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傳統的嵌入式開發環境需要單片機的仿真器，包括C語言、匯編語言、調試工具等的集成開發環境IDE、實時操作系統等。仿真器恐怕要上萬元，C編譯器或IDE也要幾萬元，而實時操作系統則要上十萬元乃至幾十萬元。由于Flash技術的發展，特別是一些CPU可以用JTAG口在背景模式BDM（Background Debug Mode）下調試，故仿真器已可以省去。隨著BDM調試工具的標準化，BDM調試工具會變得越來越簡單、越來越通用，一些BDM調試工具已經簡單到僅僅在PC機并行口和單片機的JTAG接口之間加一道5~3.3 V的緩沖，自制BDM調試工具變得越來越容易。軟件方面，Linux下的自由軟件GNU gcc可以完成幾乎所有知名CPU以及DSP的交叉C編譯和調試，故IDE可以省去。至于操作系統，uClinux、RTLinux、μC/OS等源碼開放的、免費的嵌入式操作系統也都性能穩定可靠。因此，全部使用自由軟件開發嵌入式應用無疑是一種不錯的選擇。我們在32位MCU ColdFire上實現了上述全部開發過程。這一過程原則上也適合其它幾乎所有的32位嵌入式應用系統的開發。作為范例，我們會將詳細的開發步驟在本刊的《學習園地》欄目中陸續刊登若干篇文章介紹給讀者，供嵌入式應用開發工程師們學習參考。 </P><P> 1 提倡使用自由軟件開發嵌入式系統 </P><P> 自由軟件有強大的網上技術支持是公認的，不斷升級的新版本的推出表明了自由軟件強大的生命力。然而，使用自由軟件有一定的難度，首先要熟悉Linux的使用，學會看Linux下的幫助信息。然后是學會遇到問題如何解決。向高手請教是解決問題的辦法之一。在清華大學，校園網中的BBS是研究生交流的極好方式。還有一個方法是在網上搜索，因為您遇到的問題其他人以前或許也遇到過，解決辦法可能網上就有。再有一個辦法就是直接給作者發電子郵件。自由軟件有源碼、大多都有作者的Email 地址。我們體會使用Linux下的GNU gcc 等軟件的難點主要在使用環境的建立上，一旦使用環境建立起來了，僅僅是使用并不難。在國外，這部分工作有專門的系統管理員為你做好，而國內這部分工作往往要自己做，故增加了Linux系統的使用難度。以GNU gcc 為例，根據我們的研究生的經驗，建立并熟悉使用的過程大約需要2個月的時間。而熟悉一個買來的商業軟件也需要2周乃至1個月的時間。也就是說，買商業軟件可以節省1個月的時間。 </P><P> 使用自由軟件開發嵌入式應用的意義決不僅限于經濟上節省開支。學習使用Linux下自由軟件的過程，實際上是培養IT高手的過程。提倡使用自由軟件將造就一大批有共同語言的精英。自由軟件的推廣使用已經迫使一些傳統的商業軟件降低了售價。前面提到若買商業軟件可以節省1個工程師1個月的時間，那么軟件的價格顯然應該小于1個工程師的月收入。 由于勞動力成本的差異，商業軟件在不同國家的價值也是不同的。實際上，軟件的成本很大一部分是在技術支持與服務上。技術支持本地化無疑會降低這一成本。軟件使用方法的培訓，包括自由軟件使用方法的培訓，社會上有不少收費的培訓班，既然能存在，就說明是合理的，且價格也能被用戶接受。可以看出，自由軟件也是衡量商業軟件價值的一把尺子。 </P><P> 2 Linux開發環境的建立 </P><P> 一個人用Linux開發嵌入式應用，可以在自己的PC機上裝一套Linux，例如，Red Hat Linux。可以使用Linux中的X windows(xterm)開若干個窗口用于編譯、下載、調試等；可以使用Linux中的emacs作文本編譯。Windows 中有的軟件在Linux 中幾乎都有。但由于多數人對Linux環境和Linux中的應用程序不熟悉，寧愿用PC上基于Windows的操作系統，此時可以在Windows環境下裝上Cygwin軟件。GNU中的Cygwin是在Windows下運行Linux的自由軟件。但我們發現，Cygwin的兼容性似乎不太好，在有的PC機上能裝得上，有的PC機上裝不上。Cygwin的安裝過程要兩三個小時，有時裝到一半出現錯誤很不好處理。據說VMWare的Windows版本也可以在Windows環境下開出Linux的窗口，但VMWare不是自由軟件。 </P><P> 我們采用的辦法是用1臺PC機運行Linux作為服務器。開發小組中每個成員都可以通過局域網用Telnet登錄到這臺Linux服務器上去，被開發的目標板也掛在網上。在服務器的Linux環境下，用GNU gcc編譯生成目標代碼，再用FTP傳回到自己的PC機上，然后通過串行口或網絡下載到目標機上。BDM工具主要用于硬件調試。