過(guò)程主要包括：安裝宿主機(jī)上的Linux操作系統(tǒng)；配置與安裝宿主機(jī)操作系統(tǒng)下的串口通信工具M(jìn)inicom、TFTP服務(wù)、NFS(NetworkFileSystem，網(wǎng)絡(luò)文件系統(tǒng))，建立交叉編譯工具鏈。第4章構(gòu)建嵌入式開發(fā)環(huán)境4.2.1主機(jī)Linux操作系統(tǒng)的安裝1.在Windows上安裝虛擬機(jī)VMware2.

Fedora的安裝Fedora(第七版以前為FedoraCore)是一款基于Linux的操作系統(tǒng)，也是一組維持計(jì)算機(jī)正常運(yùn)行的軟件集合。Fedora由FedoraProject社區(qū)開發(fā)、紅帽公司贊助，目標(biāo)是創(chuàng)建一套新穎、多功能并且自由和開源的操作系統(tǒng)。第4章構(gòu)建嵌入式開發(fā)環(huán)境4.2.2Minicom的安裝配置 Minicom是Linux操作系統(tǒng)或者基于Linux操作系統(tǒng)下的一款串口通信軟件，在嵌入式開發(fā)領(lǐng)域應(yīng)用十分廣泛。Minicom的配置過(guò)程如下：(1)先檢查宿主機(jī)的VMware上是否已經(jīng)添加了串口(serialport)設(shè)備。(2)再次啟動(dòng)Linux之后，注意右下角有一個(gè)圓圓的圖標(biāo)，把鼠標(biāo)放在上面會(huì)顯示串口信息。(3)對(duì)Minicom配置主要是配置串行口、波特率和是否使用流控制技術(shù)。(4)借助一些命令來(lái)使用Minicom。第4章構(gòu)建嵌入式開發(fā)環(huán)境4.2.3TFTP服務(wù)的安裝配置 TFTP是基于UDP協(xié)議實(shí)現(xiàn)的，用來(lái)下載遠(yuǎn)程文件的最簡(jiǎn)單網(wǎng)絡(luò)協(xié)議。TFTP分為服務(wù)器程序和客戶端程序，在主機(jī)上通常同時(shí)配置TFTP服務(wù)器端和客戶端。

嵌入式Linux的TFTP開發(fā)環(huán)境包括兩個(gè)方面：一是Linux服務(wù)器端的tftp-server支持，二是嵌入式目標(biāo)系統(tǒng)的tftp-client支持。因?yàn)閁-Boot本身內(nèi)置支持tftp-client，所以嵌入式目標(biāo)系統(tǒng)端就不用配置了。第4章構(gòu)建嵌入式開發(fā)環(huán)境TFTP服務(wù)的安裝配置過(guò)程如下：(1)先安裝xinetd服務(wù)，命令如下： yuminstallxinetd(2)安裝xinetd完成后，安裝TFTP的客戶端和服務(wù)器端，命令如下： yuminstalltftp yuminstalltftp-server(3)對(duì)TFTP服務(wù)器進(jìn)行配置。把/etc/xinetd.d/tftp.rpmnew復(fù)制并改名為/etc/xinetd.d/tftp，命令如下： cp /etc/xinetd.d/tftp.rpmnew /etc/xinetd.d/tftp第4章構(gòu)建嵌入式開發(fā)環(huán)境(4)打開?/etc/xinetd.d/tftp文件，并修改其中的某些內(nèi)容。①?disable=yes改為disable=no；②修改user的值，不使用root用戶；③修改server_args的行為，將server_args=-s/var/lib/tftpboot改為server_args?=?-s/tftpboot/-c；④修改?/etc/sysconfig/selinux文件：SELINUX=disabled(系統(tǒng)默認(rèn)是enforcing，改成disabled)；chmod777/tftpboot修改/tftpboot文件夾的權(quán)限。至此，TFTP服務(wù)已經(jīng)配置完成。第4章構(gòu)建嵌入式開發(fā)環(huán)境4.2.4NFS的安裝配置 NFS(NetworkFileSystem，網(wǎng)絡(luò)文件系統(tǒng))類似于Windows中的文件共享服務(wù)。它的最大特點(diǎn)是可以讓網(wǎng)絡(luò)上不同的機(jī)器、不同的操作系統(tǒng)之間彼此共享文件，所以它可以看作一個(gè)簡(jiǎn)單的文件服務(wù)器。第4章構(gòu)建嵌入式開發(fā)環(huán)境

