ARM(IMX6U)嵌入式软件裸机开发之环境搭建与配置

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前沿

Ubuntu 和 Windows 文件互传

Ubuntu 下 NFS 和 SSH 服务开启

 Ubuntu 交叉编译工具链安装

Source Insight 软件安装和使用

Visual Studio Code 软件的安装和使用

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前沿

为什么我们要学习裸机开发呢？

        1、裸机开发是了解所使用的 CPU 最直接、最简单的方法，比如使用的 I.MX6U，跟STM32 一样，裸机开发是直接操作 CPU 的寄存器。Linux 驱动开发最终也是操作的寄存器，但是在操作寄存器之前要先编写一个符合 Linux 驱动的框架。同样一个点灯驱动，裸机可能只需要十几行代码，但是 Linux 下的驱动就需要几十行代码。
        2、大部分 Linux 驱动初学者都是从 STM32 转过来的，Linux 驱动开发和 STM32 开发区别很大，比如 Linux 没有 MDK、IAR 这样的集成开发环境，需要我们自己在 Ubuntu 下搭建交叉编译环境。
        3、裸机开发是连接 Cortex-M（如 STM32）单片机和 Cortex-A(如 I.MX6U)处理器的桥梁。

        要进行裸机开发肯定要先搭建好开发环境，我们在开始学习 STM32 的时候肯定需要安装一堆的软件，比如 MDK、IAR、串口调试助手等等，这个就是 STM32 的开发环境搭建。同样的，要想在 Ubuntu 下进行 Cortex-A(I.MX6U)开发也需要安装一些软件，进行开发环境的搭建，环境搭建好以后我们就可以进行开发了。环境搭建分为 Ubuntu 和 Windows，因为我们最熟悉 Windows，所以代码编写、查找资料啥的肯定是在 Windows 下进行的。但是 Linux 开发又必须在 Ubuntu 下进行，所以还需要搭建 Ubuntu 下的开发环境，主要是交叉编译器的安装，所以接下来分为：Ubuntu 和 Windows，介绍这两种系统下环境的搭建。

Ubuntu 和 Windows 文件互传

        在开发的过程中会频繁的在 Windows 和 Ubuntu 下进行文件传输，比如在 Windwos 下进行代码编写，然后将编写好的代码拿到 Ubuntu 下进行编译。Windows 和 Ubuntu 下的文件互传我们需要使用 FTP 服务，设置方法如下：

1.开启Ubuntu下的FTP服务

打开 Ubuntu 的终端窗口，然后执行如下命令来安装 FTP 服务：

sudo apt-get install vsftpd

等待软件自动安装，安装完成以后使用 VI 命令打开/etc/vsftpd.conf，命令如下：

sudo vi/etc/vsftpd.conf

打开 vsftpd.conf 文件以后找到如下两行：

local_enable=YES
write_enable=YES

确保上面两行前面没有“#”，有的话就取消掉，完成以后如图 下所示：

修改完 vsftpd.conf 以后保存退出，使用如下命令重启 FTP 服务： 

sudo /etc/init.d/vsftpd restart

2、Windows下FTP客户端安装

Windows 下 FTP 客户端我们使用 FileZilla，这是个免费的 FTP 客户端软件，可以在 FileZilla
官网下载，下载地址如下：https://www.filezilla.cn/download，下载界面如下图所示：

 打开 FileZilla 软件，界面如下图所示：

 3、FileZilla 软件设置

        Ubuntu 作为 FTP 服务器，FileZilla 作为 FTP 客户端，客户端肯定要连接到服务器上，打开站点管理器，点击：文件->站点管理器，打开以后如下图所示：

        点击图中的“新站点(N)”按钮来创建站点，新建站点以后就会在“我的站点”下出现新建的这个站点，站点的名称可以自行修改，比如我将新的站点命名为“Ubuntu”如下图所示： 

