LINUX

嵌入式初学者入门的第一个“项目”就是LED点灯,那么,本文带你看看51、STM32、Linux点灯有什么区别?

51点灯

51点灯,是很多单片机初学者的首选,难度也是相对比较低的。

准备工作:

  • 51开发板(以STC51单片机为例)

  • Keil C51、STC-ISP下载软件

51单片机开发,通常是直接操作寄存器,比如P1_0对应LED的IO口。

源代码:

#include <reg51.h>

sbit LED = P1^0;

void main()
{
    LED = 0;

    while(1);
}

STM32点灯

相对于51点灯,STM32点灯难度系数要大一点,因为STM32外设资源更多,启动文件更复杂,很多新手看到之后直接就放弃了。

其实,也很简单,下面分别通过寄存器和标准外设库点灯,你就知道明白了。

准备工作:

  • STM32开发板

  • Keil MDK、ST-LINK Utility下载软件

1.寄存器版本

直接操作寄存器,需要深入理解每个寄存器每个bit位的含义(不建议初学者一开始就学寄存器),而且,源码看起来比较多:

#include "stm32f4xx.h"

/* 主函数*/
int main(void)
{
    /*开启 GPIOH 时钟,使用外设时都要先开启它的时钟*/
    RCC_AHB1ENR |= (1<<7);

    /* LED 端口初始化 */
    /*GPIOH MODER10 清空*/
    GPIOH_MODER &= ~( 0x03<< (2*10));

    /*PH10 MODER10 = 01b 输出模式*/
    GPIOH_MODER |= (1<<2*10);

    /*GPIOH OTYPER10 清空*/
    GPIOH_OTYPER &= ~(1<<1*10);

    /*PH10 OTYPER10 = 0b 推挽模式*/
    GPIOH_OTYPER |= (0<<1*10);

    /*GPIOH OSPEEDR10 清空*/
    GPIOH_OSPEEDR &= ~(0x03<<2*10);

    /*PH10 OSPEEDR10 = 0b 速率 2MHz*/
    GPIOH_OSPEEDR |= (0<<2*10);

    /*GPIOH PUPDR10 清空*/
    GPIOH_PUPDR &= ~(0x03<<2*10);

    /*PH10 PUPDR10 = 01b 上拉模式*/
    GPIOH_PUPDR |= (1<<2*10);

    /*PH10 BSRR 寄存器的 BR10 置 1,使引脚输出低电平*/
    GPIOH_BSRR |= (1<<16<<10);  //点灯

    while (1);
}

.标准外设库版本

标准外设库,就是ST官方已经把寄存器进行封装过一次,你直接调用函数借口即可。

#include "stm32f10x.h"

/*  LED时钟端口、引脚定义*/
#define LED_PORT       GPIOC   
#define LED_PIN       GPIO_Pin_0
#define LED_PORT_RCC            RCC_APB2Periph_GPIOC

void LED_Init()
{
    GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;        //定义结构体变量

    RCC_APB2PeriphClockCmd(LED_PORT_RCC, ENABLE);

    GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = LED_PIN;                //选择你要设置的IO口
    GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_Out_PP;      //设置推挽输出模式
    GPIO_InitStructure.GPIO_Speed=GPIO_Speed_50MHz;       //设置传输速率
    GPIO_Init(LED_PORT,&GPIO_InitStructure);              //初始化GPIO 

    GPIO_SetBits(LED_PORT, LED_PIN);                       //将LED端口拉高,熄灭LED
}

int main()
{  
  LED_Init();
  GPIO_ResetBits(LED_PORT,GPIO_Pin_0);//点灯

    while(1);
}

Linux点灯

Linux点灯,相对来说就更复杂了。当然,有一些已经搭建好的环境,就相对简单一点,也比较容易。如果自己一步一步移植系统、写驱动···就很复杂。

1.树莓派

我们这里以【开源库wiringPi】为例:

1、下载U-boot源码,配置、编译;

2、下载Linux内核、配置、编译(一般开发板都会有现成的配置文件);

3、制作跟文件系统;(以上三个步骤,如果没有一定的Linux基础,可以使用一键烧写)

4、移植开源库WiringPi;

5、查看电路图找到LED对应的引脚,程序需要用到引脚号;

6、编码、交叉编译;

7、下载运行。

准备工作做好之后,点灯的源码就比较简单:

#include <wiringPi.h>

int main(void)
{
    wiringPiSetup() ;
    pinMode (7, OUTPUT);
    gitalWrite(7, HIGH);
    while(1);
}

2.Linux驱动点灯

在所有的点灯方法中,这个方法难度系数极高,涵盖了嵌入式开发从上层应用到底层驱动。步骤涉及了驱动代码编写、Linux内核模块添加、移植操作系统、Linux应用程序编写。

这里分享一下mini2440经典LED驱动源码:

#include <linux/init.h>
#include <linux/module.h>
#include <linux/fs.h>
#include <linux/miscdevice.h>
#include <linux/ioctl.h>
#include <linux/gpio.h> 
#include <mach/regs-gpio.h> 
#include "led.h" 

static int led_open(struct inode *inode, struct file *file)
{  
    s3c2410_gpio_cfgpin(S3C2410_GPB(5), S3C2410_GPIO_OUTPUT);
    s3c2410_gpio_setpin(S3C2410_GPB(5), 1);   
    return 0;
} 

static int led_ioctl(struct inode *inode, struct file *file, unsigned int cmd, unsigned long arg)
{  
    switch (cmd) {  
        case LED_ON:    
            s3c2410_gpio_setpin(S3C2410_GPB(5), 0);    
            return 0;  
        case LED_OFF:    
            s3c2410_gpio_setpin(S3C2410_GPB(5), 1);    
            return 0;  
        default:    
            return -EINVAL;  
        }
} 

static struct file_operations led_fops = {  
    .owner = THIS_MODULE,  
    .open = led_open,  
    .ioctl = led_ioctl,
}; 

static struct miscdevice led_misc = {  
    .minor = MISC_DYNAMIC_MINOR,  
    .name = "led",  
    .fops = &led_fops,
}; 

static int led_init(void){  
    return misc_register(&led_misc);
} 

static void led_exit(void){  
    misc_deregister(&led_misc);
} 

MODULE_LICENSE("Dual BSD/GPL");
module_init(led_init);
module_exit(led_exit);

驱动写了,然后就是应用层代码:

#include <sys/types.h>
#include <sys/stat.h>
#include <fcntl.h>
#include <sys/ioctl.h>
#include <unistd.h>
#include <stdio.h>
#include "led.h" 

int main(void){        
    int fd;         
    fd = open("/dev/led", O_RDWR);         
    if (fd < 0) {                
        printf("No such device!\n");                
        return -1;        
    }         
    while (1) {                
        ioctl(fd, LED_ON);                
        sleep(1);                
        ioctl(fd, LED_OFF);                
        sleep(1);        
        }         

    close(fd);         
    return 0;
}

最后

点灯是基础,如果你从事嵌入式开发,我觉得这些点灯是最基础的第一步。

可能第一步很难,但走过第一步,相信下一步就会变得更容易。

来源:嵌入式专栏
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单片机、Cortex-M、Linux它们和嵌入式有什么区别?

跑 Linux 操作系统需要什么处理器?ARM9、ARM11?

Cortex-M比ARM9更新,为什么不能跑Linux?