在NFS服務(wù)中，主機(jī)是被掛載(mount)端，為遠(yuǎn)端客戶機(jī)提供可以訪問(wèn)的共享文件。主機(jī)需要配置兩方面內(nèi)容：即設(shè)置NFS服務(wù)和允許“指定的NFS用戶”使用。其具體步驟如下：設(shè)置NFS服務(wù)。指定NFS服務(wù)的用戶。在客戶機(jī)端掛接共享目錄。

①進(jìn)入Minicom終端界面。[root@localhostroot]#

minicom

②設(shè)置開發(fā)板的IP地址。[root@localhostroot]#

ifconfigetho6

③掛載共享目錄。[root@localhostroot]#mount-osoft，timeo=100,rsize=1024:/linux_nfs/mnt第4章構(gòu)建嵌入式開發(fā)環(huán)境4.3建立交叉編譯工具鏈

源文件需要經(jīng)過(guò)編譯才能生成可執(zhí)行文件。在Windows下進(jìn)行開發(fā)時(shí)，集成開發(fā)環(huán)境已經(jīng)將各種編譯工具的使用封裝好了，只需要點(diǎn)幾個(gè)按鈕即可完成編譯。Linux下也有很優(yōu)秀的集成開發(fā)工具，比如gcc、ld、objcopy、objdump等，它們編譯出來(lái)的程序在x86平臺(tái)上運(yùn)行。要編譯出能在ARM平臺(tái)上運(yùn)行的程序，必須使用交叉編譯工具鏈arm-linux-gcc、arm-linux-ld等。第4章構(gòu)建嵌入式開發(fā)環(huán)境4.3.1arm-linux-gcc選項(xiàng)通常，我們所說(shuō)的“編譯”涉及到四個(gè)過(guò)程，分別是：預(yù)處理。將程序中諸如“#include”、宏定義命令“#define”、條件編譯命令“#if”、“#ifdef”等展開，輸出到一個(gè)后綴為.i的文件里。所用到的工具為arm-linux-cpp。編譯。把上述的.i的文件翻譯成成匯編代碼，所用到的工具為cc1。第4章構(gòu)建嵌入式開發(fā)環(huán)境(3)匯編。匯編就是將第二步輸出的匯編代碼翻譯成符合一定格式的機(jī)器代碼。文件一般后綴為.obj，所用到的工具為arm-linux-as。(4)連接。連接就是將上一步生成的OBJ文件和系統(tǒng)庫(kù)的OBJ文件、庫(kù)文件連接起來(lái)，最終生成可以在特定平臺(tái)運(yùn)行的可執(zhí)行文件，用到的工具是arm-linux-ld。第4章構(gòu)建嵌入式開發(fā)環(huán)境例子：以下是一個(gè)打印“HelloWorld!”字符串的程序： #include<stdio.h> intmain(intargc,char*argv[?]) { printf("HelloWorld!\n"); return0; }第4章構(gòu)建嵌入式開發(fā)環(huán)境$arm-linux-gcc-ohellohello.ccc1hello.c-o/tmp/cctETob7.sas-o/tmp/ccvv2KbL.o/tmp/cctETob7.scollect2-ohellocrt1.ocrti.ocrtbegin.o/tmp/ccvv2KbL.ocrtend.ocrtn.old被collect2調(diào)用來(lái)連接程序cpp-ohello.ihello.ccc1hello.i-o/tmp/cctETob7.s編譯過(guò)程示例：第4章構(gòu)建嵌入式開發(fā)環(huán)境選項(xiàng)：1.總體選項(xiàng)(OverallOption)

-c：預(yù)處理、編譯和匯編源文件，但是不作連接，編譯器根據(jù)源文件生成OBJ文件。-S：編譯后即停止，不進(jìn)行匯編。

?-E：預(yù)處理后即停止，不進(jìn)行編譯。-ofile：指定輸出文件為file。?-v：顯示制作GCC工具自身時(shí)的配置命令；同時(shí)顯示編譯器驅(qū)動(dòng)程序、預(yù)處理器、編譯器的版本號(hào)。第4章構(gòu)建嵌入式開發(fā)環(huán)境2.警告選項(xiàng)(WarningOption)-Wall：該選項(xiàng)基本打開了所有需要注意的警告信息，比如沒(méi)有指定類型的聲明、在聲明之前就使用的函數(shù)、局部變量除了聲明就沒(méi)再使用等。

