Linux嵌入式開發(fā)入門（一）——初探嵌入式開發(fā)板的基本使用

嵌入式？！ 從哪里開始討論？

開發(fā)板其實和一臺電腦是同樣的道理，他同樣有計算、存儲的功能。同樣，對Linux的開發(fā)板來說，也會像PC一樣裝有一套系統(tǒng)，只是這套系統(tǒng)不是PC上最常用的Windows，而是Linux系統(tǒng)而已。

嵌入式的硬件結(jié)構(gòu)和PC其實沒有什么不同，都是由運算器、控制器、存儲器、輸入設(shè)備和輸出設(shè)備五大部分組成。

而嵌入式設(shè)備來說，總體看來，嵌入式系統(tǒng)具有便利靈活、性能價格比高、嵌入性強等特點，可以嵌入到現(xiàn)有 任何信息 家電和工業(yè)控制系統(tǒng)中。從軟件角度來看，嵌入式系統(tǒng)具有可修改性、系統(tǒng)所需配置要求較低、系統(tǒng)專業(yè)性和實時性較強等特點。

在這也不想說什么嵌入式的特點、分類等等的話題，這些內(nèi)容直接google即可，但是不得不簡單提出幾句，來過渡一下。

對于嵌入式硬件來說，是非常廣泛的，ARM、DSP、FPGA、STM32等等一大堆的嵌入式硬件平臺。從軟件角度來看，嵌入式的設(shè)備也是五花八門，uC/OS II、Arm-Linux、VxWorks、Windows CE等等，而我列舉的也才是其中對我來說出鏡率比較高的幾種，那么我在接下來的文章里面想要討論的主要還是 ARM架構(gòu)下的Linux系統(tǒng)的嵌入式開發(fā) 。

至于為什么？原因很簡單，就是ARM+Linux使用的范圍實在很廣。
那么其實還是從拿到的一塊開發(fā)板開始。

開發(fā)板的基本操作

Google一下開發(fā)板

我隨便google了一下，出現(xiàn)了一堆的開發(fā)板，對于這些開發(fā)板來說，長得都差不多，平時我們也都能看到類似的各類電路板。如果我們拆開過電腦，那么我們也會看到一堆的電路板，只是我們在使用電腦的時候，大部分這些板子都被包裝在了那些美麗的外殼底下而已。

當你拿到一臺PC的時候，無論他是筆記本還是臺式機，那么第一件事是干什么呢？

我想，第一件事，不要討論系統(tǒng)、配置什么的，那些都是次要的，我們肯定需要接線，如果不接線我們都沒辦法把他們打開，更別說使用了。（雖然筆記本有電池，我發(fā)現(xiàn)還是插電的比較多）

那么，我們給開發(fā)板接通了電源，上電后，如果開發(fā)板在出廠的時候就已經(jīng)燒好了“系統(tǒng)”（暫且這么說），那么我們可以開機使用了。以上對于PC來說，以上的步驟基本就是完成了的，除非這臺PC沒有系統(tǒng)，沒辦法正常啟動。

但是，我不得不說但是，對于很多的開發(fā)板來說其實都不一定有顯示屏，比喻上面的圖片，有屏幕的都是少數(shù)。
那么我們即使上電，開機了，也就只能看到幾盞小燈，無助的亮著，不時還沖你眨眨眼睛。

同樣，對于我們來說，用開發(fā)板是為了寫出自己的程序，來讓別人使用，而不是我們自己直接來用開發(fā)板。那么我們就需要考慮開發(fā)板是如何和電腦連接在一起，才能讓我們進行開發(fā)的。

  • Linux開發(fā)板的接線工具
開發(fā)板與PC的連接方案

上面這幅圖是一個ARM開發(fā)板的抽象圖，上面分布著各類元器件，但是，一般開發(fā)板都會提供兩個接口方便PC機使用，一個就是串口，另外一個就是JTag口。

JTag口就是類似下面的板子上面的黑色的插座，而串口就是底下那幅圖上的樣子，而上方的圖中也是具備一個串口的。其實還有網(wǎng)口，這個回頭再說。

JTag
串口

上面提到了關(guān)于開發(fā)板的接口問題，那么我們再來看看PC上面如果有對應的接口不就可以直接連接了嗎？

想法很好，但是對于PC來說，現(xiàn)在很少有電腦上直接有JTag的接口來直接和開發(fā)板連接了。那么我們?nèi)绻紤]使用串口，但是也很可惜，在現(xiàn)在的電腦上，也很少有串口。但是如果有串口，也是可以直接使用串口線，把開發(fā)板和PC直接連在一起的。

那么，如果PC上沒有串口，就不能和PC連接了嗎？顯然不是。

由第一幅圖可以看出，開發(fā)板與PC機相連的方案還是很多種選擇的（圖上每一種顏色都是一種方案）。總結(jié)如下：

  1. 如果計算機有串口，那么直接通過串口線連接就完成了開發(fā)板與PC機的連接。
  2. 如果計算機有并口，那么可以使用并口JTag轉(zhuǎn)接板與PC機連接在一起。