        选中新创建的“Ubuntu”站点，然后对站点的“常规”进行设置，设置如下图所示：

        按照上图中设置好以后，点击“连接”按钮，第一次连接可能会弹出提示是否保存密码的对话框，点击确定即可。连接成功以后如下图所示：

        连接成功以后如图上图所示，其中左边就是 Windows 文件目录，右边是 Ubuntu 文件目录，默认进入用户根目录下（比如我电脑的“/home/zhangyu”）。但是注意观察在图上中Ubuntu 文件目录下的中文目录都是乱码的，这是因为编码方式没有选对，先断开连接，点击：服务器(S)->断开连接，然后打开站点管理器，选中要设置的站点“Ubuntu”，选择“字符集”，如下图所示：

        按照上图设置好字符集以后重新连接到 FTP 服务器上，重新链接到 FTP 服务器以后Ubuntu 下的文件目录中文显示就正常了，如下图所示 ：

         如果要将 Windows 下的文件或文件夹拷贝到 Ubuntu 中，只需要在上图中左侧的Windows 区域选中要拷贝的文件或者文件夹，然后直接拖到右侧的 Ubuntu 中指定的目录即可。将 Ubuntu 中的文件或者文件夹拷贝到 Windows 中也是直接拖放。

Ubuntu 下 NFS 和 SSH 服务开启

1.NFS 服务开启

        后面进行 Linux 驱动开发的时候需要 NFS 启动，因此要先安装并开启 Ubuntu 中的 NFS服务，使用如下命令安装 NFS 服务：

sudo apt-get install nfs-kernel-server rpcbind

        等待安装完成，安装完成以后在用户根目录下创建一个名为“linux”的文件夹，以后所有的东西都放到这个“linux”文件夹里面，在“linux”文件夹里面新建一个名为“nfs”的文件夹，如下图所示：

        上图中创建的 nfs 文件夹供 nfs 服务器使用，以后我们可以在开发板上通过网络文件系统来访问 nfs 文件夹，要先配置 nfs，使用如下命令打开 nfs 配置文件/etc/exports：

sudo vi/etc/exports

 重启 NFS 服务，使用命令如下：

sudo /etc/init.d/nfs-kernel-server restart

SSH 服务开启

        开启 Ubuntu 的 SSH 服务以后我们就可以在 Windwos 下使用终端软件登陆到 Ubuntu，比如使用 SecureCRT，Ubuntu 下使用如下命令开启 SSH 服务：

sudo apt-get install openssh-server

        上述命令安装 ssh 服务，ssh 的配置文件为/etc/ssh/sshd_config，使用默认配置即可。

 Ubuntu 交叉编译工具链安装

1.交叉编译器安装

        ARM 裸机、Uboot 移植、Linux 移植这些都需要在 Ubuntu 下进行编译，编译就需要编译器，我们在前边文章Ubuntu下Linux C编程里面已经介绍了如何在 Liux 进行 C 语言开发，里面使用 GCC 编译器进行代码编译，但是 Ubuntu 自带的 gcc 编译器是针对 X86 架构的！而我们现在要编译的是 ARM 架构的代码，所以我们需要一个在 X86 架构的 PC 上运行，可以编译 ARM 架构代码的 GCC 编译器，这个编译器就叫做交叉编译器，总结一下交叉编译器就是：

• 它肯定是一个 GCC 编译器。
• 这个 GCC 编译器是运行在 X86 架构的 PC 上的。
• 这个 GCC 编译器是编译 ARM 架构代码的，也就是编译出来的可执行文件是在 ARM 芯片上运行的。

        交叉编译器中“交叉”的意思就是在一个架构上编译另外一个架构的代码，相当于两种架构“交叉”起来了。

        交叉编译器有很多种，我们使用 Linaro 出品的交叉编译器，Linaro 是一间非营利性质的开放源代码软件工程公司，Linaro 开发了很多软件，最著名的就是 Linaro GCC 编译工具链(编译器)，关于 Linaro 详细的介绍可以到 Linaro 官网查阅。Linaro GCC 编译器下载地址如下：
https://releases.linaro.org/components/toolchain/binaries/4.9-2017.01/arm-linux-gnueabihf/

打开以后的界面如下图所示：

         在上图中有很多种交叉编译器，我们只需要关注这两种: gcc-linaro-4.9.4-2017.01-i686_arm-linux-gnueabihf.tar.tar.xz 和 gcc-linaro-4.9.4-2017.01-x86_64_arm-linux-gnueabihf.tar.xz，第一个是针对 32 位系统的，第二个是针对 64 位系统的。根据自己所使用的 Ubuntu 系统类型选择合适的版本，比如我安装的 Ubuntu 16.04 是 64 位系统，因此我要使用 gcc-linaro-4.9.4-2017.01-x86_64_arm-linux-gnueabihf.tar.xz。