警告雖然對(duì)程序沒(méi)有壞的影響，但是有些警告需要加以關(guān)注，比如類型匹配的警告等。第4章構(gòu)建嵌入式開發(fā)環(huán)境3.調(diào)試選項(xiàng)(DebuggingOption)-g：以操作系統(tǒng)的本地格式(stabs、COFF、XCOFF或DWARF)產(chǎn)生調(diào)試信息，GDB能夠使用這些調(diào)試信息。在大多數(shù)使用stabs格式的系統(tǒng)上，“-g”選項(xiàng)加入只有GDB才使用的額外調(diào)試信息?？梢允褂孟旅娴倪x項(xiàng)來(lái)生成額外的信息：-gstabs+、-gstabs、-gxcoff+、-gxcoff、-gdwarf+?或?-gdwarf，具體用法請(qǐng)讀者參考GCC手冊(cè)。第4章構(gòu)建嵌入式開發(fā)環(huán)境4.優(yōu)化選項(xiàng)(OptimizationOption)(1)

-O或?-O1：對(duì)于大函數(shù)，優(yōu)化編譯的過(guò)程將占用較多的時(shí)間和相當(dāng)大的內(nèi)存。(2)?-O2：多優(yōu)化一些。這個(gè)選項(xiàng)既增加了編譯時(shí)間，也提高了生成代碼的運(yùn)行效果。(3)?-O3：優(yōu)化得更多。(4)

-O0：不優(yōu)化。第4章構(gòu)建嵌入式開發(fā)環(huán)境5.目錄選項(xiàng)(DirectoryOption)(1)在頭文件的搜索路徑列表中添加dir目錄。

如果以“#include<>”包含文件，則只在標(biāo)準(zhǔn)庫(kù)目錄開始搜索(包括使用?-Idir選項(xiàng)定義的目錄)；如果以“#include"file"”包含文件，則先從用戶的工作目錄開始搜索，再搜索標(biāo)準(zhǔn)庫(kù)目錄。第4章構(gòu)建嵌入式開發(fā)環(huán)境5.目錄選項(xiàng)(DirectoryOption)(2)-I-。任何在“-I-”前面用“-I”選項(xiàng)指定的搜索路徑只適用于“-I”這種情況；它們不能用來(lái)搜索“#include<>”包含的頭文件。(3)

-Ldir。在“-l”選項(xiàng)的搜索路徑列表中添加dir目錄。第4章構(gòu)建嵌入式開發(fā)環(huán)境4.3.2arm-linux-ld選項(xiàng)arm-linux-ld用于將多個(gè)目標(biāo)文件、庫(kù)文件連接成可執(zhí)行文件。直接指定代碼段、數(shù)據(jù)段、bss段的起始地址

直接指定代碼段、數(shù)據(jù)段、bss段的起始地址的格式如下：

-Ttext startaddr

-Tdata startaddr

-Tbss startaddr

其中，“startaddr”分別表示代碼段、數(shù)據(jù)段和bss段的起始地址，它是一

個(gè)十六進(jìn)制的數(shù)。第4章構(gòu)建嵌入式開發(fā)環(huán)境2.使用連接腳本設(shè)置地址連接腳本timer.lds的含義：①第2行表示設(shè)置“當(dāng)前運(yùn)行地址”為0x30000000。②第3行定義了一個(gè)名為“.text”的段，它的內(nèi)容為“*(.text)”，表示所有輸入文件的代碼段。這些代碼段被集合在一起，起始運(yùn)行地址為0x30000000。③第4行定義了一個(gè)名為“.rodata”的段，在輸出文件timer_elf中，它緊挨著“.text”段存放。⑤第5、6行的含義與第4行類似。第4章構(gòu)建嵌入式開發(fā)環(huán)境4.3.3arm-linux-objcopy選項(xiàng)常用arm-linux-objcopy來(lái)將ELF格式的可執(zhí)行文件轉(zhuǎn)換為二進(jìn)制文件。 arm-linux-objcopy [-Fbfdname|--target=bfdname] [-Ibfdname|--input-target=bfdname] [-Obfdname|--output-target=bfdname] [-S|--strip-all][-g|--strip-debug] [-Ksymbolname|--keep-symbol=symbolname] [-Nsymbolname|--strip-symbol=symbolname] [-Lsymbolname|--localize-symbol=symbolname] [-Wsymbolname|--weaken-symbol=symbolname] [-x|--discard-all][-X|--discard-locals] [-bbyte|--byte=byte]第4章構(gòu)建嵌入式開發(fā)環(huán)境[-iinterleave|--interleave=interleave][-Rsectionname|--remove-section=sectionname][-p|--preserve-dates][--debugging][--gap-fill=val][--pad-to=address][--set-start=val][--adjust-start=incr][--change-address=incr][--change-section-address=section{=,+,-}val][--change-warnings][--no-change-warnings][--set-section-flags=section=flags][--add-section=sectionname=filename][--change-leadingchar][--remove-leading-char][--weaken][-v|--verbose][-V|--version][--help]input-file[outfile第4章構(gòu)建嵌入式開發(fā)環(huán)境常用的一些選項(xiàng)：

