【E問E答】嵌入式項目中使用Linux有哪些技巧？

　　微控制器制造商的開發板，以及他們與開發板一起提供的軟件項目例程，在工程師著手一個新設計時可以提供很大幫助。但在設計項目完成其早期階段后，進一步設計時，制造商提供的軟件也可能會導致一些問題。

　　使用實時操作系統作為應用程序代碼平臺的設計還面臨著許多挑戰，比如如何將功能分配給不同的并行任務、如何設計高可靠的進程間通信、以及如何在硬件上測試整個軟件包等問題。

　　越來越多的OEM廠商發現，避免上述兩個問題的最好方式，是使用基于開源、經過驗證、可擴展、可運行在不同硬件平臺的操作系統Linux開始新的設計。就已經被移植到各種計算機硬件平臺的操作系統的數量來說，Linux首屈一指。Linux的衍生版本已運行在非常廣泛的嵌入式系統中，包括：網絡路由器、移動電話、建筑自動化控制、電視機和視頻游戲控制臺。

　　雖然Linux被成功使用，但并不意味著它很容易使用。Linux包含的代碼超過一百萬行，其運作帶有鮮明的Linux方法論味道，初學者可能難以迅速掌握。

　　因此，本文的主旨是為使用Linux的嵌入式操作系統版本——μClinux，開始一個新的設計項目，該指南共分為五個步驟。為了說明該指南，本文介紹了在意法半導體的STM32F429微控制器(ARMCortex-M4內核，最高180MHz)上的一個μClinux項目實現，使用了Emcraft 的STM32F429DiscoveryLinux板支持包(BSP)。

　　步驟1：Linux工具和項目布局

　　每個嵌入式軟件設計都從選擇合適的工具開始。

　　工具鏈是一組連接(或鏈接)在一起的軟件開發工具，它包含諸如GNU編譯器集合(GCC)、binutils(一組包括連接器、匯編器和其它用于目標文件和檔案工具的開發工具)和glibc(提供系統調用和基本函數的C函數庫)等組件;在某些情況下，還可能包括編譯器和調試器等其它工具。

　　用于嵌入式開發的工具鏈是一個交叉工具鏈，更常見的叫法是交叉編譯器。

　　GNUBinutils是嵌入式Linux工具鏈的第一個組件。GNUBinutils包含兩款重要工具：

　　●“as”，匯編器，將匯編代碼(GCC所生成)轉換成二進制代碼

　　●“ld”，連接器，將離散目標代碼段連接到庫或形成可執行文件

　　編譯器是工具鏈的第二個重要組成部分。在嵌入式Linux，它被稱為GCC，支持許多種微控制器和處理器架構。

　　接下來是C函數庫。它實現Linux的傳統POSIX應用編程接口(API)，該API可被用來開發用戶空間應用。它通過系統調用與內核對接，并提供高階服務。

　　工程師有幾種C函數庫選擇：

　　●glibc是開源GNU項目提供的可用C函數庫。該庫是全功能、可移植的，它符合Linux標準。

　　●嵌入式GLIBC(EGLIBC)是一款針對嵌入式系統優化的衍生版。其代碼是精簡的，支持交叉編譯和交叉測試，其源代碼和二進制代碼與GLIBC的兼容。

　　●uClibc是另一款C函數庫，可在閃存空間有限、和/或內存占用必須最小的情況下使用。

　　調試器通常也是工具鏈的一部分，因為在目標機上調試應用程序運行時，需要一個交叉調試器。在嵌入式Linux領域，GDB是常用調試器。

　　上述工具是如此地不可或缺，但當它們各自為戰時，會花太長時間來編譯Linux源代碼并將其整合成最終映像(image)。幸運的是，Buildroot(自動生成交叉編譯工具的工具)會自動完成構建一個完整嵌入式系統的過程，并通過產生下述任一或所有任務，簡化了交叉編譯：

　　●交叉編譯工具鏈

　　●根文件系統

　　●內核映像

　　●引導映像

　　對嵌入式系統設計師來說，還可以方便地使用一種工具(utility)聚合工具，如BusyBox，這種工具將通常最需要的工具整合在一起。根據 BusyBox的信息頁面介紹，“它將許多常用UNIX工具的微型版本整合成一個小的可執行文件。它提供了對大多數你通常會在GNUfileutils和 shellutils等工具中看到的工具的替代。BusyBox里的工具通常比其全功能GNU對應版本的選擇少;但所包含選項所提供的預期功能和行為則與對應的GNU所提供的幾無差別。對任何小或嵌入式系統來說，BusyBox提供的環境都是相當完整的。”

　　最后一個重要工具是一款BSP，是為搭載了項目目標MCU或處理器的主板專門做的。

　　BSP包括預先配置的工具，以及將操作系統加載到主板的引導加載程序。它還為內核和器件驅動器提供源代碼(見圖1)。

　　圖1：用于STM32F429Discovery板的EmcraftBSP的主要部件