嵌入式Linux開發(fā)基礎(chǔ)及實驗

1、嵌入式Linux開發(fā)基礎(chǔ),一、Linux操作系統(tǒng)基礎(chǔ),1.1 Linux的起源與版本 1.2 Linux的特性和功能 1.3 Linux的內(nèi)核體系結(jié)構(gòu) 1.4 Linux常用命令 1.5 vi編輯器的使用,1.1.1 LINUX的起源,Linux最早是Linus Torvalds (李納斯托沃茲 )于1991年在芬蘭赫爾辛基大學原創(chuàng)開發(fā)的。 Linux是一種類Unix的操作系統(tǒng)，是一個完全免費的操作系統(tǒng)。,1.1.2 LINUX的版本,Linux內(nèi)核版本有兩種：穩(wěn)定版和開發(fā)版。 Linux內(nèi)核的命名機制：內(nèi)核版本由3部分數(shù)字構(gòu)成的（主版本號.次版本號. 修訂版本號，例如：2 . 4 . 18

2、） 如果次版本號是偶數(shù)，那么該內(nèi)核就是穩(wěn)定版；若是奇數(shù)，則是開發(fā)版。 *查看內(nèi)核版本命令：cat /proc/version 或 cat /etc/issue 或 uname -a,國內(nèi)外主要發(fā)行版本,國外： 1Red Hat Linux (fedora Linux) 2Ubuntu Linux 3SuSE Linux 4Mandrake Linux 5. Gentoo Linux,國內(nèi): 1紅旗 Linux 2中標普華 Linux 3共創(chuàng) Linux 4沖浪 Linux 5. 藍點 Linux,1.2 Linux的特性,1多任務、多用戶 2支持多種文件系統(tǒng) 3采用虛擬內(nèi)存管理技術(shù) 4良好的可

3、移植性 5豐富的網(wǎng)絡(luò)功能 6提供全部源代碼,1.3 Linux的內(nèi)核體系結(jié)構(gòu),Linux系統(tǒng)大致可分為3層： 靠近硬件的底層是常駐內(nèi)存的內(nèi)核 中間層是內(nèi)核之外的系統(tǒng)程序（Shell） 最高層是應用層即用戶程序,1.4 Linux常用命令,1.4.1 Shell 簡介： shell是用戶和Linux操作系統(tǒng)之間的接口，Linux中有多種shell，其中缺省使用的是bash。 Linux系統(tǒng)的shell作為操作系統(tǒng)的外殼為用戶提供使用操作系統(tǒng)的接口。它是一個命令語言解釋器，擁有自己內(nèi)建的shell命令集。 Linux命令行的一般格式為： 命令名 選擇項 參數(shù) (字母大小寫敏感),1.4.1 啟動登

4、錄命令,系統(tǒng)啟動成功后 （屏幕顯示localhost login: ） 輸入超級用戶名“root” 然后鍵入回車鍵； （屏幕顯示Password：） 輸入口令，口令不會在屏幕上顯示出來； 重新啟動系統(tǒng)命令：reboot 關(guān)閉系統(tǒng)命令：shutdown,1.4.2 文件目錄操作命令,ls 列出文件目錄命令：相當于dos下的dir。常用的參數(shù)：-a（顯示所有文件，包括隱藏的） -l （以詳細格式列出文件內(nèi)容） pwd顯示用戶當前工作路徑； cd 進出目錄命令: 與dos下一樣使用。 mkdir 建立新的目錄命令：mkdir new rmdir 刪除已存在的空目錄命令：rmdir new cp 復制

5、命令：相當于dos下的copy。 cp r 源文件 目的文件 （參數(shù)r 是指連同源文件中的子目錄一同拷貝）,文件目錄操作命令,rm刪除文件命令：rm -rf test （選項r是指連子目錄一塊刪除；f是指不經(jīng)確認強制刪除） mv移動目錄或文件命令：mv /home/a.tar /root ；也有重命名功能 mv old.tar new.tar cat文件顯示命令：顯示或連結(jié)一般的ascii文本文件。cat file1 顯示file1這個文件的內(nèi)容；cat file1 file2 順序顯示file1,file2 的內(nèi)容；cat file1 file2file3 把file1,file2連接再重定

6、向到file3。 more顯示一般文本文件命令：一般用于分頁顯示,1.4.3 用戶管理命令,useradd：創(chuàng)建一個新的用戶帳號； useradd newuser p 123456 指定密碼 userdel：刪除一個已存在的帳號； passwd：改變口令命令； su：切換用戶（超級用戶切換不需要密碼）； su newuser,1.4.4 進程及任務管理命令,ps進程查看命令。 常用選項：-e顯示所有進程-f全格式-l長格式。 top顯示系統(tǒng)當前的進程和其他狀況。 執(zhí)行過程中可以使用交互命令： 立即刷新顯示；h或者?顯示幫助；m 切換顯示內(nèi)存信息；t 切換顯示進程和CPU狀態(tài)信息；c 切換顯示命