相信很多小伙伴都有类似这样的疑问,下面围绕Cortex-M、 ARM、 Linux来讲讲相关内容。

ARM和Cortex-M

ARM处理器的体系结构定义了指令集(ISA)和基于这一体系结构下处理器的模型。ARM的指令集从ARMv1发展到今天的ARMv9,每一次体系结构的修改都会添加实用技术。

“Cortex-M可以跑Linux操作系统吗?"

在ARMv6之前,其内核指令集架构都是单一款式,但在ARMv7开始,其指令集架构变成3种款式,即目前大家熟知的Cotex-M、 Cotex-R、 Cotex-A,或者ARMv7-A、ARMv7-R、 ARMv7-M这三款。

  • Cotex-M:主要指微处理器;

  • Cotex-R:主要指实时性处理器;

  • Cotex-A:主要指应用型处理器;

值得注意的是,Cortex-M下的处理器没有内存管理单元MMU。

内存管理单元MMU

MMU:Memory Management Unit,内存管理单元。

内存管理单元主要负责从虚拟地址到物理地址的映射,并在硬件层对内存访问权限的检查。

在Linux等多用户、多进程的操作系统中,MMU使得各个用户进程都有独立的地址空间,以防止内存越界。

“图2
图2 MMU的地位

MCU都有一个地址集和,被称为虚拟地址范围。以Cortex-M 32为机为例,虚拟地址范围为0 ~ 0xFFFFFFFF (4G地址空间)。

当该控制器寻址一个256M的内存时,它的可用地址范围被限定为0 ~ 0x0FFFFFFF(256M)。

1.在没有内存管理的处理器中,虚拟地址被直接发送到内存总线上,以读写该地址下的物理存储器。

这里拓展阅读:无MMU抢占式操作系统的抢占工作原理

2.在有内存管理的控制器中,虚拟地址首先被发送到MMU中,被映射为物理地址后再发送到内存总线上。

“图3
图3 内存管理机制

注:上图仅简单反映内存管理的映射机制,其他暂不做讨论。

MMU虚拟内存管理最主要的作用是让每个进程有独立的地址空间。

不同进程中的同一个虚拟地址被MMU映射到不同的物理地址,并且在某一个进程中访问任何地址都不可能访问到另外一个进程的数据,这样使得任何一个进程由于执行错误指令或恶意代码导致的非法内存访问都不会意外改写其它进程的数据,不会影响其它进程的运行,从而保证整个系统的稳定性。

另一方面,每个进程都认为自己独占整个虚拟地址空间,这样链接器和加载器的实现会比较容易,不必考虑各进程的地址范围是否冲突。

Liunx操作系统

操作系统通常分为实时操作系统和非实时操作系统。

1.实时操作系统大多为单进程、多线程(多任务),因此不涉及到线程间的地址空间分配,不需要使用MMU,例如ucos、 FreeRTOS、 RT-Thread等。

2.Linux系统属于非实时性操作体统,多进程是其主要特点,可以参考文章:Linux是实时系统还是分时操作系统?

以Ubuntu为例,打开一个shell并且查看bash进程的地址范围如图4,它的地址范围为0x0000000000400000~0xffffffffff600000。

“图4
图4 shell 1中的bash地址

我们打开另一个shell,查看该shell中bash进程的地址范围,如图5。不难发现,两个不同bash进程的地址范围完全相同。其实操作系统或者用户在fork()进程时完全不需要考虑物理内存的地址分配,该工作由微控制器的内存管理单元MMU来做。

“
图5 shell 2中的bash地址

既然是多进程依赖了内存管理单元,那么在使用嵌入式Linux时只开一个进程可以吗?肯定是不可行的!开机后即使用户什么都不做,可见的系统运行必须的进程已经运行了几十至上百个,如图6。

“图6
图6 进程树

总结

通过上述描述我们可以知道,Linux操作系统对MMU(内存管理单元)有极强的依赖,若在没有内存管理单元的CPU中运行Linux,恐怕整个系统只能停留在Uboot阶段了。

由于ARM的Cortex-M处理器没有内存管理单元,,一般来说不建议跑Linux操作系统。

当然,任何事情都不是绝对的,如果你重写了Linux内核且搭配足够大的内存芯片,从理论上来说是可以省掉MMU的。

但是,这样的工作量,真的值得吗?实际上,MMU就是为了解决操作系统越来越复杂的内存管理而产生的。

来源:致远电子,StrongerHuang
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cathy@eetrend.com)。

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新唐全新开发板 Chili 为何可让使用者在 40 分内完成 Linux 下的应用开发

物联网联机方式

目前物联网世界非常普及使用以太网络与Wi-Fi。而且相关的网络应用需求逐年变高,除了以太网与Wi-Fi 之外,蓝芽、小无线等无线传输接口也越来越风行。而使用以太网络、Wi-Fi这些联机装置,通常需要搭配操作系统来让让以太网络与网络设备的操作可以更有效率、更加的快速。

网络的操作需要多样的TCP/IP的协议,由于这些网络传输的协议对于一般微控制器用户是一大难题。大部分微控制器用户对于网络的控制并不熟悉。因此,衍生出带有以太网络协议的Wi-Fi或者以太网络模块产品。模块产品可以大大的降低微控制器用户跨入连网装置的门坎。也提供微控制器用户,在对于网络协议不熟悉的问题,可以简单的来做网络的操作与控制。

使用年限变短

物联网的发展越来越快速,连云的装置也越来越多,相对的连云装置需要搭配的安全传输协议也越来越多样化。也因网络安全,云的协议机制也一直在改变,导致以模块为主的网络传输产品会有时无法满足时代的变迁。模块在使用中,并无法随时更换里面的传输协议,所以产品常常会在使用过程中产生无法联机的状况。让联网的产品的使用年限变短了。

Linux 操作系统可以解决

在Linux的操作系统下。联云的技术可以被解决,不像是在一般实时操作系统(RTOS)下会有这些问题。且在Linux下可以很简单、快速的来完成联机的协议。因LinuxOS下,大部分联机协议都是采开放式源码的方式在社群中大量地被使用,也因为社群的发达,让更多的人在Linux下使用这些协议,也可以更多人协同处理找到更多的安全问题,并且可以及时被更新。LinuxOS 下可以达到快速开发、更加安全、协同研发等目的,并且让产品更加完善。

进入 Linux 的困难点

通常在微控制器的用户要进入Linux的以太网络世界是非常困难的。困难点会在于下列几点。

① Linux的交叉编译环境架设

一个交叉编译的环境在安装,通常需要一天去建构一个交叉编译的环境。非常浪费研发者的时间

② 硬件系统规划

微控制器用户在配置Linux下的IO需要对此产品有非常深入的了解。在Linux下的硬件配置并不是相对的容易

③ Linux下网络联机的样品程序使用

Linux下非常多的网络协议选择,哪一些是和使用者使用,需要有更进一步的研究才可以让使用者更快速地来使用

Chili 小辣椒网络模块解决上述三大问题

新唐科技为了解决用户进入Linux操作系统开发过程中会遇到的大部分问题,推出了Chili小辣椒网络模块,Chili可以解决大部分微控制器使用者进入到Linux OS第一步的问题。主要解决了上述三大问题。

① 交叉编译的环境

新唐科技协助客户预先建置一个虚拟的Linux交叉编译环境。使用者只需要下载这个虚拟环境,直接打开就可以使用,不需额外再安装任何编译工具,而且虚拟环境包含了Chili的软件开发,使用者不需要另外下载。

