《交叉编译环境》PPT课件.ppt

第4章：嵌入式交叉编译环境及系统裁剪,4.1 嵌入式交叉编译环境构建 4.2 Bootloader程序 4.3 Linux操作系统的裁剪和编译,第4章：嵌入式交叉编译环境及系统裁剪,4.1 嵌入式交叉编译环境构建 4.2 Bootloader程序 4.3 Linux操作系统的裁剪和编译,在通用计算机上开发软件时，一般是软件开发环境（编译、调试）与软件运行环境相同。,（1）什么叫交叉编译? （2）为什么要使用交叉编译？,1、交叉编译概述,交叉开发（Cross Developing）的模式是指： 开发系统在PC机（一般称为宿主机或host）上，即完成软件的编辑、编译、链接等工作；软件的运行是在嵌入式设备（一般称为目标机或target）上。,宿主机,目标机,交叉编译定义： 交叉编译是指：在宿主机上进行软件编辑、编译、链接等，并生成能够在目标机上运行的可执行程序的过程。,宿主机,目标机,使用交叉编译的原因： 由于嵌入式系统的硬件资源有限，不能安装编译所需要的资源。,开发机与目标机的不同,体系结构不同 处理能力不同 运行的操作系统不同 输入输出方式不同,（1）实时在线仿真 （2）模拟调试 （3）软件调试 （3）OCD调试,2、嵌入式常用的调试方法,（1）实时在线仿真（ICE）方式 实时在线仿真（In-Circuit Emulator,ICE）是一种用于替代目标上CPU的设备，可以执行目标机CPU指令，能够将内部的信号输出到被控的目标机，ICE上的内存也可以被映射到用户的程序空间。这样，即使目标机不存在，也可以进行代码调试。,实时在线仿真具有以下优缺点： 优点：功能非常强大，软硬件均可做到完全实时在线调试。 缺点：价格昂贵。,（2）模拟调试 调试工具和待调试的嵌入式软件都在宿主机上运行，由宿主机提供一个模拟的目标运行环境，可以进行语法和逻辑上的调试。,优点：简单方便，不需要目标机，成本低。 缺点：功能非常有限，无法实时调试。,（3）软件调试 宿主机和目标机通过某种接口（通常是串口）连接，宿主机上提供调试界面，待调试软件下载到目标机上运行。这种方式的先决条件是在宿主机和目标机之间建立起通信联系（目标机上需要固化监控程序）,将一段称为ROM Monitor的程序固化在目标机上，负责监控目标机上被调试程序的运行。,优点：纯软件，价格较低，简单，软件调试能力较强。 缺点：需要事先在目标机上烧写监控程序（往往需多次试验才能成功），且目标机能正常工作，功能有限，特别是硬件调试能力较差。,（4）OCD方式 OCD（片上调试器）将ICE提供的实时跟踪和运行控制分开，使用很少的实时跟踪功能放弃，而大量使用的运行控制放到目标机的CPU核内，由一个专门的调试控制逻辑模块来实现，并用一个专用的串行信号接口开放给用户。这样，OCD可以提供ICE80%的功能，成本还不到ICE的20%。,由于历史原因，OCD有许多不同的实现方式，标准并不统一。 比较典型的有： IBM和TI公司提出的连接测试存取组（Joint Test Action Group,JTAG）。 Motorola公司提出的后台调试模式（Background Debugging Method, BDM）,JTAG仿真器的功能有2种. 第一是完成程序仿真调试； 第二，完成对Flash存储器的烧写。,本课程使用的调试方法是：软件调试方式。 其中：ROM Monitor程序是利用JTAG写入Flash存储器。,嵌入式交叉编译硬件连接图,串口线,网线,JTAG,3、交叉编译环境构建,交叉编译环境构建包括2个部分： 第一部分是：宿主机（嵌入式交叉编译环境） PC+Linux+交叉编译器+库函数。 第二部分是：目标机（嵌入式软件运行环境） 实验箱+引导程序+嵌入式操作系统。,方案1： 宿主机上应安装的软件有： Linux操作系统 软件开发工具包 交叉编译工具包,宿主机交叉编译软件配置,方案2： 宿主机上应安装的软件有： Windows操作系统+虚拟机（Linux操作系统）+Samba服务 软件开发工具包 交叉编译工具包,串口线 (终端方式操作),网线 (将硬盘，让实验箱使用),宿主机(host),目标板(target),1、在宿主机上，安装好Linux操作系统 Linux操作系统，如果安装了gcc编译。就可以进行c语言程序编译。