7、令名稱和完整命令行；M 根據(jù)駐留內(nèi)存大小進行排序；P 根據(jù)CPU使用百分比大小進行排序；q 退出。 kill終止進程命令。 格式：kill -s 信號 進程號 例如：kill 123 命令將終止PID(進程號)為123的進程,1.4.5 磁盤及文件系統(tǒng)管理命令,df 顯示各分區(qū)磁盤空間使用情況。 mount 掛載文件系統(tǒng)命令。 格式：mount 選項 設(shè)備 目錄 - a 把/etc/fstab中列出的文件系統(tǒng)都掛載上。 umount 卸載文件系統(tǒng)命令。 格式： umount 選項 目錄 -f 強制執(zhí)行卸載操作，可能會造成數(shù)據(jù)丟失。 gzip文件壓縮命令。 格式： gzip 選項 壓縮（解壓縮）

8、的文件名 gzip ramdisk gunzip ramdisk.gz,1.4.6 軟件安裝命令,tar 文件壓縮和軟件包解壓命令。 格式：tar 選項 文件名.tar.gz -z采用壓縮方式；-x解壓軟件包內(nèi)容；-v顯示過程信息；-f指定軟件包名稱；-t查看軟件包內(nèi)容；-c創(chuàng)建一個軟件包； 例如：tar xzvf abc.tar.gz將軟件包解壓到當前路徑中。 rpm 軟件包功能命令。 -i安裝軟件包：rpm -i abc.rpm ； -U升級軟件包：rpm U abc.rpm ； -qa查看已安裝的全部軟件包：rpm -qa | grep abc ；（ grep 是文件內(nèi)容查找命令） -e

9、刪除已安裝的軟件包：rpm -e abc 。,1.4.7 網(wǎng)絡(luò)配置命令,ping查看網(wǎng)絡(luò)主機是否工作。ping 選項 主機名/IP地址 ifconfig查看和配置網(wǎng)卡命令。 格式：ifconfig 選項 interface address netmask address up|down -a查看所有網(wǎng)卡狀態(tài)；-V查看該命令版本信息；-s查看統(tǒng)計信息； 例如：ifconfig eth0 up,1.5 vi編輯器的使用,Vi是一個高級文本編輯器。它可以執(zhí)行輸出、刪除、查找、替換等眾多文本操作而且用戶可以根據(jù)自己的需要對其進行定制，這是其他編輯程序所沒有的。 Vi有三種基本工

10、作模式：命令行模式，文本輸入模式，末行模式。,1.5.1 Vi三種工作模式,命令行模式：不管處于何種模式，只要按一下ESC鍵即可使vi進入命令行模式；此時從鍵盤上輸入的任何字符都被當作編輯命令來解釋。 文本輸入模式：在命令模式下輸入插入命令i等都可以進入文本輸入模式；在該模式下輸入的任何字符都被當做文件內(nèi)容保存起來。 末行模式：在命令模式下按“: ”鍵即可進入末行模式；此時會在顯示窗口的末行顯示一個冒號作為末行模式的提示符，等待用戶輸入命令。,1.5.2 vi的進入與退出,進入vi：在shell模式下鍵入vi及需要編輯的文件名即可。例如：vi example.txt 退出vi：首先按ESC鍵進

11、入命令模式，然后輸入:進入末行模式，末行模式下輸入q直接退出；wq（或x）保存后退出；q!不保存強制退出。,二、嵌入式Linux開發(fā)基礎(chǔ),2.1 嵌入式Linux簡介 2.2 Linux與uC/OS-II的區(qū)別 2.3 Linux交叉開發(fā)模式 2.4 Linux開發(fā)環(huán)境的建立 2.5 Linux 編譯環(huán)境和源代碼的安裝,2.1 嵌入式Linux簡介,Linux原本被設(shè)計為桌面系統(tǒng)，現(xiàn)在廣泛應用于服務器領(lǐng)域。而更大的影響在于它正逐漸應用于嵌入式設(shè)備。最早的嵌入式Linux發(fā)行版本是為沒有MMU的處理器而設(shè)計的，進而發(fā)展了一個完整的開發(fā)平臺，包括編譯、調(diào)試等工具。 具有大量的開源的linux應用程