② 硬件系统规划

新唐科技提供的Chili小模块,价格相对于其他Linux开发工具包便宜许多,Chili模块包含了各种硬件设计与工业使用的I/O配置。也把内存的规划做好了,使用者只需要拥有Chili模块,马上就可以在上面做Linux操作系统的应用开发。

③ Linux下网络应用程序

Chili提供基本网络会使用到的基础网络应用,包含了web server (http), CGI,USB Host Wi-Fi 、USB Host 照相机,USB host Disk等多样以太网络的样板程序。除此之外,也提供了BuildRoot的机制,可以让使用者使用勾选的方法,将网络上开放原码的网络应用程序都可以使用,还不需要自己去做相依套件的编译。使用者只要专心的去开发所要做的联机外围控制。

新唐全新开发板 Chili 让你在 40 分内完成 Linux 下的应用开发

新唐的官网可以找到Chili相关的信息。Chili已经包含了一个开机放上可以执行的Linux操作系统。用户拿到硬件后马上就可以使用,并且快速开发自己的应用。新唐科技希望提供给大家更多方便、有效率的工具,让大家可以在研发的速度与效率上有大幅度的提升,也可以加快产品推上市场的速度。

转自:新唐MCU(ID:nuvoton_mcu)

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想要玩转Linux,这8项技能不可缺

demi的头像

只有成长一名Linux工程师之后,才能知道一路走来,背后的心酸。如果你在学习Linux,那么强烈推荐你选择RHEL和Centos作为学习的Linux发行版本,在公司及企业当中他们是使用最多的,毕竟学习除了本身是爱好,其次也是为了就业。Centos是RHEL的克隆版本,免费使用,二个发行版没有任何区别。成长为一名Linux工程师,只需要掌握以下方面的技能,那日常工作一点问题都没有。

嵌入式Linux系统移植主要由四大部分组成:
  •   搭建交叉开发环境;
  •   bootloader的选择和移植;
  •   kernel的配置、编译、和移植;
  •   根文件系统的制作;

第一部分:搭建交叉开发环境

先介绍第一分部的内容:搭建交叉开发环境,首先必须得思考两个问题,什么是交叉环境? 为什么需要搭建交叉环境?

先回答第一个问题,在嵌入式开发中,交叉开发是很重要的一个概念,开发的第一个环节就是搭建环境,第一步不能完成,后面的步骤从无谈起,这里所说的交叉开发环境主要指的是:在开发主机上(通常是我的pc机)开发出能够在目标机(通常是我们的开发板)上运行的程序。嵌入式比较特殊的是不能在目标机上开发程序(狭义上来说),因为对于一个原始的开发板,在没有任何程序的情况下它根本都跑不起来,为了让它能够跑起来,我们还必须要借助pc机进行烧录程序等相关工作,开发板才能跑起来,这里的pc机就是我们说的开发主机,想想如果没有开发主机,我们的目标机基本上就是无法开发,这也就是电子行业的一句名言:搞电子,说白了,就是玩电脑!

然后回答第二个问题,为什么需要交叉开发环境?主要原因有以下几点:

原因1:嵌入式系统的硬件资源有很多限制,比如cpu主频相对较低,内存容量较小等,想想让几百MHZ主频的MCU去编译一个Linux kernel会让我们等的不耐烦,相对来说,pc机的速度更快,硬件资源更加丰富,因此利用pc机进行开发会提高开发效率。

原因2:嵌入式系统MCU体系结构和指令集不同,因此需要安装交叉编译工具进行编译,这样编译的目标程序才能够在相应的平台上比如:ARM、MIPS、POWEPC上正常运行。

交叉开发环境的硬件组成主要由以下几大部分:

1.开发主机
2.目标机(开发板)
3.二者的链接介质,常用的主要有3中方式:
    (1)串口线
    (2)USB线
    (3)网线

对应的硬件介质,还必须要有相应的软件“介质”支持:

1.对于串口,通常用的有串口调试助手,putty工具等,工具很多,功能都差不多,会用一两款就可以;

2.对于USB线,当然必须要有USB的驱动才可以,一般芯片公司会提供,比如对于三星的芯片,USB下载主要由DNW软件来完成;

3.对于网线,则必须要有网络协议支持才可以,常用的服务主要两个

  •   tftp服务:主要用于实现文件的下载,比如开发调试的过程中,主要用tftp把要测试的bootloader、kernel和文件系统直接下载到内存中运行,而不需要预先烧录到Flash芯片中,一方面,在测试的过程中,往往需要频繁的下载,如果每次把这些要测试的文件都烧录到Flash中然后再运行也可以,但是缺点是:过程比较麻烦,而且Flash的擦写次数是由限的;另外一方面:测试的目的就是把这些目标文件加载到内存中直接运行就可以了,而tftp就刚好能够实现这样的功能,因此,更没有必要把这些文件都烧录到Flash中去

  •   nfs服务:主要用于实现网络文件的挂载,实际上是实现网络文件的共享,在开发的过程中,通常在系统移植的最后一步会制作文件系统,那么这是可以把制作好的文件系统放置在我们开发主机PC的相应位置,开发板通过nfs服务进行挂载,从而测试我们制作的文件系统是否正确,在整个过程中并不需要把文件系统烧录到Flash中去,而且挂载是自动进行挂载的,bootload启动后,kernel运行起来后会根据我们设置的启动参数进行自动挂载,因此,对于开发测试来讲,这种方式非常的方便,能够提高开发效率。

另外,还有一个名字叫samba的服务也比较重要,主要用于文件的共享,这里说的共享和nfs的文件共享不是同一个概念,nfs的共享是实现网络文件的共享,而samba实现的是开发主机上Windows主机和Linux虚拟机之间的文件共享,是一种跨平台的文件共享,方便的实现文件的传输。

以上这几种开发的工具在嵌入式开发中是必备的工具,对于嵌入式开发的效率提高做出了伟大的贡献,因此,要对这几个工具熟练使用,这样你的开发效率会提高很多。等测试完成以后,就会把相应的目标文件烧录到Flash中去,也就是等发布产品的时候才做的事情,因此对于开发人员来说,所有的工作永远是测试。

通过前面的工作,我们已经准备好了交叉开发环境的硬件部分和一部分软件,最后还缺少交叉编译器,读者可能会有疑问,为什么要用交叉编译器?前面已经讲过,交叉开发环境必然会用到交叉编译工具,通俗地讲就是在一种平台上编译出能运行在体系结构不同的另一种平台上的程序,开发主机PC平台(X86 CPU)上编译出能运行在以ARM为内核的CPU平台上的程序,编译得到的程序在X86 CPU平台上是不能运行的,必须放到ARM CPU平台上才能运行,虽然两个平台用的都是Linux系统。相对于交叉编译,平常做的编译叫本地编译,也就是在当前平台编译,编译得到的程序也是在本地执行。用来编译这种跨平台程序的编译器就叫交叉编译器,相对来说,用来做本地编译的工具就叫本地编译器。所以要生成在目标机上运行的程序,必须要用交叉编译工具链来完成。