        我们要先将交叉编译工具拷贝到 Ubuntu 中，在上边我们在当前用户根目录下创建了一个名为“linux”的文件夹，在这个 linux 文件夹里面再创建一个名为“tool”的文件夹，用来存放一些开发工具。使用前面已经安装好的 FileZilla 将交叉编译器拷贝到 Ubuntu 中刚刚新建的“tool”文件夹中，操作如下图所示，且成功完成的话FileZilla会有提示。

         在 Ubuntu 中创建目录：/usr/local/arm,命令如下：

sudo mkdir /usr/local/arm

        创建完成以后将刚刚拷贝的交叉编译器复制到/usr/local/arm 这个目录中，在终端使用命令“ cd” 进入 到 存放 有交 叉编 译 器的 目录 ，比如我前面将交叉编译器拷贝到了目录“/home/zuozhongkai/linux/tool”中，然后使用如下命令将交叉编译器复制到/usr/local/arm 中：

sudo cp gcc-linaro-4.9.4-2017.01-x86_64_arm-linux-gnueabihf.tar.xz /usr/local/arm/ -f

操作如下图所示：

拷贝完成以后在/usr/local/arm 目录中对交叉编译工具进行解压，解压命令如下：

sudo tar -vxf gcc-linaro-4.9.4-2017.01-x86_64_arm-linux-gnueabihf.tar.xz

        等待解压完成，解压完成以后会生成一个名为“gcc-linaro-4.9.4-2017.01-x86_64_arm-linuxgnueabihf”的文件夹，这个文件夹里面就是我们的交叉编译工具链。

        修改环境变量，使用 VI 打开/etc/profile 文件，命令如下：

sudo vi /etc/profile

        打开/etc/profile 以后，在最后面输入如下所示内容：

export PATH=$PATH:/usr/local/arm/gcc-linaro-4.9.4-2017.01-x86_64_arm-linux-gnueabihf/bin

         添加完以后的/etc/profile如下图所示：

        修改好以后就保存退出，重启 Ubuntu 系统，交叉编译工具链(编译器)就安装成功了。

2.安装相关的库

        在使用交叉编译器之前还需要安装一下其它的库，命令如下：

sudo apt-get install lsb-core lib32stdc++6

        等待这些库安装完成

3.交叉编译器验证

        首先查看一下交叉编译工具的版本号，输入如下命令：

arm-linux-gnueabihf-gcc -v

        如果交叉编译器安装正确的话就会显示版本号，如下图所示：

        从上图中可以看出当前交叉编译器的版本号为 4.9.4，说明交叉编译工具链安装成功。在前边的介绍中我们使用 Ubuntu 自带的 GCC 编译器，我们用的是命令“gcc”。要使用刚刚安装的交叉编译器的时候使用的命令是“arm-linux-gnueabihf-gcc”，“arm-linux-gnueabihfgcc”的含义如下：

• arm 表示这是编译 arm 架构代码的编译器。
• linux 表示运行在 linux 环境下。
• gnueabihf 表示嵌入式二进制接口。
• gcc 表示是 gcc 工具。

        最好的验证方法就是直接编译一个例程，我们就编译第一个裸机例程“1_leds”试试，在前面创建的 linux 文件夹下创建 driver/board_driver 文件夹，用来存放裸机例程，如图下图所示：

         将第一个裸机例程“1_leds”拷贝到 board_driver 中，然后执行 make 命令进行编译，如下图所示：

        从上图中可以看到例程“1_leds”编译成功了，编译生成了 led.o 和 led.bin 这两个文件，使用如下命令查看 led.o 文件信息： 

file led.o

        结果如下图所示：

        从上图中可以看到 led.o 是 32 位 LSB 的 ELF 格式文件，目标机架构为 ARM，说明我们的交叉编译器工作正常。 

Source Insight 软件安装和使用

        由于这个软件是付费的，所以我不太喜欢用这个软件开发，先介绍一下下，我在开发过程中还是喜欢用Visual Studio Code.