但是由于現(xiàn)在的計算機很多都沒有串口和并口，所以一般現(xiàn)在都會采用USB來連接開發(fā)板，所以需要有開發(fā)板的轉(zhuǎn)接板。使用USB連接的方案，也有兩種選擇：

  1. 使用USB串口卡連接開發(fā)板的串口和PC的USB口連接
  2. 另外一種方案是通過USB轉(zhuǎn)JTag板連接JTag和PC的USB口連接，來完成開發(fā)板和PC的連接。

其中OpenJTag的接口如圖所示，OpenJTag的接口比較豐富，可以直接使用OpenJTag上面的JTag口通過排線連接，也可以使用引線通過串口來實現(xiàn)PC和開發(fā)板的連接。
同樣也有的開發(fā)板直接是吧USB串口卡集成在了開發(fā)板上的情況，那么相對來說就簡單多了，直接使用一條USB連接線就可以完成PC和開發(fā)板的連接了。

那么只需要任意選擇其中一種方式，把開發(fā)板和PC連在了一起了。

完成了開發(fā)板和PC的連接，但是是否上電以后就可以直接的開發(fā)了呢？
顯然還是不行，這些硬件連接在一起還需要為這些硬件安裝對應的驅(qū)動程序，才能保證，這些設(shè)備能夠正行的運行。

驅(qū)動裝完后設(shè)備管理器里面會有設(shè)備（不需要同時都有，有一個就行了）

燒寫系統(tǒng)，需要使用JTag口實現(xiàn)，所以必須要在JTag的所提供的方案里面選擇，連接PC的并口或者PC的USB來連接。
如果使用并口來操作開發(fā)板，那么對于PC來說需要安裝并口的驅(qū)動程序，具體的并口驅(qū)動程序的安裝，需要參考對應的開發(fā)板的開發(fā)手冊，上面會有具體的介紹。

那么開發(fā)板上的程序運行的時候，會產(chǎn)生一些運算后的數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)應該從哪里輸出呢？
一般用串口比較多，應為串口的操作相對比較簡單。
如果沒有串口，那么需要使用USB串口卡來連接，同樣也是需要在PC安裝對應的USB串口的驅(qū)動。

** 以下部分采用的是三星的2440開發(fā)板，對于不同的開發(fā)板的具體操作可能存在差異，但操作的概念大體相同。**

  • 安裝對應的燒寫軟件
    我的開發(fā)板對應的燒寫oflash，只需要把軟件的目錄寫到對應的環(huán)境變量里面即可，方便在cmd下能夠在任意目錄執(zhí)行到oflash即可。

  • 安裝串口工具
    常用的串口工具比如SecureCRT，可以通過串口來管理開發(fā)板。我更喜歡使用的是XShell，里面也會帶有串口工具。并且XShell是一個免費軟件，我也不想去使用盜版或者破解版的軟件。

    • 具體設(shè)置如下：


      添加新的會話

      需要設(shè)置開發(fā)板的對應的串口號，波特率一般為115200，數(shù)據(jù)位一般為8位，停止位為1位，流控選為None。

用串口工具來操作已經(jīng)通過串口連接的開發(fā)板，并返回了數(shù)據(jù)

使用串口操作開發(fā)板的前提是開發(fā)板燒好了程序。

那么如果沒燒寫程序的裸板我們就需要給他燒寫裸板程序了，那么燒寫一般有四種方法：

  1. 使用并口工具燒寫
    • 接線
    • 使用oflash燒寫
    • 上電（并口里面沒有復位引腳，需要手動上電）
  2. OpenJTag
    • 接線
    • 使用oflash燒寫，燒寫完成后，有復位引腳，可以自動復位，不需要手動上電
  3. JLink：只能燒寫Nor flash，燒好u-boot.bin后，使用Nor啟動
  4. 通過nor上的uboot
    • 使用菜單通過usb燒寫
      • 連線
      • 進入u-boot的選項Download u-boot to xxx

      • 使用程序DNW把需要安裝的文件發(fā)送給開發(fā)板（需要連接usb host線，并安裝驅(qū)動）


      • 自動完成安裝過程
    • 使用tftp下載
      • 啟動tftp程序，指定文件目錄和Server的ip地址
      • 開發(fā)板nor啟動，進入U-boot
      • 設(shè)置set ipaddr 到同一網(wǎng)段
      • 設(shè)置set serverip 為pc的ip
      • 接入網(wǎng)線
      • 測試是否可以ping通pc（pc不能ping通開發(fā)板）

      • 命令tftp 30000000 文件名，來將文件文件下載到開發(fā)板


        uboot的分區(qū)情況
    • 燒寫前，先擦除nand erase 分區(qū)名（從多少地址到多少地址）
    • 使用 nand write 30000000 分區(qū)名，進行燒寫
    • 斷電，切換nand啟動，上電
  • 重燒系統(tǒng)：uboot、內(nèi)核、文件系統(tǒng)

    • uboot的燒寫和燒寫裸板程序的方法一樣（uboot本身就是一個裸板程序）

    • 燒寫內(nèi)核

      • uboot + usb Host + DNW（發(fā)送文件）來燒寫內(nèi)核


        • 使用dnw發(fā)送文件即可

    • uboot + tftp（下載文件） 燒寫系統(tǒng)