这里又有一个问题,不就是一个交叉编译工具吗?为什么又叫交叉工具链呢?原因很简单,程序不能光编译一下就可以运行,还得进行汇编和链接等过程,同时还需要进行调试,对于一个很大工程,还需要进行工程管理等等,所以,这里 说的交叉编译工具是一个由编译器、连接器和解释器组成的综合开发环境,交叉编译工具链主要由binutils(主要包括汇编程序as和链接程序ld)、gcc(为GNU系统提供C编译器)和glibc(一些基本的C函数和其他函数的定义) 3个部分组成。有时为了减小libc库的大小,也可以用别的 c 库来代替 glibc,例如 uClibc、dietlibc 和 newlib。

那么,如何得到一个交叉工具链呢?是从网上下载一个“程序”然后安装就可以使用了吗?回答这个问题之前先思考这样一个问题,我们的交叉工具链顾名思义就是在PC机上编译出能够在我们目标开发平台比如ARM上运行的程序,这里就又有一个问题了,我们的ARM处理器型号非常多,难道有专门针对我们某一款的交叉工具链吗?若果有的话,可以想一想,这么多处理器平台,每个平台专门定制一个交叉工具链放在网络上,然后供大家去下载,想想可能需要找很久才能找到适合你的编译器,显然这种做法不太合理,且浪费资源!因此,要得到一个交叉工具链,就像我们移植一个Linux内核一样,我们只关心我们需要的东西,编译我们需要的东西在我们的平台上运行,不需要的东西我们不选择不编译,所以,交叉工具链的制作方法和系统移植有着很多相似的地方,也就是说,交叉开发工具是一个支持很多平台的工具集的集合(类似于Linux源码),然后我们只需从这些工具集中找出跟我们平台相关的工具就行了,那么如何才能找到跟我们的平台相关的工具,这就是涉及到一个如何制作交叉工具链的问题了。

通常构建交叉工具链有如下三种方法:

方法一 :分步编译和安装交叉编译工具链所需要的库和源代码,最终生成交叉编译工具链。该方法相对比较困难,适合想深入学习构建交叉工具链的读者。如果只是想使用交叉工具链,建议使用下列的方法二构建交叉工具链。

方法二: 通过Crosstool-ng脚本工具来实现一次编译,生成交叉编译工具链,该方法相对于方法一要简单许多,并且出错的机会也非常少,建议大多数情况下使用该方法构建交叉编译工具链。

方法三 :直接通过网上下载已经制作好的交叉编译工具链。该方法的优点不用多说,当然是简单省事,但与此同时该方法有一定的弊端就是局限性太大,因为毕竟是别人构建好的,也就是固定的,没有灵活性,所以构建所用的库以及编译器的版本也许并不适合你要编译的程序,同时也许会在使用时出现许多莫名其妙的错误,建议读者慎用此方法。

crosstool-ng是一个脚本工具,可以制作出适合不同平台的交叉编译工具链,在进行制作之前要安装一下软件:

$ sudo apt-get install g++ libncurses5-dev bison flex texinfo automake libtool patch gcj cvs cvsd gawk

crosstool脚本工具可以在http://ymorin.is-a-geek.org/projects/crosstool下载到本地,然后解压,接下来就是进行安装配置了,这个配置优点类似内核的配置。

主要的过程有以下几点:

  1. 设定源码包路径和交叉编译器的安装路径
  2. 修改交叉编译器针对的构架
  3. 增加编译时的并行进程数,以增加运行效率,加快编译,因为这个编译会比较慢。
  4. 关闭JAVA编译器 ,减少编译时间
  5. 编译
  6. 添加环境变量
  7. 刷新环境变量。
  8. 测试交叉工具链

到此,嵌入式Linux系统移植四大部分的第一部分工作全部完成,接下来可以进行后续的开发了。

第二部分:bootloader的选择和移植

一、Boot Loader 概念

就是在操作系统内核运行之前运行的一段小程序。通过这段小程序,我们可以初始化硬件设备、建立内存空间的映射图,从而将系统的软硬件环境带到一个合适的状态,以便为最终调用操作系统内核准备好正确的环境,他就是所谓的引导加载程序(Boot Loader)。

嵌入式Linux系统移植的四大步骤
【图1】Flash存储中存放文件的分布图

二、为什么系统移植之前要先移植BootLoader?

BootLoader的任务是引导操作系统,所谓引导操作系统,就是启动内核,让内核运行就是把内核加载到内存RAM中去运行,那先问两个问题:第一个问题,是谁把内核搬到内存中去运行?第二个问题:我们说的内存是SDRAM,大家都知道,这种内存和SRAM不同,最大的不同就是SRAM只要系统上电就可以运行,而SDRAM需要软件进行初始化才能运行,那么在把内核搬运到内存运行之前必须要先初始化内存吧,那么内存是由谁来初始化的呢?其实这两件事情都是由bootloader来干的,目的是为内核的运行准备好软硬件环境,没有bootloadr我们的系统当然不能跑起来。

三、bootloader的分类。

首先更正一个错误的说法,很多人说bootloader就是U-boot,这种说法是错误的,确切来说是u-boot是bootloader的一种。也就是说bootloader具有很多种类,大概的分类如下图所示:

嵌入式Linux系统移植的四大步骤
【图2】bootloader分类图

由上图可以看出,不同的bootloader具有不同的使用范围,其中最令人瞩目的就是有一个叫U-Boot的bootloader,是一个通用的引导程序,而且同时支持X86、ARM和PowerPC等多种处理器架构。U-Boot,全称 Universal Boot Loader,是遵循GPL条款的开放源码项目,是由德国DENX小组开发的用于多种嵌入式CPU的bootloader程序,对于Linux的开发,德国的u-boot做出了巨大的贡献,而且是开源的。

u-boot具有以下特点:

① 开放源码;
② 支持多种嵌入式操作系统内核,如Linux、NetBSD, VxWorks, QNX, RTEMS, ARTOS, LynxOS;
③ 支持多个处理器系列,如PowerPC、ARM、x86、MIPS、XScale;
④ 较高的可靠性和稳定性;
⑤ 高度灵活的功能设置,适合U-Boot调试、操作系统不同引导要求、产品发布等;
⑥ 丰富的设备驱动源码,如串口、以太网、SDRAM、FLASH、LCD、NVRAM、EEPROM、RTC、键盘等;
⑦ 较为丰富的开发调试文档与强大的网络技术支持;

其实,把u-boot可以理解为是一个小型的操作系统。

四、u-boot的目录结构

* board 目标板相关文件,主要包含SDRAM、FLASH驱动;
* common 独立于处理器体系结构的通用代码,如内存大小探测与故障检测;
* cpu 与处理器相关的文件。如mpc8xx子目录下含串口、网口、LCD驱动及中断初始化等文件;
* driver 通用设备驱动,如CFI FLASH驱动(目前对INTEL FLASH支持较好)
* doc U-Boot的说明文档;
* examples可在U-Boot下运行的示例程序;如hello_world.c,timer.c;
* include U-Boot头文件;尤其configs子目录下与目标板相关的配置头文件是移植过程中经常要修改的文件;
* lib_xxx 处理器体系相关的文件,如lib_ppc, lib_arm目录分别包含与PowerPC、ARM体系结构相关的文件;
* net 与网络功能相关的文件目录,如bootp,nfs,tftp;
* post 上电自检文件目录。尚有待于进一步完善;
* rtc RTC驱动程序;
* tools 用于创建U-Boot S-RECORD和BIN镜像文件的工具;