12、序和驅(qū)動程序，并可以方便地移植到各種平臺，包括ARM平臺。,2.2 Linux與uC/OS-II的區(qū)別,1.功能性 Linux包含一整套的編譯、調(diào)試等開發(fā)工具、內(nèi)核源代碼、各種文件系統(tǒng)、圖形接口、各種協(xié)議、驅(qū)動程序以及豐富的應用程序。 而uC/OS-II確切的來說只是一個微內(nèi)核，僅僅包含多任務調(diào)度、簡單內(nèi)存管理等基本的多任務操作系統(tǒng)元素，且多任務調(diào)度算法和內(nèi)存管理等都比較簡單。對于想實現(xiàn)GUI、協(xié)議等都必須另外購買或者移植，對于設(shè)備驅(qū)動程序沒有提供專門統(tǒng)一的接口。,Linux與uC/OS-II的區(qū)別,2.開發(fā)工具 Linux發(fā)布中包含了編譯器和調(diào)試器等工具，它們都采用GCC編譯器，匯編語法一致

13、。 uC/OS-II沒有指定編譯器，在不同的平臺下使用不同的編譯器，而各個編譯器，其匯編語法不同，因此，在不同類型平臺下，匯編程序不一致。,Linux與uC/OS-II的區(qū)別,3.開發(fā)資源 在開發(fā)上，Linux采用統(tǒng)一的API調(diào)用，接口文檔齊全，書籍、網(wǎng)上資源也比較多。 uC/OS-II雖沒有標準的API接口，但是其內(nèi)核非常簡單、簡潔，且書籍、網(wǎng)上資源也非常豐富。,Linux與uC/OS-II的區(qū)別,4.移植性 Linux發(fā)布中包含了多種平臺下的移植，可以通過配置內(nèi)核選擇體系結(jié)構(gòu)和裁剪內(nèi)核。 uC/OS-II的不同平臺下的移植通過不同的移植代碼獨立發(fā)布，沒有一個統(tǒng)一的界面，通過宏定義進行內(nèi)核裁

14、剪。,Linux與uC/OS-II的區(qū)別,5.實時性 Linux內(nèi)核不關(guān)心實時性問題，可以通過和RTLinux配合來實現(xiàn)實時。 RTLinux處理實時任務，非實時任務由linux完成 RTLinux是為linux提供實時性的方法，同樣也適用于Linux。通過RTLinux的patch，可以滿足Linux對實時性的需求 uC/OS-II采用搶占式內(nèi)核，實時性好。,2.3 Linux交叉開發(fā)模式,Linux交叉開發(fā)采用宿主機和目標機的模式進行。宿主機是一臺運行Linux（如RedHat）的PC機，目標機即JXARM9-2410教學實驗系統(tǒng)。 開發(fā)時使用宿主機上的交叉編譯、匯編及連接工具形成可執(zhí)行的

15、二進制代碼，這種代碼并不能在宿主機上執(zhí)行，而只能在目標機上執(zhí)行。然后把可執(zhí)行文件下載到目標機上運行。文件下載，可以使用串口，以太網(wǎng)口等。,GNU交叉編譯器,Linux采用GNU交叉編譯器 GNU的交叉編譯器，包括以下組件： 1.Gcc交叉編譯器，即在宿主機上開發(fā)、編譯 目標機上可運行的二進制文件； 2.Binutils輔助工具，包括objdump、objcopy等； 3.Gdb調(diào)試器。 對于ARM可以采用如下兩個版本的編譯器： arm-elf- 和 arm-linux-,2.3.1 Linux內(nèi)核的開發(fā),Linux交叉開發(fā)包括Linux內(nèi)核的開發(fā)和Linux應用程序的開發(fā)。 Linux內(nèi)核的開

16、發(fā)：在主機的RedHat Linux操作系統(tǒng)下安裝Linux發(fā)行包以及交叉編譯器arm-linux-gcc。然后對Linux進行配置(make menuconfig) ，然后編譯生成Linux映像文件zImage。最后通過u-boot的tftp命令將該文件下載到目標板并執(zhí)行。,Linux內(nèi)核開發(fā)流程,2.3.2 Linux應用程序的開發(fā),Linux應用程序的開發(fā)在宿主機一端的操作與內(nèi)核開發(fā)類似，都使用arm-linux-gcc編譯器編譯應用程序，所不同的是，編譯生成的是elf格式的文件，而不是Linux映像文件。 編譯生成的應用程序可以通過多種方式進行調(diào)試；如下：,常用的調(diào)試方式,1、Linu

