1 嵌入式linux系統(tǒng)的結(jié)構

1.1 嵌入式系統(tǒng)的硬件架構

    如圖5-1所示，為嵌入式系統(tǒng)硬件模型結(jié)構，此系統(tǒng)主要由微處理器MPU、外圍電路，以及外設組成，微處理器為ARM嵌入式處理芯片，如ARM7TMDI系列及ARM9系列微處理器，MPU為整個嵌入式系統(tǒng)硬件的核心，決定了整個系統(tǒng)功能和應用領域。外圍電路根據(jù)微處理器不同而略有不同，主要由電源管理模型、時鐘模塊、閃存FIASH、隨機存儲器RAM，以及只讀存儲器ROM組成。這些設備是一個微處理器正常工作所必須的設備。外部設備將根據(jù)需要而各不相同，如通用通信接口USB、RS-232、RJ-45等，輸入輸出設備，如鍵盤、LCD等。外部設備將根據(jù)需要定制。

嵌入式處理系統(tǒng)主要包括嵌入式微處理器、存儲設備、模擬電路及電源電路、通信接口，以及外設電路。

典型嵌入式系統(tǒng)硬件結(jié)構

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1.2嵌入式系統(tǒng)的軟件結(jié)構

    嵌入式系統(tǒng)與傳統(tǒng)的單片機在軟件方面最大的不同就是可以移植操作系統(tǒng)，從而使軟件設計層次化，傳統(tǒng)的單片機在軟件設計時將應用程序與系統(tǒng)、驅(qū)動等全部混在一起編譯，系統(tǒng)的可擴展性，可維護性不高，上升到操作系統(tǒng)后，這一切變得很簡單可行。

    嵌入式操作系統(tǒng)在軟件上呈現(xiàn)明顯的層次化，從與硬件相關的BSP到實時操作系統(tǒng)內(nèi)核RTOS，到上層文件系統(tǒng)、GUI界面，以及用戶層的應用軟件。各部分可以清晰地劃分開來，如圖5-2所示。當然，在某些時候這種劃分也不完全符合應用要求。需要程序設計人員根據(jù)特定的需要來設計自己的軟件。

嵌入式軟件基本架構

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板級支持包(Board Support Packet)主要用來完成底層硬件相關的信息，如驅(qū)動程序，加載實時操作系統(tǒng)等功能;

實時操作系統(tǒng)層主要就是常見的嵌入式操作系統(tǒng)，設計者根據(jù)自己特定的需要來設計移植自己的操作系統(tǒng)，即添加刪除部分組件，添加相應的硬件驅(qū)動程序，為上層應用提供系統(tǒng)調(diào)用；

文件系統(tǒng)、GUI，以及系統(tǒng)管理主要應對需要，即如果需要文件系統(tǒng)及圖形界面支持才需要設計，主要是為了應用程序員開發(fā)應用程序提供更多更便捷更豐富的API接口；

應用軟件層即用戶設計的針對特定應用的應用軟件，在開發(fā)該應用軟件時，可以用到底層提供的大量函數(shù)。

采用分層結(jié)構的軟件設計使系統(tǒng)清晰明了，各個部分設計工作分工明確，從而避免整個系統(tǒng)過分龐大。

2 嵌入式開發(fā)的模式及流程

2.1 嵌入式系統(tǒng)開發(fā)模式

嵌入式系統(tǒng)開發(fā)分為軟件開發(fā)部分和硬件開發(fā)部分。嵌入式系統(tǒng)在開發(fā)過程一般都采用如圖5-3所示的“宿主機/目標板”開發(fā)模式，即利用宿主機(PC機)上豐富的軟硬件資源及良好的開發(fā)環(huán)境和調(diào)試工具來開發(fā)目標板上的軟件，然后通過交叉編譯環(huán)境生成目標代碼和可執(zhí)行文件，通過串口/USB/以太網(wǎng)等方式下載到目標板上，利用交叉調(diào)試器在監(jiān)控程序運行，實時分析，最后，將程序下載固化到目標機上，完成整個開發(fā)過程。

