Linux開發環境的建立步驟

傳統的嵌入式開發環境需要單片機的仿真器，包括C語言、匯編語言、調試工具等的集成開發環境IDE、實時操作系統等。

由于Flash技術的發展，仿真器已可以省去。隨著BDM調試工具的標準化，BDM調試工具會變得越來越簡單、越來越通用。

軟件方面，Linux下的自由軟件GNU gcc可以完成幾乎所有知名CPU以及DSP的交叉C編譯和調試，故IDE可以省去。

操作系統方面，uClinux、RTLinux、μC/OS等源碼開放的、免費的嵌入式操作系統也都性能穩定可靠。

因此，全部使用自由軟件開發嵌入式應用無疑是一種不錯的選擇。我們在32位MCU ColdFire上實現了上述全部開發過程。這一過程原則上也適合其它幾乎所有的32位嵌入式應用系統的開發。

　　1 提倡使用自由軟件開發嵌入式系統

　　自由軟件有強大的網上技術支持是公認的，不斷升級的新版本的推出表明了自由軟件強大的生命力。然而，使用自由軟件有一定的難度，首先要熟悉Linux的使用，學會看Linux下的幫助信息。然后是學會遇到問題如何解決。向高手請教是解決問題的辦法之一。在清華大學，校園網中的BBS是研究生交流的極好方式。還有一個方法是在網上搜索，因為您遇到的問題其他人以前或許也遇到過，解決辦法可能網上就有。再有一個辦法就是直接給作者發電子郵件。自由軟件有源碼、大多都有作者的Email 地址。我們體會使用Linux下的GNU gcc 等軟件的難點主要在使用環境的建立上，一旦使用環境建立起來了，僅僅是使用并不難。在國外，這部分工作有專門的系統管理員為你做好，而國內這部分工作往往要自己做，故增加了Linux系統的使用難度。以GNU gcc 為例，根據我們的研究生的經驗，建立并熟悉使用的過程大約需要2個月的時間。而熟悉一個買來的商業軟件也需要2周乃至1個月的時間。也就是說，買商業軟件可以節省1個月的時間。

　　2 Linux開發環境的建立

　　一個人用Linux開發嵌入式應用，可以在自己的PC機上裝一套Linux，例如，Red Hat Linux。可以使用Linux中的X windows(xterm)開若干個窗口用于編譯、下載、調試等；可以使用Linux中的emacs作文本編譯。Windows 中有的軟件在Linux 中幾乎都有。但由于多數人對Linux環境和Linux中的應用程序不熟悉，寧愿用PC上基于Windows的操作系統，此時可以在Windows環境下裝上Cygwin軟件。GNU中的Cygwin是在Windows下運行Linux的自由軟件。但我們發現，Cygwin的兼容性似乎不太好，在有的PC機上能裝得上，有的PC機上裝不上。Cygwin的安裝過程要兩三個小時，有時裝到一半出現錯誤很不好處理。據說VMWare的Windows版本也可以在Windows環境下開出Linux的窗口，但VMWare不是自由軟件。

　　我們采用的辦法是用1臺PC機運行Linux作為服務器。開發小組中每個成員都可以通過局域網用Telnet登錄到這臺Linux服務器上去，被開發的目標板也掛在網上。在服務器的Linux環境下，用GNU gcc編譯生成目標代碼，再用FTP傳回到自己的PC機上，然后通過串行口或網絡下載到目標機上。BDM工具主要用于硬件調試。因為BDM工具的支持軟件也是Linux下的自由軟件，故BDM工具只能接在Linux服務器的并口上。硬件調試完成后，可以把Debug程序寫入Flash，然后就不需要BDM工具了。
檢驗開發環境是否建立好了得有1塊目標板。在開發環境建立起來之前，冒然設計自己的硬件，難度較大。可以用商家提供的評估板作為目標板先把開發環境建立起來。可以通過用GNU gcc 編譯uClinux 然后下載到目標板上運行的辦法來熟悉Linux下 GNU gcc的開發環境，檢驗開發環境是否已建立好。如果是購買第3方的硬件，則要特別小心。有些惡劣廠商的產品的確可以運行uClinux，但其是在軟件或硬件中做了些陷阱，使用戶只能用他的硬件。

　　3 GNU gcc交叉編譯器

　　運行于Linux操作系統下的自由軟件GNU gcc編譯器，不僅可以編譯Linux操作系統下運行的應用程序、編譯Linux本身，還可以作交叉編譯，編譯運行于其它CPU上的程序。可以作交叉編譯的CPU（或DSP）涵蓋了幾乎所有知名廠商的產品。用于嵌入式應用的、眾所周知的CPU包括：Intel的i386、Intel960、AMD29K、ARM、M32、MIPS、M68K、ColdFare、PowerPC、68HC11/12、TI的TMS32等等。詳細列表可查看http://gcc.gnu.org/reading網站。

　　GNU gcc編譯器是一套完整的交叉C編譯器，包括：
　　◇ C交叉編譯器 gcc；
　　◇ 交叉匯編工具 as；
　　◇ 反匯編工具 objdump；
　　◇ 連接工具 Ld；
　　◇ 調試工具 gbd。

　　可以用批處理文件 makefile 將上述工具組合成方便的命令行形式。makefile 是用bash語言寫的。bash語言是很像BASIC語言的一種命令解釋語言，范例可以從網上獲得。

　　4 嵌入式操作系統

　　嵌入式應用中的操作系統多為實時操作系統。μC /OS是一個免費的小實時操作系統內核，內核代碼僅幾K~十幾K。已有10年的應用史，并已經被移植到了幾乎所有的嵌入式應用類CPU上。它的實時性、穩定性已得到世人的公認。由于μC/OS的商業價值，后來的μC /OS-II不再是免費的，但仍是一個低價位的操作系統。帶有文件系統、功能更強的嵌入式操作系統有uCLinux，它的內核需要至少512 KB存儲空間。面向各種不同的商業硬件平臺的、各種版本的uClinux的源碼在網上都可以找到。我們是從www. uclinux.org上下載uClinux源代碼的。用GNU gcc編譯,通過編譯運行uClinux熟悉了這一套開發環境。uClinux是一套很優秀的自由軟件，很多掌上電腦都是基于uClinux開發的，今后PC機上有什么軟件，掌上電腦（例如以ARM為CPU的掌上電腦）上就會有什么軟件。這些軟件都可以是基于uClinux的。uClinux不是實時的，而自由軟件RTLinux是實時的。由于上述操作系統都是有源碼的，其硬件相關部分可以通過定義一些函數移植上去。有 Linux的開發環境，有GNU gcc的C交叉編譯器，有操作系統的源代碼，就可以自如地設計自己的應用了。

　　經典的uClinux下載地址為http://www.uclinux.org，但對于某些平臺（比如ARM），用GOOGLE搜索一下uClinux+ARM往往能找到比uClinux.org更好的網址。不過Coldfire還是推薦用http://www.uclinux.org/ports/coldfire/，上面的版本是uClinux目前最主要的維護者Greg Ungerer（gerg@snapgear.com）開發的，是uClinux最原始、最規范的版本。
我們用的是：

　　◇ 內核代碼
　　（http://www.uclinux.org/ports/coldfire/source.html上的Full Source Distribution）
uClinux-dist-20020306.tar.gz

　　◇ 交叉編譯器
　　（http://www.uclinux.org/ports/coldfire/source.html上的M68K/ColdFire Binary Tools (m68k-elf tool chain) ）
m68k-elf-tools-20020218.tar.gz