五、u-boot的工作模式

U-Boot的工作模式有启动加载模式和下载模式。启动加载模式是Bootloader的正常工作模式,嵌入式产品发布时,Bootloader必须工作在这种模式下,Bootloader将嵌入式操作系统从FLASH中加载到SDRAM中运行,整个过程是自动的。下载模式就是Bootloader通过某些通信手段将内核映像或根文件系统映像等从PC机中下载到目标板的SDRAM中运行,用户可以利用Bootloader提供的一些令接口来完成自己想要的操作,这种模式主要用于测试和开发。

六、u-boot的启动过程

大多数BootLoader都分为stage1和stage2两大部分,U-boot也不例外。依赖于cpu体系结构的代码(如设备初始化代码等)通常都放在stage1且可以用汇编语言来实现,而stage2则通常用C语言来实现,这样可以实现复杂的功能,而且有更好的可读性和移植性。

1、 stage1(start.s代码结构)

U-boot的stage1代码通常放在start.s文件中,它用汇编语言写成,其主要代码部分如下:

(1) 定义入口。由于一个可执行的image必须有一个入口点,并且只能有一个全局入口,通常这个入口放在rom(Flash)的0x0地址,因此,必须通知编译器以使其知道这个入口,该工作可通过修改连接器脚本来完成。
(2)设置异常向量(exception vector)。
(3)设置CPU的速度、时钟频率及中断控制寄存器。
(4)初始化内存控制器 。
(5)将rom中的程序复制到ram中。
(6)初始化堆栈 。
(7)转到ram中执行,该工作可使用指令ldrpc来完成。

2、 stage2(C语言代码部分)

lib_arm/board.c中的start armboot是C语言开始的函数,也是整个启动代码中C语言的主函数,同时还是整个u-boot(armboot)的主函数,该函数主要完成如下操作:

(1)调用一系列的初始化函数。
(2)初始化flash设备。
(3)初始化系统内存分配函数。
(4)如果目标系统拥有nand设备,则初始化nand设备。
(5)如果目标系统有显示设备,则初始化该类设备。
(6)初始化相关网络设备,填写ip,c地址等。
(7)进入命令循环(即整个boot的工作循环),接受用户从串口输入的命令,然后进行相应的工作。

七、基于cortex-a8的s5pc100bootloader启动过程分析

s5pc100支持两种启动方式,分别为USB启动方式和NandFlash启动方式:

1. S5PC100 USB启动过程

[1] A8 reset, 执行iROM中的程序
[2] iROM中的程序根据S5PC100的配置管脚(SW1开关4,拨到4对面),判断从哪里启动(USB)
[3] iROM中的程序会初始化USB,然后等待PC机下载程序
[4] 利用DNW程序,从PC机下载SDRAM的初始化程序到iRAM中运行,初始化SDRAM
[5] SDRAM初始化完毕,iROM中的程序继续接管A8, 然后等待PC下载程序(BootLoader)
[6] PC利用DNW下载BootLoader到SDRAM
[7] 在SDRAM中运行BootLoader

2. S5PC100 Nandflash启动过程

[1] A8 reset, 执行IROM中的程序
[2] iROM中的程序根据S5PC100的配置管脚(SW1开关4,拨到靠4那边),判断从哪里启动(Nandflash)
[3] iROM中的程序驱动Nandflash
[4] iROM中的程序会拷贝Nandflash前16k到iRAM
[5] 前16k的程序(BootLoader前半部分)初始化SDRAM,然后拷贝完整的BootLoader到SDRAM并运行
[6] BootLoader拷贝内核到SDRAM,并运行它
[7] 内核运行起来后,挂载rootfs,并且运行系统初始化脚本

八、u-boot移植(基于cortex_a8的s5pc100为例)

1.建立自己的平台

(1).下载源码包2010.03版本,比较稳定
(2).解压后添加我们自己的平台信息,以smdkc100为参考版,移植自己s5pc100的开发板
(3).修改相应目录的文件名,和相应目录的Makefile,指定交叉工具链。
(4).编译
(5).针对我们的平台进行相应的移植,主要包括修改SDRAM的运行地址,从0x20000000
(6).“开关”相应的宏定义
(7).添加Nand和网卡的驱动代码
(8).优化go命令
(9).重新编译 make distclean(彻底删除中间文件和配置文件) make s5pc100_config(配置我们的开发板) make(编译出我们的u-boot.bin镜像文件)
(10).设置环境变量,即启动参数,把编译好的u-boot下载到内存中运行,过程如下:

1. 配置开发板网络

ip地址配置:
$setenv ipaddr 192.168.0.6 配置ip地址到内存的环境变量
$saveenv 保存环境变量的值到nandflash的参数区

网络测试:
在开发开发板上ping虚拟机:
$ ping 192.168.0.157(虚拟机的ip地址)

如果网络测试失败,从下面几个方面检查网络:
1. 网线连接好
2. 开发板和虚拟机的ip地址是否配置在同一个网段
3. 虚拟机网络一定要采用桥接(VM--Setting-->option)
4. 连接开发板时,虚拟机需要设置成静态ip地址

2. 在开发板上,配置tftp服务器(虚拟机)的ip地址
$setenv serverip 192.168.0.157(虚拟机的ip地址)
$saveenv

3. 拷贝u-boot.bin到/tftpboot(虚拟机上的目录)

4. 通过tftp下载u-boot.bin到开发板内存
$ tftp 20008000(内存地址即可) u-boot.bin(要下载的文件名)

如果上面的命令无法正常下载:
1. serverip配置是否正确
2. tftp服务启动失败,重启tftp服务
#sudo service tftpd-hpa restart

5. 烧写u-boot.bin到nandflash的0地址
$nand erase 0(起始地址) 40000(大小) 擦出nandflash 0 - 256k的区域
$nand write 20008000((缓存u-boot.bin的内存地址) 0(nandflash上u-boot的位置) 40000(烧写大小)

6. 切换开发板的启动方式到nandflash
1. 关闭开发板
2. 把SW1的开关4拨到4的那边
3. 启动开发板,它就从nandflash启动

第三部分:kernel的配置、编译、和移植

一、将下载好的linux-2.6.35.tar.bz2拷贝到主目录下解压

二、修改顶层目录下的Makefile,主要修改平台的体系架构和交叉编译器,代码如下:

ARCH ?= $(SUBARCH)
CROSS_COMPILE ?=
CROSS_COMPILE ?= $(CONFIG_CROSS_COMPILE:"%"=%)
修改以上代码为:
ARCH ?= arm ---- > 体系架构是arm架构
CROSS_COMPILE ?= arm-cortex_a8-linux-gnueabi- ---- > 交叉编译器是arm-cortex_a8平台的

注意:这两个变量值会直接影响顶层Makefile的编译行为,即选择编译哪些代码,用什么编译器进行编译。

三、拷贝标准版配置文件,目的是得到跟我们开发板相关的配置信息。

$ cp arch/arm/configs/s5pc100_defconfig .config

这里拷贝arch/arm/configs/s5pc100_defconfig到 .config文件是选取跟我们开发板相关的代码。因为Linux支持的平台非常非常多,不仅仅是ARM处理器,当然我们编译的时候只需要编译跟我们平台相关的代码就可以了,平台相关的不需要编译,那么就有个问题,Linux系统中的源代码文件有一万多以个,面对这么庞大的文件数量,我们如何去选择呢?