"宿主機/目標板"開發(fā)模式

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在軟件設計上，如圖5-4所示為結(jié)合ARM硬件環(huán)境及ADS軟件開發(fā)環(huán)境所設計的嵌入式系統(tǒng)開發(fā)流程圖。整個開發(fā)過程基本包括以下幾個步驟。
(1)源代碼編寫：編寫源C/C++及匯編程序；
(2)程序編譯：通過專用編譯器編譯程序；
(3)軟件仿真調(diào)試：在SDK中仿真軟件運行情況；
(4)程序下載：通過JTAG、USB、UART方式下載到目標板上；
(5)軟硬件測試、調(diào)試：通過JTAG等方式聯(lián)合調(diào)試程序；
(6)下載固化：程序無誤，下載到產(chǎn)品上生產(chǎn)。

嵌入式系統(tǒng)軟件開發(fā)流程

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2.2嵌入式系統(tǒng)開發(fā)流程

    當前，嵌入式開發(fā)已經(jīng)逐步規(guī)范化，在遵循一般工程開發(fā)流程的基礎上，嵌入式開發(fā)有其自身的一些特點，如圖5-5所示為嵌入式系統(tǒng)開發(fā)的一般流程。主要包括系統(tǒng)需求分析(要求有嚴格規(guī)范的技術要求)、體系結(jié)構設計、軟硬件及機械系統(tǒng)設計、系統(tǒng)集成、系統(tǒng)測試，最終得到最終產(chǎn)品。

嵌入式開發(fā)流程

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(1)系統(tǒng)需求分析。確定設計任務和設計目標，并提煉出設計規(guī)格說明書，作為正式設計指導和驗收的標準。系統(tǒng)的需求一般分功能性需求和非功能性需求兩方面。功能性需求是系統(tǒng)的基本功能，如輸入輸出信號、操作方式等；非功能需求包括系統(tǒng)性能、成本、功耗、體積、重量等因素。

(2)體系結(jié)構設計。描述系統(tǒng)如何實現(xiàn)所述的功能和非功能需求，包括對硬件、軟件和執(zhí)行裝置的功能劃分，以及系統(tǒng)的軟件、硬件選型等。一個好的體系結(jié)構是設計成功與否的關鍵。

(3)硬件/軟件協(xié)同設計?；隗w系結(jié)構，對系統(tǒng)的軟件、硬件進行詳細設計。為了縮短產(chǎn)品開發(fā)周期，設計往往是并行的。嵌入式系統(tǒng)設計的工作大部分都集中在軟件設計上，采用面向?qū)ο蠹夹g、軟件組件技術、模塊化設計是現(xiàn)代軟件工程經(jīng)常采用的方法。

(4)系統(tǒng)集成。把系統(tǒng)的軟件、硬件和執(zhí)行裝置集成在一起，進行調(diào)試，發(fā)現(xiàn)并改進單元設計過程中的錯誤。

(5)系統(tǒng)測試。對設計好的系統(tǒng)進行測試，看其是否滿足規(guī)格說明書中給定的功能要求。

嵌入式系統(tǒng)開發(fā)模式最大特點是軟件、硬件綜合開發(fā)。這是因為嵌入式產(chǎn)品是軟硬件的結(jié)合體，軟件針對硬件開發(fā)、固化、不可修改。

如果在一個嵌入式系統(tǒng)中使用Linux技術開發(fā)，根據(jù)應用需求的不同有不同的配置開發(fā)方法，但是，一般情況下都需要經(jīng)過如下的過程。

(1)建立開發(fā)環(huán)境，操作系統(tǒng)一般使用Redhat Linux，選擇定制安裝或全部安裝，通過網(wǎng)絡下載相應的GCC交叉編譯器進行安裝(比如，arm-1inux-gcc、arnl-uclibc-gcc)，或者安裝產(chǎn)品廠家提供的相關交叉編譯器；