input-file、outfile：參數(shù)input-file和outfile分別表示輸入目標(biāo)文件(源目標(biāo)文件)和輸出目標(biāo)文件(目的目標(biāo)文件)。(2)?-Ibfdname或?--input-target=bfdname：用來(lái)指明源文件的格式，bfdname是BFD庫(kù)中描述的標(biāo)準(zhǔn)格式名。(3)?-Obfdname或?--output-target=bfdname：使用指定的格式來(lái)輸出文件，bfdname是BFD庫(kù)中描述的標(biāo)準(zhǔn)格式名。第4章構(gòu)建嵌入式開發(fā)環(huán)境常用的一些選項(xiàng)：(4)?-Fbfdname或?--target=bfdname：同時(shí)指明源文件、目的文件的格式。(5)?-Rsectionname或?--remove-section?=?sectionname：從輸出文件中刪掉所有名為sectionname的段。這個(gè)選項(xiàng)可以多次使用。(6)?-S或?--strip-all：不從源文件中拷貝重定位信息和符號(hào)信息到目標(biāo)文件中。(7)?-g或?--strip-debug：不從源文件中拷貝調(diào)試符號(hào)到目標(biāo)文件中。第4章構(gòu)建嵌入式開發(fā)環(huán)境4.3.4arm-linux-objdump選項(xiàng)arm-linux-objdump用于顯示二進(jìn)制文件信息，本書中常用來(lái)查看反匯編代碼。 arm-linux-objdump [-a][-bbfdname|--target=bfdname] [-C][--debugging] [-d][-D] [--disassemble-zeroes] [--file-headers|-f] [-EB|-EL|--endian={big|little}][-f] [-h][-i|--info] [-jsection|--section=name]

第4章構(gòu)建嵌入式開發(fā)環(huán)境[-l][-mmachine][--prefix-addresses][-r][-R][-s|--full-contents][-S|--source][--[no-]show-raw-insn][--stabs][-t][-T][-x][--start-address=address][--stop-address=address][--adjust-vma=offset][--version][--help]objfile...第4章構(gòu)建嵌入式開發(fā)環(huán)境常用的一些選項(xiàng)：?-bbfdname或?--target=bfdname：指定目標(biāo)碼格式。這不是必需的，arm-linux-objdump能自動(dòng)識(shí)別許多格式。(2)??--disassemble或?-d：反匯編可執(zhí)行段(executablesections)。(3)?--disassemble-all或?-D：與?-d類似，反匯編所有段。(4)?-EB或?-EL或?--endian={big|little}：指定字節(jié)序。第4章構(gòu)建嵌入式開發(fā)環(huán)境常用的一些選項(xiàng)：(5)?--file-headers或?-f：顯示文件的整體頭部摘要信息。(6)?--section-headers、--headers或?-h：顯示目標(biāo)文件各個(gè)段的頭部摘要信息。(7)?--info或?-i：顯示支持的目標(biāo)文件格式和CPU架構(gòu)，它們?cè)凇?b”、“-m”選項(xiàng)中用到。(8)?--section=name或?-jname：僅顯示指定section的信息。(9)?--architecture=machine或?-mmachine：指定反匯編目標(biāo)文件時(shí)使用的架構(gòu)。第4章構(gòu)建嵌入式開發(fā)環(huán)境4.4Makefile介紹

