GNU工具開發基於ARM嵌入式系統的方法

當前，arm公司的32位risc處理器，以其核心耗電少、成本低、功能強、特有16/32位雙指令集，已成為移動通訊、手持計算、多**數字消費等嵌入式解決方案的risc標準，市場占有率超過了75 %。多家公司都推出了自己的基於arm核心的處理器產品，越來越多的開發人員開始了針對arm平台的開發。通常開發人員需要購買晶元廠商或第三方提供的開發板，還需要購買開發軟體，如c編譯器或者整合了實時作業系統的開發環境。開發板的**從數百到上千美元，而編譯器、實時作業系統**更是動輒數千到數萬美元。這樣，在開發初期，軟硬體上的投資就需要上萬美元，對於國內大多數開發人員來說，無疑是太貴了。 bdmlinux聯盟

慶幸的是，gnu所倡導的自由軟體給開發者帶來了福音。1984 年，旨在開發乙個類似 unix 的，並且是完全免費的完整作業系統和配套工具：gnu 系統（發音為"guh-new"）。gnu的作業系統和開發工具都是免費的，遵循gnu 通用公共許可證 (gpl)協議，任何人都可以從網上獲取全部的源**。關於gnu和公共許可證協議的詳細資料，讀者可參看gnu**的中文介紹： bdmlinux聯盟

除了大家熟知的linux作業系統外，gnu的軟體還包括編譯器（gcc，g++）、二進位制轉換工具（objdump，objcopy）、除錯工具（gdb，gdbserver，kgdb）和基於不同硬體平台的開發庫。gnu開發工具的主要缺點是採用命令列方式，使用者掌握和使用比較困難，不如基於 windows系統的開發工具好用。但是，gnu工具的複雜性是由於它更貼近編譯器和作業系統的底層，並提供了更大的靈活性。一旦學習和掌握了相關工具，也就了解了系統設計的基礎知識，為今後的開發工作打下基礎。gnu的開發工具都是免費的，遵循gpl協議，任何人都可以從網上獲取。筆者參與了乙個基於 arm平台的嵌入式linux系統開發，採用的是摩托羅拉龍珠系列的mc928mx1。從測試**、引導程式、嵌入式linux移植、應用程式、圖形介面都可以用gnu工具進行開發，不需要在開發工具上做額外的投入。本文所介紹的開發方法同樣適用於其它公司的基於arm的產品。 bdmlinux聯盟

1 硬體平台 bdmlinux聯盟

圖1中sdram接片選端cs2，flash接片選端cs3，其餘為sdram/flash的控制訊號。最小系統還包括至少1個序列介面，可以採用mx1內建的uart控制器，圖略。 bdmlinux聯盟

2 自舉模式 bdmlinux聯盟

3 gnu的編譯器和開發工具 bdmlinux聯盟

（1）編寫c、c++語言或彙編源程式 bdmlinux聯盟

（2）用gcc或g++生成目標檔案 bdmlinux聯盟

如果應用程式包括多個檔案，就需要進行分別編譯，最後用聯結器連線起來。如筆者的引導程式包括3個檔案：init.s（彙編**、初始化硬體） xmrecever.c（通訊模組，採用xmode協議）和flash.c（flash擦寫模組）。 bdmlinux聯盟

分別用如下命令生成目標檔案： bdmlinux聯盟

arm-linux-gcc-c-o2-o init.o init.s bdmlinux聯盟

arm-linux-gcc-c-o2-o xmrecever.o xmrecever.c bdmlinux聯盟

arm-linux-gcc-c-o2-o flash.o flash.c bdmlinux聯盟

其中-c命令表示只生成目標**，不進行連線；-o 命令指明目標檔案的名稱；-o2表示採用二級優化，採用優化後可使生成的**更短，執行速度更快。如果專案包含很多檔案，則需要編寫makefile檔案。關於makefile的內容，請感興趣的讀者參考相關資料。 bdmlinux聯盟