(2)配置開發(fā)主機，配置MINICOM，一般的參數(shù)為波特率115200 Baud/s，數(shù)據(jù)位8位，停止位為1，9，無奇偶校驗，軟件硬件流控設為無。在Windows下的超級終端的配置也是這樣。MINICOM軟件的作用是作為調(diào)試嵌入式開發(fā)板的信息輸出的監(jiān)視器和鍵盤輸入的工具。配置網(wǎng)絡主要是配置NFS網(wǎng)絡文件系統(tǒng)，需要關閉防火墻，簡化嵌入式網(wǎng)絡調(diào)試環(huán)境設置過程。

(3)建立引導裝載程序BOOTLOADER，從網(wǎng)絡上下載一些公開源代碼的BOOTLOADER，如U．BOOT、BLOB、VIVI、LILO、ARM-BOOT、RED-BOOT等，根據(jù)具體芯片進行移植修改。有些芯片沒有內(nèi)置引導裝載程序，比如，三星的ARV17、ARM9系列芯片，這樣就需要編寫開發(fā)板上FLASH的燒寫程序，讀者可以在網(wǎng)上下載相應的燒寫程序，也有Linux下的公開源代碼的J-FLASH程序。如果不能燒寫自己的開發(fā)板，就需要根據(jù)自己的具體電路進行源代碼修改。這是讓系統(tǒng)可以正常運行的第一步。如果用戶購買了廠家的仿真器比較容易燒寫FLASH，雖然無法了解其中的核心技術，但對于需要迅速開發(fā)自己的應用的人來說可以極大提高開發(fā)速度。

(4)下載已經(jīng)移植好的Linux操作系統(tǒng)，如MCLiunx、ARM-Linux、PPC-Linux等，如果有專門針對所使用的CPU移植好的Linux操作系統(tǒng)那是再好不過，下載后再添加特定硬件的驅(qū)動程序，然后進行調(diào)試修改，對于帶MMU的CPU可以使用模塊方式調(diào)試驅(qū)動，而對于MCLiunx這樣的系統(tǒng)只能編譯內(nèi)核進行調(diào)試。

(5)建立根文件系統(tǒng)，可以從http：//www.busy.box.net下載使用BUSYBOX軟件進行功能裁減，產(chǎn)生一個最基本的根文件系統(tǒng)，再根據(jù)自己的應用需要添加其他的程序。由于默認的啟動腳本一般都不會符合應用的需要，所以就要修改根文件系統(tǒng)中的啟動腳本，它的存放位置位于/etc目錄下，包括：/etc/init.d/rc.S、/etc/profile、/etc/.profile等，自動掛裝文件系統(tǒng)的配置文件/etc/fstab，具體情況會隨系統(tǒng)不同而不同。根文件系統(tǒng)在嵌入式系統(tǒng)中一般設為只讀，需要使用mkcramfs genromfs等工具產(chǎn)生燒寫映像文件。

(6)建立應用程序的FLASH磁盤分區(qū)，一般使用JFFS2或YAFFS文件系統(tǒng)，這需要在內(nèi)核中提供這些文件系統(tǒng)的驅(qū)動，有的系統(tǒng)使用一個線性FLASH(NOR型)512KB～32MB，有的系統(tǒng)使用非線性FLASH(NAND型)8MB～512MB，有的兩個同時使用，需要根據(jù)應用規(guī)劃FLASH的分區(qū)方案。

(7)開發(fā)應用程序，可以放入根文件系統(tǒng)中，也可以放入YAFFS、JFFS2文件系統(tǒng)中，有的應用不使用根文件系統(tǒng)，直接將應用程序和內(nèi)核設計在一起，這有點類似于μC/OS-II的方式。

(8 ) 燒寫內(nèi)核、根文件系統(tǒng)和應用程序，發(fā)布產(chǎn)品。

看完上面文章，想必廣大讀者都對嵌入式系統(tǒng)開發(fā)的模式與流程有了一定的了解，希望以后能對嵌入式linux系統(tǒng)開發(fā)有進一步研究。

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