其实,我们担心的问题也是写操作系统的那哥们早就担心过的问题了,只不过人家已经把这个问题帮我们解决了,我们只需进行很简单的操作,就可以选择出我们要编译的代码,具体的方法就是把相应平台的_deconfig直接拷贝到顶层目录的.config文件中,这样.config文件中就记录了我们要移植平台的平台信息,因为在配置内核时,系统会把所有的配置信息都保存在顶层目录的.config文件中。注意在第一次,进行make menuconfig时,系统会根据我们选取的平台信息自动选取相关的代码和模块,因此我们只需要进入然后再退出,选择保存配置信息就行了,系统会把这些跟我们移植平台相关的所有配置信息全部保存在顶层目录的.config文件中。

四、配置内核

$make menuconfig

注意:第一次进去,不做任何操作,直接推出,在推出时提示是否保存配置信息,一定要保存配置信息,点击“YES”。这样我们的.config中就已经保存了我们开发平台的信息。

在这个环节,我们需要关心一个问题,make menuconfig时,系统到低都做了哪些事情?为什么会出现图形化的界面?图形化的界面中的相关内容是从哪里来的?

图形化的界面当然是由一个特殊的图形库来实现的,还记得第一次make menuconfig时,系统并没有出现图形化的界面,而是报错了,并且提示我们缺少 ncurses-devel ,此时只需要按照要求安装一个libncurses5-dev就行了,sudo apt-get install libncurses5-dev,有了这个图形化库的支持,我们才能够正常显示图形化界面。

好了,图形化界面的问题解决了,那还有另外一个问题就是图形化界面里面的内容是从哪里来的?要回答这个问题,我们就要提一下Linux内核的设计思想了,Linux 内核是以模块的方式来组织这个操作系统的,那么,为什么要用模块的方式来组织呢?模块的概念又是什么呢?在此来一一回答这个问题。

Linux2.6内核的源码树目录下一般都会有两个文件:Kconfig和Makefile。分布在各目录下的Kconfig构成了一个分布式的内核配置数据库,每个Kconfig分别描述了所属目录源文件相关的内核配置菜单。每个目录都会存放功能相对独立的信息,在每个目录中会存放各个不同的模块信息,比如在/dev/char/目录下就存放了所有字符设备的驱动程序,而这些程序代码在内核中是以模块的形式存在的,也就是说当系统需要这个驱动的时候,会把这个驱动以模块的方式编译到系统的内核中,编译分为静态编译和动态编译,静态编译内核体积比动态编译的体积要大,前面已经说了每个目录下面都会有一个Kconfig的文件,我们还会问,这个文件中都存放了什么信息?前面说了,每个目录的Kconfig文件描述了所属目录源文件相关的内核配置菜单,有其特殊的语法格式,图形化界面的文字正是从这个文件中读取出来的,如果把这个文件中的相应目录文件的信息全部删除,那么在图形化界面中将看不到该模块的信息,因此也不能进行模块的配置。

在内核配置make menuconfig(或xconfig等)时,系统会自动从Kconfig中读出配置菜单,用户配置完后保存到.config(在顶层目录下生成)中。在内核编译时,主Makefile调用这个.config,(.config的重要性就体现在,它保存了我们的所有的配置信息,是我们选取源代码并且进行编译源代码的最终依据!!!)就知道了用户对内核的配置情况。上面的内容说明:Kconfig就是对应着内核的配置菜单。假如要想添加新的驱动到内核的源码中,可以通过修改Kconfig来增加对我们驱动的配置菜单,这样就有途径选择我们的驱动,假如想使这个驱动被编译,还要修改该驱动所在目录下的Makefile。因此,一般添加新的驱动时需要修改的文件有两种,即:Kconfig 和相应目录的Makefile(注意不只是两个),系统移植的重要内容就是给内核添加和删除相应的模块,因此主要修改的内核文件就是Kconfig 和相应目录的Makefile这两个文件。

五、编译内核

$make zImage

通过上述操作我们能够在 arch/arm/boot 目录下生成一个 zImage 文件,这就是经过压缩的内核镜像。

内核的编译过程是非常复杂的,注意这里的编译是静态编译,此时会执行顶层目录下的Makefile中的zImage命令,在执行的过程中,会根据当前目录的.config文件去选择编译源代码。编译内核的具体步骤比较复杂,有时间会另写文章详细描述。

六、通过tftp网络服务下载测试内核

setenv bootcmd tftp 20008000(内存地址) zImage\;go 20008000

setenv bootargs nfs nfsroot=192.168.1.199(虚拟机的ip):/source/rootfs ip=192.168.1.200(开发板的ip) init=/linuxrc(第一个要启动的用户进程) ttySAC0,115200(设置中断为串口1,波特率为:115200)

保存环境变量,复位开发板,测试是否能够正常启动(注意:在此之前应设置好需要nfs挂载的文件系统,最后才能看到效果).内核测试和启动过程也是比较复杂的,在后续的文章中会详细介绍。

第四部分:根文件系统的介绍

由本文的第一张图:Flash存储中存放文件的分布图可知,文件系统的制作和移植是系统移植的最后一道工序了,在这里首先要提几个问题:
1.什么是文件系统?
2.如何实现文件系统?
3.常用的文件系统有哪些?为什么需要这些文件系统?

下面来一一回答这些问题:

文件系统我们在日常生活中则很少听说,但是它确实存在,只是名字不叫文件系统罢了,一般叫资料库。资料库里面的文件众多,我们如何快速准确的找到我们要的那份文件呢?资料库采用了分类索引的方法来实现快速查找。类似于我们学校图书馆的管理方式,一楼可能是哲学类,二楼是社科类的,三楼是电子类的,四楼是计算机类的…………等等,我们把这种进行了分类索引的资料库叫文件系统。

对于计算机而言,文件其实就是资料数据,只能存储在物理介质上面,比如:硬盘,但是我们人不可能自己读取物理介质上的文件,或者自己把文件写入物理介质,物理介质上文件的读写只能采用程序来完成,为了方便实现,程序又被分成了物理介质驱动程序、内容存储程序和文件内容存储程序。物理介质驱动程序专门用于从物理介质上存取数据;内容存储程序用于把文件内容和文件属性信息打包;文件内容存储程序用于把用户输入形成文件内容,或者取得文件内容显示出来。
我们可以把一个文件系统(倒树)分解成多个文件系统(倒树)分别存放到存储介质上,比如:一个存储到光盘里,一个存储到硬盘中,在使用时,我们把光盘里的文件系统的根目录挂到硬盘文件系统的一个目录下面,这样访问这个目录就相当于是访问光盘的根目录了,找到了根目录,我们也就可以访问整个光盘上的文件系统了。

“在Linux系统中一切皆是文件”这句话是我们学习Linux系统的时候常常听到的一句话。虽然有些夸张,但是它揭示了文件系统对于Linux系统的重要性;实际上文件系统对于所有的操作系统都很重要,因为它们把大部分的硬件设备和软件数据以文件的形式进行管理。Linux系统对设备和数据的管理框架图如下:

嵌入式Linux系统移植的四大步骤
【图3】文件系统实现

[说明]

A. VFS(virtual file system)是虚拟文件系统,它管理特殊文件(虚拟文件)、磁盘文件和设备文件

B. fs_operations结构是由一系列文件操作接口函数组成,由文件系统层来完成,为VFS提供文件操作;

C. 在文件系统层,磁盘文件要实现各种文件系统(如:ext2),设备文件要实现各种抽象的设备驱动

D. 在设备驱动层,磁盘驱动要实现各种磁盘的驱动程序,其他设备驱动要实现具体的设备驱动

E. 物理层就是设备自身

为什么会有不同的文件类型?

