ARM-Linux開發(fā)與MCU開發(fā)有何不同？

西北望msm66g9f 2020-01-19

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針對ARM-Linux程序的開發(fā)，主要分為三類：應(yīng)用程序開發(fā)、驅(qū)動程序開發(fā)、系統(tǒng)內(nèi)核開發(fā)，針對不同種類的軟件開發(fā)，有其不同的特點。今天我們來看看ARM-Linux開發(fā)和MCU開發(fā)的不同點，以及ARM-Linux的基本開發(fā)環(huán)境。

1. ARM-Linux應(yīng)用開發(fā)和單片機開發(fā)的不同

這里先要做一個說明，對于ARM的應(yīng)用開發(fā)主要有兩種方式：一種是直接在ARM芯片上進行應(yīng)用開發(fā)，不采用操作系統(tǒng)，也稱為裸機編程，這種開發(fā)方式主要應(yīng)用于一些低端的ARM芯片上，其開發(fā)過程非常類似單片機，這里不多敘述。還有一種是在ARM芯片上運行操作系統(tǒng)，對于硬件的操作需要編寫相應(yīng)的驅(qū)動程序，應(yīng)用開發(fā)則是基于操作系統(tǒng)的，這種方式的嵌入式應(yīng)用開發(fā)與單片機開發(fā)差異較大。ARM-Linux應(yīng)用開發(fā)和單片機的開發(fā)主要有以下幾點不同：

（1）應(yīng)用開發(fā)環(huán)境的硬件設(shè)備不同

單片機：開發(fā)板，仿真器（調(diào)試器），USB線；

ARM-Linux：開發(fā)板，網(wǎng)線，串口線，SD卡；

對于ARM-Linux開發(fā)，通常是沒有硬件的調(diào)試器的，尤其是在應(yīng)用開發(fā)的過程中，很少使用硬件的調(diào)試器，程序的調(diào)試主要是通過串口進行調(diào)試的；但是需要說明的是，對于ARM芯片也是有硬件仿真器的，但通常用于裸機開發(fā)。

（2）程序下載方式不同

單片機：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SD、MMC卡等存儲設(shè)備，實現(xiàn)程序下載；

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

（3）芯片的硬件資源不同

單片機：通常是一個完整的計算機系統(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正常運行，外部電路提供FLASH、SD卡等存儲系統(tǒng)映像，并通過外部電路實現(xiàn)各種外設(shè)功能。由于ARM芯片的處理能力很強，通過外部電路可以實現(xiàn)各種復(fù)雜的功能，其功能遠遠強于單片機。

（4）固件的存儲位置不同

單片機：通常具備片內(nèi)flash存儲器，固件程序通常存儲在該區(qū)域，若固件較大則需要通過外部電路設(shè)計外部flash用于存儲固件。

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

（5）啟動方式不同

單片機：其結(jié)構(gòu)簡單，內(nèi)部集成flash, 通常是芯片廠商在程序上電時加入固定的跳轉(zhuǎn)指令，直接跳轉(zhuǎn)到程序入口（通常在flash上）；開發(fā)的應(yīng)用程序通過編譯器編譯，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)上電后直接運行到相應(yīng)的程序入口，實現(xiàn)系統(tǒng)的啟動。

ARM-Linux：由于采用ARM芯片，執(zhí)行效率高，功能強大，外設(shè)相對豐富，是功能強大的計算機系統(tǒng)，并且需要運行操作系統(tǒng)，所以其啟動方式和單片機有較大的差別，但是和家用計算機的啟動方式基本相同。其啟動一般包括BIOS，bootloader，內(nèi)核啟動，應(yīng)用啟動等階段；

(a)啟動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)啟動信息，在設(shè)備上電后，其將讀取相應(yīng)硬件設(shè)備信息，進行硬件設(shè)備的初始化工作，然后跳轉(zhuǎn)到bootloader所在位置（該位置是一個固定的位置，由BIOS設(shè)置）。（根據(jù)個人理解，BIOS的啟動和單片機啟動類似，需要采用相應(yīng)的硬件調(diào)試器進行固件的寫入，存儲在一定的flash 空間，設(shè)備上電啟動后讀取flash空間的指令，從而啟動BIOS程序。）

(b)啟動bootloader: 該部分已經(jīng)屬于嵌入式Linux軟件開發(fā)的部分，可以通過代碼修改定制相應(yīng)的bootloader程序，bootloader的下載通常是采用直接讀寫SD卡等方式。即編寫定制相應(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（通常是存儲區(qū)的第一個扇區(qū)）。此時需要在BIOS中設(shè)置，或者通過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，則BIOS初始化結(jié)束后，將跳轉(zhuǎn)到SD卡的位置去執(zhí)行bootloader,從而實現(xiàn)bootloader的啟動。

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相關(guān)機制傳遞給內(nèi)核，從而將系統(tǒng)的軟硬件環(huán)境帶到一個合適的狀態(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)啟動內(nèi)核：bootloader啟動完成初始化等相關(guān)工作之后，將調(diào)用內(nèi)核啟動程序。這就進入了實際的操作系統(tǒng)相關(guān)內(nèi)容的啟動了，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。

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

2. Arm-Linux 基本開發(fā)環(huán)境

前面介紹了ARM-Linux應(yīng)用開發(fā)和單片機開發(fā)的不同之處，相信你已經(jīng)對ARM-Linux應(yīng)用開發(fā)有了一個基本的認識了，下面將介紹一下ARM-Linux的基本開發(fā)環(huán)境。其主要包括硬件環(huán)境和軟件環(huán)境兩個部分，這里以iMX53和Ubuntu為例進行說明。

（1）硬件環(huán)境

開發(fā)板：ARM運行的硬件環(huán)境，或者是相應(yīng)項目的ARM電路板；

計算機：作為開發(fā)主機使用，安裝Linux(如Ubuntu)），或者采用虛擬機安裝Ubuntu；

串口線：用于開發(fā)過程中采用終端進行串口調(diào)試或下載程序；

網(wǎng)線：用于連接arm-board和開發(fā)主機，實現(xiàn)tftp下載內(nèi)核（程序等），通過網(wǎng)絡(luò)nfs運行程序等。

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

（2）軟件環(huán)境

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

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

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

minicom：串口調(diào)試工具，用于在開發(fā)主機上與arm-board通信，實現(xiàn)對arm-board上應(yīng)用程序的操作與調(diào)試；

Eclipse：集成開發(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進行編輯，通過LTIB進行編譯和管理。