（3）編寫連線指令碼檔案 bdmlinux聯盟

gcc 等編譯器內建有預設的連線指令碼。如果採用預設指令碼，則生成的目標**需要作業系統才能載入執行。為了能在嵌入式系統上直接執行，需要編寫自己的連線指令碼文件。編寫連線指令碼，首先要對目標檔案的格式有一定了解。gnu編譯器生成的目標檔案預設為elf格式。elf檔案由若干段（section）組成，如不特殊指明，由c源程式生成的目標**中包含如下段：.text（正文段）包含程式的指令**；.data(資料段)包含固定的資料，如常量、字元串；.bss（未初始化資料段）包含未初始化的變數、陣列等。c++源程式生成的目標**中還包括.fini（析構函式**）和.init（建構函式代碼）等。有關elf檔案格式，讀者可自行參考相關資料。聯結器的任務就是將多個目標檔案的.text、.data和.bss等段連線在一起，而連線指令碼文件是告訴聯結器從什麼位址開始放置這些段。例如筆者的引導程式連線檔案link.lds為： bdmlinux聯盟

entry(begin) 
section 
.data: 
.bss: 
}

其中，entry(begin)指明程式的入口點為begin標號；.=0x00300000指明目標**的起始位址為0x00300000，這一段位址為 mx1的片內ram；.text : 表示從0x00300000開始放置所有目標檔案的**段，隨後的.data: 表示資料段從**段的末尾開始，再後是.bss段。 bdmlinux聯盟

（4）用聯結器生成最終目標檔案 bdmlinux聯盟

arm-linux-ld-nostadlib-o bootstrap.elf-t link.lds init.o xmrecever.o flash.o bdmlinux聯盟

其中，ostadlib表示不連線系統的執行庫，而是直接從begin入口；-o指明目標檔案的名稱；-t指明採用的連線指令碼檔案；最後是需要連線的目標檔案列表。 bdmlinux聯盟

（5）生成二進位制** bdmlinux聯盟

arm-linux-objcopy-o binary bootstrap.elf bootstrap.bin bdmlinux聯盟

其中-obinary指定生成為二進位制格式檔案。objcopy還可以生成s格式的檔案，只需將引數換成-o srec。如果想將生成的目標**反彙編，還可以用objdump工具： bdmlinux聯盟

arm-linux-objdump-d bootstrap.elf bdmlinux聯盟

掌握了gnu工具後，開發者就可以開發或移植c或c++**的程式。使用者可以不需要作業系統，直接開發簡單應用程式。但對於更複雜的應用來說，作業系統必不可少。目前流行的源**公開的作業系統如linux、μc/os都可以用gnu工具編譯。arm的linux已有很多成熟的版本，可以支援arm720、 arm920、arm1020等多種處理器，讀者可從www.uclinux.org或www.armdevzone.com上獲取最新資訊。linux 移植過程中和處理器相關的**都放在arch/arm目錄下。對於核心，使用者需要做的是設定自己系統的記憶體映像，ram起始位址，i/o位址空間和虛擬i /o位址空間，參看arch/arm/mach-integrator/arch.c檔案。除了核心外，使用者還需要為自己的系統編制各種各樣的驅動程式。 bdmlinux聯盟

4 除錯工具 bdmlinux聯盟

對於linux核心的除錯，可以採用kgdb工具，同樣需要通過串列埠與上位機上的gdb通訊，對目標板的linux核心進行除錯。由於篇幅所限，感興趣的讀者可以從上了解具體的使用方法。 bdmlinux聯盟

結束語 bdmlinux聯盟

本文以乙個具體的例項為例，對gnu工具中的常用功能作了介紹。其實gnu工具的功能還遠不止這些，更進一步的操作有：針對不同處理器，不同演算法的軟體優化、高效的內嵌彙編、大型專案管理功能等。相信gnu能成為越來越多開發人員的選擇。

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