,1、在宿主机上，安装好Linux操作系统 Linux操作系统，如果安装了gcc编译。就可以进行c语言程序编译。,2、安装NFS服务器,3、安装交叉编译软件包 主要目的是：提供一套与目标机一致的库函数和编译器。,要实现交叉编译需要的软件有： 交叉编译工具（一组编译器、库函库和头文件）,安装步骤： 博创公司提供了一套开发工具光盘。光盘中有一个安装批处理文件install.sh。运行安装程序后，会自动新建2个目录。,arm2410s目录主要存放：linux内核源代码、各种实验源程序等。,opt目录主要存放：交叉编译器、资源库、头文件等。,1、交叉主编译器：armv4l-unknown-linux-gcc 2、主编译器存放的目录：/opt/host/armv4l/bin/ 3、自动搜索主编译器的方法： 在文件/root/.bash_profile中，修改PATH变量，变成 PATH=$PATH:$HOME/bin:/opt/host/armv4l/bin/ 存盘后运行/root/.bash_profile文件使其生效。,开发环境相关说明：,Linux开发软件的目录介绍 /arm2410s/exp 各种实验的源代码 /arm2410s/minigui minigui应用程序和库的源代码 /arm2410s/kernel-2410s 2410-s平台Linux内核源代码 /arm2410s/img/vivi 系统引导程序 /arm2410s/img/zImage ARMLinux-2.4内核压缩映象文件 /arm2410s/img/root.cramfs 根文件系统象文件 /arm2410s/img/yaffs.tar.bz2 demos演示程序的压缩文件/arm2410s/kernel-2410s/include 交叉编译时头文件目录 /opt/host/armv4l/bin/armv4l-unknown-linux-gcc 主编译器,在进行嵌入式软件开发调试时，需要使用工具充当目标机的信息输出监视器，这个工具通常是串口通信软件。 （1）如果宿主机安装的是Windows操作系统，则可以选择超级终端串口通信软件； （2）缩主机安装的是Linux操作系统，则可以选择minicom串口通信软件。,4、串口通信软件配置,选项： （1）选串口。在linux系统中COM1的设备文件名为/dev/ttyS0。 （2）速度等参数。“115200 8N1”,5、Flash程序烧写,在宿主机上编译好引导程序、Linux系统内核、根文件系统、应用程序。然后，将它们烧写到目标机的Flash中。,比较典型的是将Flash分成5个分区，分别用于保存引导程序（BootLoader）、启动参数、系统内核、根文件系统和应用程序等，,1、确定flash空间如何分配。,2、准备好以下软件： 引导程序（vivi）-vivi 参数(param) 内核（kernel）-zImage 根文件系统（root）-root.cramfs 应用程序-yaffs.tar,（3）硬件连接,Windows操作系统,（4）安装驱动程序（P99）,（5）设置超级终端（P99）,（6）烧写vivi步骤,第1步： sjf2410 /f:vivi,第2步：分区 vivibon part 0 128k 192k 1216k 4288k:m 64704k,第3步：查看分区（bon分区） vivibon part info,No offset size flags bad 0: 0x0000 0000 0x0002 0000 0000 0000 0 128k 1: 0x0002 0000 0x0001 0000 0000 0000 0 64k 2: 0x0003 0000 0x0010 0000 0000 0000 0 1M 3: 0x0013 0000 0x0030 0000 0000 0000 0 3M 4: 0x0043 0000 0x03b0 0000 0000 0001 0 59M 5: 0x03F3 0000 0x000c c000 0000 0000 0 816k,第4步：查看分区（mtd分区） vivi part show,Name offset size flags vivi 0x0000 0000 0x0002 0000 0 128k param 0x0002 0000 0x0001 