一個(gè)工程中往往包括很多的源文件，如果一個(gè)一個(gè)進(jìn)行編譯，往往是很繁瑣的，這時(shí)候makefile就起到了作用。makefile定義了一系列的規(guī)則來(lái)指定，哪些文件需要先編譯，哪些文件需要后編譯，哪些文件需要重新編譯，甚至進(jìn)行更復(fù)雜的功能操作。因?yàn)閙akefile就像一個(gè)Shell腳本一樣，其中也可以執(zhí)行操作系統(tǒng)的命令。makefile帶來(lái)的好處就是“自動(dòng)化編譯”。一旦寫好了makefile文件，只需要一個(gè)make命令，整個(gè)工程便會(huì)完全自動(dòng)進(jìn)行編譯，極大地提高了軟件開發(fā)的效率。第4章構(gòu)建嵌入式開發(fā)環(huán)境

所要完成的Makefile文件描述了整個(gè)工程的編譯、連接等規(guī)則，其中包括：工程中的哪些源文件需要編譯以及如何編譯，需要?jiǎng)?chuàng)建哪些庫(kù)文件以及如何創(chuàng)建這些庫(kù)文件，如何最后產(chǎn)生想要的可執(zhí)行文件。盡管看起來(lái)可能是很復(fù)雜的事情，但是為工程編寫Makefile的好處是能夠使用一行命令來(lái)完成“自動(dòng)化編譯”。一旦提供一個(gè)(通常對(duì)于一個(gè)工程來(lái)說(shuō)會(huì)是多個(gè))正確的Makefile，編譯整個(gè)工程所要做的唯一的一件事就是在shell提示符下輸入make命令。整個(gè)工程完全自動(dòng)編譯，極大地提高了效率。第4章構(gòu)建嵌入式開發(fā)環(huán)境例如，一個(gè)makefile文件編譯一個(gè)工程，其中：工程里包含3個(gè)頭文件和8個(gè)C文件。 #sampleMakefile. edit:main.okbd.ocommand.odisplay.o\ insert.osearch.ofiles.outils.o cc-oeditmain.okbd.ocommand.odisplay.o\ insert.osearch.ofiles.outils.o main.o:main.cdefs.h cc-cmain.c kbd.o:kbd.cdefs.hcommand.h cc-ckbd.c command.o:command.cdefs.hcommand.h cc-ccommand.c第4章構(gòu)建嵌入式開發(fā)環(huán)境display.o:display.cdefs.hbuffer.h cc-cdisplay.cinsert.o:insert.cdefs.hbuffer.h cc-cinsert.csearch.o:search.cdefs.hbuffer.h cc-csearch.cfiles.o:files.cdefs.hbuffer.hcommand.h cc-cfiles.cutils.o:utils.cdefs.h cc-cutils.cclean: rmeditmain.okbd.ocommand.odisplay.o\ insert.osearch.ofiles.outils.o第4章構(gòu)建嵌入式開發(fā)環(huán)境4.4.1Makefile規(guī)則一個(gè)簡(jiǎn)單的Makefile文件包含一系列的“規(guī)則”，其樣式如下：

目標(biāo)(target)…:依賴(prerequisites)… <tab>命令(command)第4章構(gòu)建嵌入式開發(fā)環(huán)境4.4.2Makefile文件里的賦值方法Makefile文件里，變量定義的語(yǔ)法形式如下： immediate=deferred immediate?=deferred immediate:=immediate immediate+=deferredorimmediate defineimmediate deferred endef第4章構(gòu)建嵌入式開發(fā)環(huán)境

在GNUmake中對(duì)變量賦值有兩種方式：延時(shí)變量和立即變量。區(qū)別在于它們的定義方式和擴(kuò)展時(shí)的方式不同，前者在這個(gè)變量使用時(shí)才擴(kuò)展開，后者在定義時(shí)它的值就已經(jīng)確定了。第4章構(gòu)建嵌入式開發(fā)環(huán)境4.4.3Makefile常用函數(shù)1.字符串替換和分析函數(shù)

$(substfrom,to,text)：在文本“text”中使用“to”替換每一處“from”。?$(patsubstpattern,replacement,text)：尋找“text”中符合格式“pattern”的字，用“replacement”替換它們。$(stripstring)：去掉前導(dǎo)和結(jié)尾空格，并將中間的多個(gè)空格壓縮為單個(gè)空格。第4章構(gòu)建嵌入式開發(fā)環(huán)境(4)

$(findstringfind,in)：在字符串“in”中搜尋“find”，如果找到，則返回值是“find”，否則返回值為空。(5)

$(filterpattern...,text)：返回在“text”中由空格隔開且匹配格式“pattern...”的字，去除不符合格式“pattern...”的字。(6)

$(filter-outpattern...,text)：返回在“text”中由空格隔開且不匹配格式