1. Source Insight 安装

        Source Inisght 是一款功能强大的代码编辑、阅读工具，工作在 Windows 下，我们可以Source Insight来进行代码编写和阅读，编写完成以后将代码拷贝到 Ubuntu中去编译即可。SourceInsight 下载地址为：https://www.sourceinsight.com/download/，如下图所示：

        双击“sourceinsight4086-setup.exe”即可开始安装，首先是如下图所示欢迎界面 ：

        点击上图所示的“Next”按钮进入下一步，如下图所示：

        选择上图中的“I accept the terms in the license adreement”，然后点击“Next”按钮，进入安装目录选择界面，根据自己的实际情况选择合适的安装目录，如下图所示：

        选择好安装目录以后点击“Next”按钮，进入图 4.4.1.5 所示的准备安装界面：

        点击上图中的“Install”按钮开始安装，等待安装完成，安装完成以后如下图所示：

        点击上图中的“Finish”按钮退出安装，安装成功以后会在桌面上出现 Source Insight4.0 的图标，如下图所示： 

        双击图标打开 Source Inisght 4.0，第一次打开的话会有 Licese 提示，因为 Source Insight 4.0 是个收费软件，所以是需要购买 License 的，如果没有购买的话可以免费体验 30 天，如下图所示：

        在上图中，如果你已经购买了 licese 那么就选择第一个，如果没有购买 licese 的话就选择第二个免费体验 30 天，选择好以后点击“Next”按钮，进入下图所示界面

        填写完上图中的信息，然后点击“Next”，填写好以后一路“Next”下去就可以了，打开以后的默认界面如下图所示

        至此 Source Insight 安装完成。

2. Source Insight 新建工程

        跟 MDK、IAR 一样，Source Insight 是需要创建工程的，但是远没有 MDK 和 IAR 那么复杂，先新建一个工程文件夹， 比如 test，test 用来存放工程所有文件，包括 Source Insight 工程文件和 C 语言源码文件。

        注意！Source Insight 的工程不能有中文路径！！！！！！

Visual Studio Code 软件的安装和使用

1.Visual Studio Code 的安装

        Visual Stuio Code 和 Source Insight 一样，都是编辑器，Visual Studio Sode 本教程以后就简称为 VSCode，VSCode 是微软出的一款编辑器，但是免费的。VSCode 有 Windows、Linux 和macOS 三个版本的，是一个跨平台的编辑器。VSCode 下载地是：https://code.visualstudio.com/，下载界面如下图所示：

        在上图中下载自己想要的版本，本教程需要 Windows 和 Linux 这两个版本，所以下载这两个即可。

Windows 版本安装（傻瓜式安装）

        Windows 版本的安装和容易，和其他 Windows 一样，双击.exe 安装包，然后一路“下一步”即
可，安装完成以后在桌面上就会有 VSCode 的图标，如下图所示：

         双击图上图打开 VSCode，默认界面如下图所示：

 Linux 版本安装

        我们有时候也需要在 Ubuntu 下阅读代码，所以还需要在 Ubuntu 下安装 VSCode。然后我们使用如下命令进行安装：

sudo dpkg -i code_1.32.3-1552606978_amd64.deb

        等待安装完成，如下图所示：

2. Visual Studio Code 插件的安装

        VSCode 支持多种语言，比如 C/C++、Python、C#等等，本教程我们主要用来编写 C/C++称序的，所以需要安装 C/C++的扩展包，扩展包安装很简单，如下图所示：

        我们需要按照的插件有下面几个： 

• 1)、C/C++，这个肯定是必须的。
• 2)、C/C++ Snippets，即 C/C++重用代码块。
• 3)、C/C++ Advanced Lint,即 C/C++静态检测 。
• 4)、Code Runner，即代码运行。
• 5)、Include AutoComplete，即自动头文件包含。
• 6)、Rainbow Brackets，彩虹花括号，有助于阅读代码。
• 7)、One Dark Pro，VSCode 的主题。
• 8)、GBKtoUTF8，将 GBK 转换为 UTF8。
• 9)、ARM，即支持 ARM 汇编语法高亮显示。
• 10)、Chinese(Simplified)，即中文环境。
• 11)、vscode-icons，VSCode 图标插件，主要是资源管理器下各个文件夹的图标。
• 12)、compareit，比较插件，可以用于比较两个文件的差异。
• 13)、DeviceTree，设备树语法插件。
• 14)、TabNine，一款 AI 自动补全插件，强烈推荐，谁用谁知道！

