嵌入式的基础知识

1.嵌入式操作系统结构

一般情况下分为硬件子系统和软件子系统；

硬件子系统主要包括：CPU小系统，电源模块，调试模块，时钟模块，接口模块，复位和配置模块；

软件子系统主要包括：驱动层，中间层，应用层

 

2.实时操作系统

实时的本质是任务的处理是可预测的，也就说在确定的时间内完成任务的处理；实时操作系统是指在规定的时间内完成任务的处理。

实时操作系统分为两类：硬实时和软实时：通常是从精度上讲，软实时一般大于千分之一秒；硬实时一般都是微秒级的。

 

3.嵌入式处理器分类

主要分为MCU（C51，AVR），MPU（ARM，MIPS，PPC，X86），SOC，DSP。

 

4.嵌入式操作系统

按照实时性来分，强实时的有Vxworks，uc/OS, OSE；弱实时的有WinCE，Linux。

 

5.make

主要作用是读入所有的makefile文件，初始化变量，推导出变量的隐晦规则，并分析规则，为所有的文件生成依赖关系链，根据依赖关系和文件修改情况，决定什么文件重新生成，然后执行生成命令。

 

6.makefle的作用

在通常的IDE集成环境中，不需要makefile，只需要建立好工程就可以了，因此IDE环境简单一些；开发中使用makefile的很大程度上是指定编译链接规则， 实现自动化编译，由于makefile在开发中需要自己指定，所以相对于IDE要灵活。

 

7.GCC开发工具

由于Linux下是没有图形界面的，因此提供了相应的开发工具；

• GCC：编译工具，主要参数如下：
• -v：查看编译器的版本；
• -c：只编译不链接；
• -o：链接，适合c文件；
• -g：编译时生成调试信息；
• -gdwarf-2：附带宏调试信息；
• -fomit-frame-pointer:
• -o1/2/3:编译优化选项；
• -l:指定头文件目录； 
• ld：与makefile结合使用链接目标文件；
• objdump：反汇编；
• strip：剥离符号信息，减少目标或lib的大小；
• gdb：命令行方式调试，-g参数编译elf可执行文件
• ddd：图形界面

 

8.交叉编译

什么是交叉编译？在一个平台上编译出来可在另一个平台上运行的可执行代码，这个过程叫做交叉编译，这个过程要关注一下平台使用的硬件架构和操作系统。

为什么要使用交叉编译？主要原因有两点：1.当我们的目标机尚未建立起来，必须借助交叉编译生成需要的bootloader和内核；2.目标机上有限的资源，主要表现在CPU的低性能和非常小的内存空间，对于编译来说，不可能在目标机上构建编译环境（只工具链就会占用很大的空间），因此，就在我们的PC上建立交叉编译的环境，以生成在目标机上可执行文件。

我们经常在windows下面利用VC++编译和调试C代码，最终生成可以在windows下可执行的程序；同样的道理，我们也可以在PC上（不论是windows还是linux）编译可在目标机上运行的可执行程序，唯一不同的是我们需要安装相对应的交叉编译工具链（cross complication tool chain）。举例如下：

• 在Windows PC上，利用ADS（ARM 开发环境），使用armcc编译器，则可编译出针对ARM CPU的可执行代码。

• 在Linux PC上，利用arm-linux-gcc编译器，可编译出针对Linux ARM平台的可执行代码。

• 在Windows PC上，利用cygwin环境，运行arm-elf-gcc编译器，可编译出针对ARM CPU的可执行代码。

交叉开发环境可以自己建立，也可以采用厂家封装好的集成开发环境，比较典型的集成交叉开发环境如下：

• ARM ADS or SDT
• MS E-VC or Windows Mobile
• WindRiver Tornado，用于Vxworks
• TI的CSS，用于DSP；
• Freescale的Codewarrior，用于PPC；
• GCC用于Linux的开发；

这里注意，创建交叉编译器的时候要注意版本匹配问题，特别是Linux，要注意软件包、Kernel、编译器三者版本要match；设置交叉环境时，要把Tools和代码路径、makefile相关项都设置正确。

 

如何创建交叉开发环境呢？

1.打开目标板上的NFS，要求内核支持NFS，打开相应选项；

2.建立Gdb和Gdb Server；

基于GDB进行APP的调试，调试命令主要有： 

• File:载入elf文件；
• Run：启动运行；
• List：显示当前的程序和函数；
• Break：设置断点；
• Delete b：删除断点；
• Next，step：单步运行；
• Continue：断点停止后继续执行；
• Bt，backtrace，显示调用栈；
• Print，查看变量；
• Display：动态监视变量；

 

 

9.模块编程

什么是模块？模块可以动态的改变内核的功能，这样做可以提高灵活性，主要用于前期调试代码时添加的调试模块；

工具主要有：1. insmod

2.lsmod

3.rmmod

模块的组成主要包括：内核头文件，模块加载和卸载的方法，设备的节点，File操作数据结构，open/close/write/read的方法，makefie

 

10.Bootloader

含义，boot是与硬件强相关的，主要是初始化硬件，为kernel的运行创造条件；loader是把kernel拷贝到内存中，并且跳转到相应地址开始运行；bootloader由于和硬件是强相关的，因此不同的CPU架构对应着不同类型的bootloader，主要有以下几种不同的bootloader，如下所示：

Bootloader                          CPU                           OS

Grub                                    X86                           linux，windows

Lilo                                      X86                           Linux

U-boot                                ARM，PPC，MIPS       Linux，Vxworks，PSOS

Redboot                              ARM                           eCos

Vivi                                     三星ARM                      Linux

Bootrom                             PPC                            Vxworks

Blob                                   Intel PXA系列               Linux

 

与主机通信协议：1.串口：kermit，xmodem，ymodem，速率较慢，适用于网口未初始化，相关工具主要有SecureCRT，putty；

2.网口：TFTP，NFS，速度很快；

 

不管是什么样的架构，bootloader遵循“stage1+stage2”原则：

• 与体系架构强相关，与体系架构无关；
• Flash+RAM；
• 汇编+C；

Stage1：通常使用汇编，初始化CPU的核心寄存器，RAM检查和初始化，拷贝代码到RAM中，设置堆栈，跳转到C入口处执行；

Stage2：通常是C语言，初始化CPU非核心寄存器，初始化相关外设，等待用户输入，如果用户在设定时间内无输入就拷贝内核和文件系统到内存中，然后跳转到内核入口；