17、x應用程序以文件的方式直接將elf格式的文件加入到文件系統(tǒng)中，更新整個文件系統(tǒng)，然后運行目標機Linux系統(tǒng)并運行應用程序。 2、運行目標機Linux系統(tǒng)，然后在目標機Linux系統(tǒng)中通過一些工具軟件將宿主機中的應用程序通過以太網(wǎng)下載到目標機，如NFS、FTP、TFTP等。 3、在宿主機端將Linux應用程序拷貝到U盤，然后運行目標機Linux系統(tǒng)，然后在目標機Linux系統(tǒng)中通過掛載U盤，在U盤上運行應用程序。,2.4 Linux開發(fā)環(huán)境建立,單機模式（一臺計算機） 1. Linux環(huán)境，推薦RedHat 9.0 2. Windows環(huán)境 + VMWare虛擬機（安裝RedHat 9.0）

18、雙機模式（兩臺計算機） Windows + Linux,在linux環(huán)境下進行Linux開發(fā),Linux的程序編輯、編譯、調(diào)試都在Linux環(huán)境進行。 調(diào)試信息的打印可以通過串口完成，使用linux下的minicom超級終端程序，接收并顯示目標板傳送的打印信息(在windows下可以使用超級終端或DNW)。 Linux串口驅(qū)動完成后，可以通過內(nèi)核打印函數(shù)printk向串口打印信息，這是Linux內(nèi)核調(diào)試過程中最有效的手段,在Windows+VMWare虛擬機環(huán)境下進行Linux開發(fā),VMWare是運行于Windows中的一個應用程序，是一個虛擬機，可以在其上安裝多個操作系統(tǒng)，相當于在Windo

19、ws上安裝一個虛擬的操作系統(tǒng)。 如果需要使用在Windows環(huán)境下調(diào)試的調(diào)試器，可通過在VMWare中安裝linux虛擬機，在虛擬機中進行編輯、編譯Linux，然后通過網(wǎng)絡(luò)（ftp、nfs、ssh）等手段傳送到Windows中，進行調(diào)試，這樣編譯和調(diào)試可以分別在linux和windows環(huán)境下但是是在一臺電腦中完成。 也可以在兩臺電腦中分別安裝linux和windows，分別實現(xiàn)編譯和調(diào)試。,安裝Redhat 9.0 Linux,嵌入式開發(fā)通常要求宿主機配置有網(wǎng)絡(luò)，支持NFS（為Linux應用程序開發(fā)時使用），支持TFTP 服務器（為內(nèi)核下載和燒寫使用）。 在安裝之前必須準備一定的空間給Lin

20、ux，先用分區(qū)軟件劃分出至少4G空間。 安裝時請選擇完全安裝，即選擇Custom定制安裝，在配置Firewall 時請選擇No Firewall，在選擇軟件Package時選擇最后一項everything，即完全安裝。,配置以太網(wǎng),本實驗箱中均假設(shè)宿主機的IP地址為80；$ifconfig eth0 80 。 驗證網(wǎng)絡(luò)是否配置成功： 1. 首先將宿主機使用普通網(wǎng)線接入局域網(wǎng)或者使用直連網(wǎng)線與另外一臺計算機進行連接。 2. 在局域網(wǎng)內(nèi)另外一臺計算機上，保證其IP地址在同一網(wǎng)段。192.168.1.xxx 3. ping 80 測試

21、連通。,配置TFTP服務器,檢查宿主機端的TFTP(簡單文件傳輸協(xié)議)服務是否已經(jīng)開通,此步驟只在第一次時使用，以后可忽略。 開通宿主機上的TFTP服務，對于Redhat 9.0， 執(zhí)行: $setup 選擇System services 將其中的tftp一項選中，并去掉ipchains和iptables兩項服務(防火墻相關(guān)服務)。然后還要選擇Firewall configuration，選中No firewall。,選擇System services,選中tftp一項,選擇Firewall configuration，選中No firewall,退出setup，執(zhí)行如下命令以啟動TFTP服務

22、：$service xinetd restart 。 配置完成后，簡單測試一下TFTP服務器是否可用，即自己tftp自己。 $cp /home/cvtech/jx2410/images/zImage /tftpboot/ $tftp 80 tftpget zImage,正確的結(jié)果如下圖所示：,配置NFS服務器,可以通過主機系統(tǒng)的圖形界面來配置NFS（網(wǎng)絡(luò)文件系統(tǒng)）服務。 也可以通過命令行配置： 編輯/etc/exports文件 $vi /etc/exports添加如下行/tftpboot 192.168.1.* (rw) 其中“/tftpboot”是共享的目錄，也是目標系