      • tftp 30000000 uImage
      • nand erase kernel（使用分區(qū)名代替起止內(nèi)存地址）
      • nand write.jffs2 3000000 kernel (使用jffs2進行校驗，把30000000的內(nèi)容燒寫到kernel分區(qū)中去)

    • 燒寫文件系統(tǒng)

      • uboot + DNW(使用jffs文件)


      • uboot + DNW(使用jffs2文件)


        • 使用dnw發(fā)送完畢后1，需要設(shè)置 bootargs

燒寫 JFFS2文件系統(tǒng)，需要設(shè)置 bootargs的 rootfstype=jffs2，命令如下： setenv bootargs 'root=/dev/mtdblock3 noinitrd init=/linuxrc console=ttySAC0,115200 rootfstype=jffs2 ' save, 2，同樣的，在 Linux下使用 dnw和 u-boot燒寫系統(tǒng)同樣需要設(shè)置 rootfstype，不再贅述。 燒寫 JFFS2文件系統(tǒng)不需要設(shè)置 rootfstype，設(shè)置了反而會報錯，導致系統(tǒng)無法啟動。 3，系統(tǒng)啟動后 nand flash 有壞塊是它的天然缺點，無法避免。有的壞塊多，有的少，純屬 幾率，不影響使用

  • uboot + tftp

    • 下載 tftp 3000000 fs_qtopia.faffs2
    • 擦除 nand erase root
    • 燒寫 nand write.yaffs 30000000 0x00260000 $(filesize) (這里不能直接使用root的分區(qū)，需要指定從3000000里寫到0x00260000的內(nèi)存，并且指定文件的大小$(filesize))

  • uboot打補丁、內(nèi)核打補丁

    • 先將uboot、內(nèi)核、補丁文件放入虛擬機中。
    • 解壓uboot，tar xjf uboot.tar.bz2

    • 用UE打開補丁文件（+++）是修改后的文件、（---）是被修改的文件，（-）刪除老文件的內(nèi)容，（+）添加的內(nèi)容


    • 進入要被修改的文件目錄
    • 執(zhí)行：patch -p1 < ../u-boot-1.1.6_jz2440.patch 其中p代表忽略補丁文件中，位置信息第幾個/符號之前的信息，比如-p1代表忽略u-boot-1.1.6/這部分信息，直接使用/board/和他之后的內(nèi)容來做定位文件。（根據(jù)執(zhí)行命令的的目錄和被打補丁的目錄的相對位置來確定-p的選項）
    • 將目錄創(chuàng)建壓縮文件 tar cjf uboot-1.1.6_jz2440.tar.bz u-boot-1.1.6，放到Windows下，方便查看（此步驟并非必須）
    • 在Linux下make編譯得到uboot.bin

  • 制作、燒寫根文件系統(tǒng)，以及初探驅(qū)動

    • 解壓縮文件系統(tǒng)的壓縮包到Linux服務(wù)器
    • 使用mkyaff2Image工具，在解壓的路徑中執(zhí)行，mkyaffs2image dir image_file 就會生成yaffs2文件，例如mkyaffs2image fs_mini_mdev fs_image.yaffs2
    • 把yaffs2文件燒寫到開發(fā)板上
    • 進入到uboot目錄，進入Download root_yaffs image選項
    • 通過nfs網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)把Linux服務(wù)器上之前生成的yaffs2文件發(fā)送到開發(fā)板上，nfs 下載的內(nèi)存地址 服務(wù)器地址:yaffs2路徑，例如nfs 192.168.1.19:work/nfs_root/tmp/fs.yaffs2（前提是虛擬機啟動了NFS服務(wù)）
    • 擦除nand erase root
    • 燒寫nand write.yaffs 259999 $(filesize)
    • 重啟reset

  • 設(shè)置NFS網(wǎng)絡(luò)文件系統(tǒng)服務(wù)

    • 在開發(fā)板上進行掛載NFS：用flash上的根文件系統(tǒng)啟動后，手工mount nfs mount -t nfs -o nolock,vers=2 192.168.1.19:work/nfs_root /mnt
    • 使用NFS作為根文件系統(tǒng)來啟動
      • 進入uboot
      • 設(shè)置bootargs : set bootargs noinitrd root=/dev/nfs nfsroot=192.168.1.19:/work/nfs_root/tmp ip=192.168.1.17:192.168.1.19:192.168.1.1:255.255.255.0::eth0:off init=/linuxrc console=ttySAC0
        服務(wù)器配置信息：nfsroot=[<server-ip>:]<root-dir>[,<nfs-option>]
        ip信息配置：ip=<client-ip>:<server-ip>:<gw-ip>:<netmask>:<hostname>:<device>:<autoconf>
    • 保存并重啟save、reset

  • 在win7下不能使用dnw的解決方案
    DNW的作用只是使用USB Host下載文件到開發(fā)板。

    • 使用網(wǎng)絡(luò)下載，手動擦除燒寫
      • 使用tftp進行下載
      • 使用nfs進行下載
    • 使用Linux服務(wù)器的DNW下載文件
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