0000 0 64k kernel 0x0003 0000 0x0010 0000 0 1M root 0x0013 0000 0x0030 0000 4 3M yaffs 0x0043 0000 0x03b0 0000 8 59M ucos 0x03F3 0000 0x000c c000 0 816k,第6步：分区后，flash内的数据全部被删除，所以要重新写入vivi，可以采用前面的方法，也可以用 vivi load flash vivi x 当出现： Ready for downloading using xmodem Waiting ,第6步：分区后，flash内的数据全部被删除，所以要重新写入vivi，可以采用前面的方法，也可以用 vivi load flash vivi x,第7步：烧写入内核 vivi load flash kernel x,第8步：烧写入根文件系统 vivi load flash root x,第9步：烧写入根应用程序 不使用串口，而用ftf服务器,第4章：嵌入式交叉编译环境及系统裁剪,4.1 嵌入式交叉编译环境构建 4.2 Bootloader程序 4.3 Linux操作系统的裁剪和编译,一、初识BootLoadert程序,从Linux系统角度看，通常可以分为四个层次，即：,引导加载程序（BootLoader） Linux内核 根文件系统 用户应用程序,嵌入式软件系统分四层,嵌入式系统的BootLoader程序相当于PC中的什么程序？,相当于：BIOS+MBR,大多数BootLoader程序都包括两种不同的操作模式：,启动加载模式（Bootloading） 下载模式(Downloading),1、按Enter按进行启动加载模式。 2、按其它键进行下载模式。,1、启动加载模式。,2、下载模式。,下载模式能够做什么？,1、分区,2、从宿主机上下载文件到SDRAM或FLASH,3、引导系统,查看FLASH分区命令（part show),BootLoader程序的结构框架分两部分：,Stage1（用汇编语言来实现，主要进行设备的初始化） Stage2下载模式(用C语言来实现，增强程序的移植性和可读性),二、BootLoadert程序结构,Stage1通常包括以下步骤： 硬件设备初始化 为Stage2准备RAM空间 拷贝Stage2到RAM中 设置好堆栈 跳转到Stage2的入口,Stage2通常包括以下步骤： 初始化本阶段使用到的硬件设备 检测系统内存映射(Memory Map) 将Kernel和根文件系统从Flash上读到RAM空间 设置内核启动参数 引导内核,常用的引导程序有： u-boot Blob ARMboot RedBoot vivi,三、常用的BootLoadert程序,（1）U-Boot U-Boot，全称 Universal BootLoader，是遵循GPL条款的开放源码项目。 支持的操作系统：Linux, VxWorks, QNX等。 支持的处理器：ARM、PowerPC、MIPS、 x86等。 源码下载：,（2）Blob Blob是Boot Loader Object的缩写。它遵循GPL，源泉代码完全开放。 Blob最初是为一块专用开发板写的（处理器是StrongARM SA-1100）。现在Blob已经被移植到了很多CPU上。 源码下载：/projects/blob,（3）ARMBoot Armboot是一个bootloader,是为基于ARM或者StrongARM CPU的嵌入式系统所设计的。它支持多种类型的Flash。 源码下载：/projects/armboot,（4）RedBoot Redboot 是Red Hat公司开发的一个独立运行在嵌入式系统上的BootLoader程序，是目前比较流行的一个功能、可移植性好的BootLoader。 源码下载：/rdboot,（5）vivi vivi 是韩国mizi 公司开发的bootloader, 适用于ARM9处理器。 目前实验箱上使用的Bootloader是vivi 源码下载：,vivi（下载模式）使用的典型命令 load ：用于加载文件到内存或Flash中 part：显示Flash的分区，包括vivi，kernel，rootfs等的位置 param：修改vivi的参数，如核心命令行参数 f