23、統(tǒng)的根文件系統(tǒng)目錄；“192.168.1.*”表示該服務提供給所有的主機和網(wǎng)絡(luò)。,要注意的是，在使用nfs服務時請確認防火墻沒有限制nfs服務，并且，在系統(tǒng)服務中portmap服務是啟動運行的。 測試nfs服務：首先在80上建立目錄/home/tmp，然后用超級用戶執(zhí)行下列命令 $mount 80:/tftpboot /home/tmp 查看目錄“/home/tmp”的內(nèi)容與“/tftpboot”里面完全一樣，則確定NFS服務可用。,2.5 Linux 編譯環(huán)境和源代碼的安裝,復制JXARM9-2410光盤上linux文件夾到PC機中 進入linux

24、目錄 $cd linux ；然后執(zhí)行腳本文件linuxinstall，該程序?qū)⒆詣影惭b編譯器，和Linux源代碼等。$./linuxinstall 在安裝之前請確保已經(jīng)建立cvtech用戶名，并保證以root登陸。,三、嵌入式Linux實驗,3.1 U-BOOT基礎(chǔ) 3.2 Linux文件系統(tǒng) 3.3 Linux內(nèi)核目錄結(jié)構(gòu) 3.4 Linux內(nèi)核配置 3.5 Linux內(nèi)核編譯 3.6 Linux映像下載并運行,3.1 U-BOOT基礎(chǔ),Bootloader是系統(tǒng)加電后運行的第一段代碼。（功能類似于PC中的BIOS） Bootloader有兩種不同的操作模式：自主模式（加載操作系統(tǒng)，正常工作

25、模式）和下載模式（先下載后加載，用于開發(fā)和更新階段） U-boot 是一款優(yōu)秀的Bootloader，支持多種嵌入式處理器和多種系統(tǒng)的引導。,U-BOOT常用命令,md存儲區(qū)顯示 該命令以16進制和ASCII碼方式顯示存儲區(qū)，支持數(shù)據(jù)寬度擴展。 mm存儲區(qū)修改 提供了一種交互式地修改存儲器內(nèi)容的方式，支持數(shù)據(jù)寬度擴展。 erase 擦除flash存儲器 扇區(qū)是一次擦除的最小單位，扇區(qū)編號從0開始；bank是連接到CPU的同一片選信號的一個或者多個FLASH芯片組成的flash存儲器區(qū)域， bank編號從1開始。 示例：era 40040000 402fffff（兩個地址必須是扇區(qū)的起始地址）e

26、ra 1:6-8 （擦除bank1中的6到8扇區(qū)）,U-BOOT常用命令,cmp 存儲區(qū)比較； 用來測試兩個存儲器區(qū)域是否相同 可按不同寬度來訪問存儲器：32位 cmp.l或 cmp（默認32位）；16位 cmp.w；8位 cmp.b 示例： cmp 100000 40000000 400 ; md 100000 C ; md 40000000 C cp存儲區(qū)復制； 用于存儲器復制，同樣也支持數(shù)據(jù)寬度擴展。 示例：cp 40000000 100000 10000,U-BOOT常用命令,3.下載運行命令 loadb 經(jīng)由串口線加載二進制文件； 示例：# loadb 100000 Kermit s

27、end /bin/tftpboot/zImage Kermit connect tftp 經(jīng)由網(wǎng)線加載映像文件(TFTP協(xié)議)； 示例： tftp 30008000 zImage go 從某地址處開始運行 示例：go 30008000,U-BOOT常用命令,4. 環(huán)境變量操作 printenv 打印環(huán)境變量； setenv 設(shè)置環(huán)境變量； 示例： setenv ipaddr 80 saveenv 保存環(huán)境變量； run 運行環(huán)境變量中的命令。 示例：run bootlinux,3.2 Linux文件系統(tǒng),文件系統(tǒng)指文件存在的物理空間。在Linux系統(tǒng)中，每個分區(qū)都是一個文件系統(tǒng)，都有自己的目錄層次結(jié)構(gòu)。 Virtual File System（虛擬文件系統(tǒng)）使得Linux可以支持多個不同的文件系統(tǒng)。由于系統(tǒng)已將Linux文件系統(tǒng)的所有細節(jié)進行了轉(zhuǎn)換，所以Linux核心的其它部分及系統(tǒng)中運行的程序?qū)⒖吹浇y(tǒng)一的文件系統(tǒng)。 Linux的虛擬文件系統(tǒng)允許用戶同時能透明地安裝許多不同的文件系統(tǒng)。虛擬文件系統(tǒng)是為Linux用戶提供快速且高效的文件訪問服務而設(shè)計的。,常用Linux文件系統(tǒng),Linux系統(tǒng)核心可以支持十多種