由于存储介质有很多种,所以没有办法用一种统一的格式存放文件系统到各种不同的存储介质上,而是需要多种不同的存储格式来适应各种存储介质的特性,以求达到存取效率和空间利用率的最优化,这样就需要对每种存储格式制定一个规范,这写规范就叫文件系统类型。常见的文件系统类型有:

1.Dos
FAT16

2.windows
FAT16、FAT32、NTFS

3.Linux
Minix、ext、ext2 、ext3 、ISO9660 、jffs2, yaffs, yaffs2、cramfs, romfs, ramdisk, rootfs、proc、sysfs、usbfs、devpts、 tmpfs & ramfs、 NFS

由此可见,Linux支持的文件系统最多。以不同的介质来分类,如下所示:
? 磁盘
FAT16、 FAT16、FAT32、NTFS、ext、ext2 、ext3、Minix
? 光盘
ISO9660、
? Flash
jffs2, yaffs, yaffs2、cramfs, romfs
? 内存
Ramdisk、tmpfs & ramfs
? 虚拟
rootfs、proc、sysfs、usbfs、devpts、NFS

常用的存储介质理论上都可以用于存储Linux支持的文件系统;因为我们这里只研究嵌入式系统,而嵌入式系统由于体积和移动特性的限制,不能采用磁盘和光盘,所以只能采用flash类的存储设备、内存和虚拟存储设备作为文件系统的存储介质;
flash芯片的驱动程序是由系统来提供,所以它的存取特点完全是flash自身的特点,这时最好有更加适合flash的文件系统——Jffs、Yaffs、Cramfs和Romfs。这些文件系统都是嵌入式Linux系统中常用的文件系统,可以根据特点来选择使用它们,特点如下:

共同点

基于MTD驱动

Jffs

A.针对NOR Flash的实现
B.基于哈希表的日志型文件系统
C.采取损耗平衡技术,每次写入时都会尽量使写入的位置均匀分布
D.可读写,支持数据压缩
E.崩溃/掉电安全保护
F.当文件系统已满或接近满时,因为垃圾收集的关系,运行速度大大放慢

Yaffs

A.针对Nand Flash的实现
B.日志型文件系统
C.采取损耗平衡技术,每次写入时都会尽量使写入的位置均匀分布
D.可读写,不支持数据压缩
E.挂载时间短,占用内存小
F.自带Nandflash驱动,可以不使用VFS和MTD

Cramfs

A.单页压缩,支持随机访问,压缩比高达2:1
B.速度快,效率高
C.只读,有利于保护文件系统免受破坏,提高了系统的可靠性,但是无法对其内容进行扩充

Romfs

A.简单的、紧凑的、只读的文件系统
B.顺序存放数据,因而支持应用程序以XIP(execute In Place,片内运行)方式运行,在系统运行时,节省RAM空间

特有的文件系统类型:Ramdisk文件系统
在Linux系统中,内存经常用于存储文件系统,这种叫做Ramdisk,Ramdisk有两种,一种是完全把内存看成物理存储介质,利用内存模拟磁盘,运用磁盘的文件系统类型;另一种只是在内存中存储了文件系统逻辑结构,运用tmpfs & ramfs文件系统类型:
tmpfs & ramfs

1. 概述

用物理内存模拟磁盘分区,挂载这种分区后,就可以跟读写磁盘文件一样读写这里面的文件,但是操作速度要比磁盘文件快得多;所以一般应用在下面几个方面:
1)读写速度要求快的文件应该放在这种文件系统中
2)磁盘分区为flash的情况下,把需要经常读写的文件放在这种文件系统中,然后定期写回flash
3)系统中的临时文件,如/tmp、/var目录下的文件应该放在这种文件系统中
4)/dev设备文件(因为设备文件随驱动和设备的加载和卸载而变化),应该放在这种文件系统中

2. 特点

1)由于数据都存放在物理内存中,所以系统重启后,这个文件系统中的数据会全部丢失
2)ramfs在没有指定最大的大小值情况下,会自动增长,直到用掉系统中所有的物理内存为止,这时会导致系统的崩溃,建议挂载时最好限定其最大的大小值
3)tmpfs如果指定了大小值,自动增长至大小值后,系统会限定它的大小;这个文件系统占用的物理内存页可以背置换到swap分区,但是ramfs不行

转自:CSDN - victorwjw

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随着Internet与网络的迅速发展并向家庭领域不断扩展,使消费电子、计算机、通信(3C)一体化趋势日趋明显,嵌入式系统再度成为研究与应用的热点。嵌入式实时Linux操作系统以价格低廉、功能强大又易于移植而正在被广泛采用,成为新兴的力量,如今随着WAP手机、PDA、机顶盒、及DVD/VCD播放机已经迅速普及,用户对这些手持式设备的GUI提出了更高的要求,希望能看到像PC机才拥有的华丽美观的GUI。GUI已经成为了人与机器沟通的桥梁,嵌入式系统对GUI的需求越来越高,而这一切均要求有一个轻型、占用资源少、高性能、高可靠、可配置及美观的GUI支持。

1 Java的图形界面工具

Java技术对于服务器,个人电脑和嵌入式系统来说是一项伟大的技术。由于其具有跨平台等特性。Java在服务器和桌面电脑方面的应用是非常成功的。然而在GUI方面,Java只用非常有限的一些特征去构建图形用户界面。其思想就是采用平台无关的Java应用程序接口打包到不同的操作系统来开发本地图形用户界面,被称之为抽象的窗口工具(AWT)。仅有普通的部件如文件域、文本区、选择框、单选按钮、列表框和按钮被AWT支持,图形和图像的特性支持非常有限,也就是说,只足够构建简单的applet程序。认识到需要更高级的图形用户界面组件和图形能力,Sun公司开发了Swing,Java 2D,Java3D,图像的输入/输出,以及Java高级图像(JAI)。Swing是用来构建Java图形界面的标准API(应用程序接口),一些AWT类由Swing基础而来。它有一套完全的组件从按钮到文件域、表格、树型和文件编辑器。这些组件不依赖于操作系统本地的部件,而是用原始的图形像直线、矩形、文字画出。这种画代表感观插件,它能够模仿本地的感观。SWT是基于Java开发的,它的设计理念是最大化了操作系统的图形构件的API,就是说只要操作系统提供了相应图形的构件,那么SWT只是简单应用JNI技术调用它们,只有那些操作系统中不提供的构件,SWT才自己去做一个模拟的实现。另外SWT还提供对操作系统本地图形用户界面的直接访问,因此,基于SWT的Java应用程序拥有本地的图形用户界面并且可以和本地别的应用程序和部件集成在一起。使用SWT开发包,简单、跨平台、可靠等这些Jaya语言本身所具有的优点正渐渐融合到图形界面的应用程序开发中去。Java语言的另一扇成功之门正在逐渐打开。

几种常用的嵌入式Linux GUI及其特点

2 SWT+GtkFB图形系统的体系结构

2.1 SWT+GtkFB图形系统的体系结构

2.1.1 SWT

SWT处于体系机构的最上层,它与Java内的AwT和Swing同属于设计图形界面所需的高级函数库。而且SWT针对AWT 以及Swing的一些问题作了改善,如今它已发展成一套与作业系统无关的图形元件函数库。在元件的产生方面采用了适当的模拟,在基本的元件方面是采用原有作业系统的,对于较复杂的元件才用仿真的技术。基于SWT的Java应用程序拥有本地的图形用户界面,并且可以和本地别的应用程序,以及部件集成在一起。