        如果想要查看已经安装好的插件，可以按照下图的方法进行查看：

        安装好插件以后就可以进行代码编辑了，截至目前，VSCode 界面都是英文环境，我们已经安装了中文插件了，最后将 VSCode 改为中文环境，按下“Ctrl+Shift+P”打开搜索框，在搜索框里面输入“config”，然后选择“Configure Display Language”。如下图所示：

        在打开的 local.json 文件中将 locale 修改为 zh-cn，如图下图所示：

        修改完成以后保存 local.json，然后重新打开 VSCode，测试 VSCode 就变成了中文的了，如下图所示：

3.Visual Studio Code 新建工程

        新建一个文件夹用于存放工程，比如我新建的文件夹目录为 E:\VScode_Program\1_test，路径尽量不要有中文和空格。打开 VSCode，然后在 VSCode 上点击文件->打开文件夹…，选刚刚
创建的“test”文件夹，打开以后如下图所示：

        从上图可以看出此时的文件夹“TEST”是空的，点击文件->将工作区另存为…，打开工作区命名对话框，输入要保存的工作区路径和工作区名字，如下图所示：

        工作区保存成功以后，点击图上图中的“新建文件”按钮创建 main.c 和 main.h 这两个文件，创建成功以后 VSCode 如下图所示：

         从下图可以看出，此时“实验 TEST”中有main.c 和 main.h，这三个文件和文件夹同样会出现在“实验TEST文件夹中，如下图所示：

         在main.h中输入如下所示内容：

# include

int add(int a, int b)

        在main.c中输入如下所示内容：

# include 

int add(int a, int b)

{
    return (a+b);

}

int main(void)
{
    int value = 0;
    value = add(5,6);
    printf("5 + 6 = %d", value);
    return 0;


}

        代码编辑完成以后VSCode 界面如图所示：

         从上图可以看出，VSCode 的编辑的代码高亮很漂亮，阅读起来很舒服。但是此时提示找不到“stdio.h”这个头文件，如下图所示错误提示：

        在上图中提示找不到“main.h”，同样的在 main.h 文件中会提示找不到“stdio.h”。这是因为我们没有添加头文件路径。按下“Ctrl+Shift+P”打开搜索框，然后输入“Edit configurations”，选择“C/C++:Edit configurations…”，

        C/C++的配置文件是个 json 文件，名为：c_cpp_properties.json，此文件默认内容如下图所示：

        c_cpp_properties.json 中的变量“includePath”用于指定工程中的头文件路径，但是“stdio.h”是 C 语言库文件，而 VSCode 只是个编辑器，没有编译器，所以肯定是没有 stdio.h 的，除非我们自行安装一个编译器，比如 CygWin，然后在 includePath 中添加编译器的头文件。这里我们就不添加了，因为我们不会使用 VSCode 来编译程序，这里主要知道如何指定头文件路径就可以了。

        我们在 VScode 上打开一个新文件的话会覆盖掉以前的文件，这是因为 VSCode 默认开启了预览模式，预览模式下单击左侧的文件就会覆盖掉当前的打开的文件。如果不想覆盖的话采用双击打开即可，或者设置 VSCode 关闭预览模式，设置如下图所示：

        我们在编写代码的时候有时候会在右下角有如下图所示的警告提示：

        这是因为插件 C/C++ Lint 打开了几个功能，我们将其关闭就可以了，顺便也可以学习一下VSCode 插件配置方法， 如下图所示：

         在 C/C++ Lint 配置界面上找到 CLang:Enable、Cppcheck:Enable、Flexlint:Enable 这个三个，然后取消掉勾选即可，下图所示：

         按照上图所示取消这三个有关 C/C++ Lint 的配置以后就不会有图所示的错误提示了。但是关闭 Cppcheck:Enable 以后 VSCode 就不能实时检查错误了，大家根据实际情况选择即可。