SWT是基于Java语言开发出来的高级图形元件库,如图2所示SWT在Java端通过JNI(Java Native InteRFace)技术直接调用native端的GtkFB来使用操作系统的资源,JNI技术使得SWT程序可以与其他语言编写的Native端的代码互相协作,将它们整合在一起;另一方面可使运行在JVM(JAava虚拟机)中的SWT代码调用GtkFB库函数或其他程序;此外利用InvocatiON API,可将Java虚拟机嵌入到native端的应用中。JNI这个接口是双向的,相当于桥梁和纽带,它将SWT代码和native端的GtkFB代码连接起来。

几种常用的嵌入式Linux GUI及其特点

2.1.2 Gtk库

如图1所示,GTK会用到几个连接库,如基本数据类型用的Glib库,它是由基础类、核心应用支持类、实用功能类、数据类和对象系统类五个部分组成的。

Pango是用于国际化文本的布局和显示的全功能框架。Pango可以处理以非从左到右方向排列的文本,并且可以容易地管理复杂语言,甚至还可以处理根据使用环境而采用不同形式的信函。例如它支持双向文本,用户可以将从左到右的文本和从右到左的文本混合编排;还可有用于确定各种复杂文本(如阿拉伯语和泰米尔语)形状的插件。Pango不仅仅是国际化,而且Pango库在Xft和XRender的支持下能很好地处理抗锯齿字体文本的显示。

Pango还支持各种图形格式如libpng,libjpeg,libtiff和Framebuffer port用的FreeType等。实际上GTK提供gdk-pixbuf,gdk和gtk三个连接库,其中Gdk-pixbuf让我们可做相关的图像工作,gdk是窗口绘图系统的抽象层,framebuffer相关的工作大部分在此完成,而gtk则是高层的应用程序接口。

几种常用的嵌入式Linux GUI及其特点

Atk(Accessibility Toolkit)可访问性工具箱。GTK充分利用ATK使残障人士(如视力低下或行动不便)与GTK应用程序交互成为可能。

2.1.3 GtkFB的工作原理

DirectFB访问图形硬件设备依赖于操作系统提供的内核接口,即帧缓冲设备(FrameBuffer)。FrameBuffer实际上是用一块硬件来做显卡和软件之间的桥梁,Linux的内核将其开放出来,使用户的程序可以通过块内存来存取显卡。例如设定显示分辨率和色彩数、存取显示内存区等。不同的Linux需要提供针对不同显示硬件FrameBuffer的驱动程序,这就是说DirectFB需要运行于FramBuffer之上,然而Linux内核提供了常见芯片的FrameBuffer驱动。

当一个应用程序连接到GtkFB时会调用gtk_init(),如图3所示,此时GtkFB 启动Linux的Framebiffer,设定分辨率和色彩数,接下来打开键盘和鼠标等外设(PDA打开按键和触控屏幕).然后到特定目录去读取字型,最后对窗口和事件管理作初始化操作。GtkFB可以支持8、16、24、32bpp的framebuffer。

为了执行一个特定的图形操作,DirectFB芯片驱动程序将访问图形设备内存映射的I/O端口,并且把命令传递到图形设备卡的加速引擎。实际的硬件加速是完全在用户空间内完成的。

2.2 SWT+GtkFB图形系统的优点

2.2.1 内存消耗小、运行速度快特别适合嵌入式产品

由于GtkFB直接运行在FrameBufer之上,跳过X系统,这样省下了X Server这一部分资源,这使得在内存消耗、运行速度上得到显著提高。另外采用的JNI技术使得程序运行速度、事件的响应有较高的提高,能满足时间要求较为严格的实时应用场合。

2.2.2 系统稳定性好

SWT 的稳定性,关键是源于SWT 的设计理念。SWT最大化了操作系统的图形构件API,就是说只要操作系统提供了相应图形的构件,那么SWT只是应用JNI技术调用它们,只有那些操作系统中不提供的构件,SWT才自己去做一个模拟的实现。可以看出SWT性能上的稳定很大程度上取决于相应操作系统图形构件的稳定性。

2.2.3 易于移植和共享

SWT的API和桌面版完全相同,因而代码可以很容易地在桌面和嵌入式设备之间移植与共享。

2.2.4 小巧可配置

SWT采用了LGPL授权方式,用户可以自由地甚至是鼓励修改源代码使其更加满足用户的需求,很容易根据用户的需求来裁减特定的SWT+GtkFB,依据LGPL许可证,用户需要公布修改的源代码,但用户不必公布自给应用程序的源代码。

2.2.5 易于开发

SWT是基于Java语言开发的,具有平台独立性、面向对象、可移植、安全等Java语言所拥有特点。用户可以很容易的基于SWT提供的Widget(构件)开发出满足自己需要的Widget,而且很容易地使用这些Widget去构建应用程序。

3 SWT+GtkFB图形系统的实现

3.1 前期准备

在Linux编译和安装SWT+GtkFB,首先到http://www.gtk.org/download下载如下的包:pkg-config、glib2.x;atk、pango、DirectFB、gtk+2.x。其次到http://www.eclipse.org/download下载swt.tgr.gz。

下一步就是在/home/XXX/目录下创建SWT 和GTK两个目录并且设置环境变量。如下:

export SWT_HOME=/home/XXX/SWTexport SWT_HOME=/home/XXX/GTKexport PKG_CONFIG_PATH=$GTK_HOME /lib/pkgconfigexport LD_LIBRARY_PATH=$GTK_HOME/lib;$LD_LIBRARY_PATH此外增加“/home/XXX/GTK/bin”到系统的环境变量PATH下。

3.2 编译和安装Gtk+2.0

3.2.1 编译和安装pkg-config

  tar zxvf glib-2.0.6.tar.gz -C $GTK_HOME/src
  cd $GTK HOME/src/glib-2.0.6
  。/configure --prefix=$GTK_HOME
  make
  make inSTall
  3.2.2 编译和安装atk
  tar zxvf atk-1.0.1.tar.gz -C $GTK_HOME/src
  cd $GTK_HOME/src/atk-1.0.1
  。/configure --prefix=$GTK_HOME
  make
  make install

3.2.3 编译和安装pango、Direct FB、gtk+2.0 、swt-forgtk2.2

步骤类似atk的安装。

4 嵌入式Linux GUI的应用前景展望

嵌入式Linux GUI的应用领域很多,既可以用于家电市场,还可以用于商业市场、工业及自动化市场、国防市场、通讯市场等。例如,在通讯市场,手机、可视电话、机顶盒等可能成为嵌入式Linu.x的运行平台,一个人性化的用户界面是赢得消费者关键因素。因此嵌入式Linux图形系统将担任着更加重要的角色。

未来几年,嵌入式Linux GUI将朝以下方向发展:第一,轻型、占用资源少,不希望建立在庞大累赘的、非常消耗系统资源的操作系统和GUI之上。第二,高性能、高可靠性,特别是工业实时控制系统,对实时性的要求非常高,并且比起嵌入式系统来说,对GUI的要求也更高。第三,可配置,我们必须清楚的意识到,嵌入式系统是一种定制设备,它们对GUI的需求各不相同,有的系统只要求一些图形功能,而有些系统要求完备的GUI支持,因此,GUI也必须是可定制的。

转自: eepw.com

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