因為BDM工具的支持軟件也是Linux下的自由軟件，故BDM工具只能接在Linux服務器的并口上。硬件調試完成后，可以把Debug程序寫入Flash，然后就不需要BDM工具了。 <BR> 檢驗開發環境是否建立好了得有1塊目標板。在開發環境建立起來之前，冒然設計自己的硬件，難度較大。可以用商家提供的評估板作為目標板先把開發環境建立起來。可以通過用GNU gcc 編譯uClinux 然后下載到目標板上運行的辦法來熟悉Linux下 GNU gcc的開發環境，檢驗開發環境是否已建立好。如果是購買第3方的硬件，則要特別小心。有些惡劣廠商的產品的確可以運行uClinux， 但其是在軟件或硬件中做了些陷阱，使用戶只能用他的硬件。 </P><P> 圖1是Linux開發環境示意圖。 </P><P> <BR> 3 GNU gcc交叉編譯器 </P><P> 運行于Linux操作系統下的自由軟件GNU gcc編譯器，不僅可以編譯Linux操作系統下運行的應用程序、編譯Linux本身，還可以作交叉編譯，編譯運行于其它CPU上的程序。可以作交叉編譯的CPU（或DSP）涵蓋了幾乎所有知名廠商的產品。用于嵌入式應用的、眾所周知的CPU包括：Intel的i386、Intel960、AMD29K、ARM、M32、MIPS、M68K、ColdFare、PowerPC、68HC11/12、TI的TMS32等等。詳細列表可查看<img align=absmiddle src=pic/url.gif border=0><a target=_blank href=http://gcc.gnu.org/reading> http://gcc.gnu.org/reading<;/a>網站。 </P><P> GNU gcc編譯器是一套完整的交叉C編譯器，包括： <BR> ◇ C交叉編譯器 gcc； <BR> ◇ 交叉匯編工具 as； <BR> ◇ 反匯編工具 objdump； <BR> ◇ 連接工具 Ld； <BR> ◇ 調試工具 gbd。 </P><P> 可以用批處理文件 makefile 將上述工具組合成方便的命令行形式。makefile 是用bash語言寫的。bash語言是很像BASIC語言的一種命令解釋語言，范例可以從網上獲得。 </P><P> 4 嵌入式操作系統 </P><P> 嵌入式應用中的操作系統多為實時操作系統。μC /OS是一個免費的小實時操作系統內核，內核代碼僅幾K~十幾K。已有10年的應用史，并已經被移植到了幾乎所有的嵌入式應用類CPU上。它的實時性、穩定性已得到世人的公認。由于μC/OS的商業價值，后來的μC /OS-II不再是免費的，但仍是一個低價位的操作系統。帶有文件系統、功能更強的嵌入式操作系統有uCLinux，它的內核需要至少512 KB存儲空間。面向各種不同的商業硬件平臺的、各種版本的uClinux的源碼在網上都可以找到。我們是從 uclinux.org上下載uClinux源代碼的。用GNU gcc編譯,通過編譯運行uClinux熟悉了這一套開發環境。uClinux是一套很優秀的自由軟件，很多掌上電腦都是基于uClinux開發的，今后PC機上有什么軟件，掌上電腦（例如以ARM為CPU的掌上電腦）上就會有什么軟件。這些軟件都可以是基于uClinux的。uClinux不是實時的，而自由軟件RTLinux是實時的。由于上述操作系統都是有源碼的，其硬件相關部分可以通過定義一些函數移植上去。有 Linux的開發環境，有GNU gcc的C交叉編譯器，有操作系統的源代碼，就可以自如地設計自己的應用了。 </P><P> 經典的uClinux下載地址為<img align=absmiddle src=pic/url.gif border=0><a target=_blank href=http://www.uclinux.org>http://www.uclinux.org<;/a>，但對于某些平臺（比如ARM），用GOOGLE搜索一下"uClinux+ARM"往往能找到比uClinux.org更好的網址。不過Coldfire還是推薦用<img align=absmiddle src=pic/url.gif border=0><a target=_blank href=http://www.uclinux.org/ports/coldfire/>http://www.uclinux.org/ports/coldfire/<;/a>，上面的版本是uClinux目前最主要的維護者Greg Ungerer（gerg@snapgear.com）開發的，是uClinux最原始、最規范的版本。 <BR> 我們用的是： </P><P> ◇ 內核代碼 <BR> （<img align=absmiddle src=pic/url.gif border=0><a target=_blank href=http://www.uclinux.org/ports/coldfire/source.html>http://www.uclinux.org/ports/coldfire/source.html<;/a>上的Full Source Distribution） <BR> uClinux-dist-20020306.tar.gz </P><P> ◇ 交叉編譯器 <BR> （<img align=absmiddle src=pic/url.gif border=0><a target=_blank href=http://www.uclinux.org/ports/coldfire/source.html>http://www.uclinux.org/ports/coldfire/source.html<;/a>上的M68K/ColdFire Binary Tools (m68k-elf tool chain) ） <BR> m68k-elf-tools-20020218.tar.gz </P><P> 5 ColdFire 5307板的開發過程與經驗 </P><P> ColdFire是Motorola 在68K基礎上推出的新的32位嵌入式微處理器內核，有51XX、52XX、53XX、54XX等4個系列。5307的運算能力可達75MIPS。下面描述的開發過程也可以用于PowerPC、ARM等嵌入式應用的開發。我們以ColdFire5307為核心設計了帶有16MB SDRAM、2MB Flash，10 M以太網接口的硬件平臺，移植了Debug/Monitor駐留程序并通過BDM接口寫入到Flash中，編譯了uCLinux內核并使uClinux運行起來。我們移植了實時操作系統μC/OS-II。基于μC/OS-II，我們正在寫基于 μC/OS的TCP/IP協議棧。后續的文章中將詳細介紹我們的開發過程，讀者按照我們提供的步驟就可以自行開發產品。 </P><P> 以下，介紹如何搭建能運行GNU gcc交叉C編譯的Linux平臺。 </P><P> 6 搭建Linux下開發ColdFire的軟件平臺 </P><P> （1）安裝Linux <BR> 首先應該安裝RedHat 6.2版本的Linux，因為uClinux的原作者使用的是RedHat6.2平臺。為了避免可能出現的不必要的麻煩，建議使用RedHat6.2平臺。 </P><P> （2）GNU gcc交叉編譯器的建立 <BR> 可以到<img align=absmiddle src=pic/url.gif border=0><a target=_blank href=http://www.uclinux.org/port/coldfire>http://www.uclinux.org/port/coldfire<;/a>下面下載最新的M68K/ColdFire的交叉編譯器。我們使用的是m68k-elf-tools-20010716.tar.gz，安裝命令是： <BR> tar xzf m68k-elf-tools-20010716.tar.gz <BR> 執行后會把ColdFire的交叉編譯器安裝到/usr/local/目錄下面。其中/usr/local/bin目錄下是可執行文件。 </P><P> （3）安裝調試工具BDM的驅動（BDM Driver） <BR> 下載gdb-bdm-20010901.tar.gz 用下述命令解壓： <BR> tar xzf gdb-bdm-20010901.tar.gz <BR> 執行后會新建gdb-bdm-20010901目錄，在該目錄下面運行： <BR> ./local_script/build_it <BR> 然后到/gdb-bdm-20010901/driver/linux目錄下面運行： <BR> make install <BR> 然后運行： <BR> mknod /dev/bdmcf0 c 34 4 添加ColdFire系列CPU的BDM驅動。 <BR> 在文件/etc/conf.modules添加： <BR> alias char-major-34 bdm <BR> 在文件/etc/rc.d/rc.local添加： <BR> /sbin/insmod bdm <BR> 再到/gdb-bdm-20010901/lib下面： <BR> make install </P><P> （4）測試BDM <BR> 到/gdb-bdm-20010901/test目錄下面： <BR> ./chk /dev/bdmcf0，可以測試BDM驅動是否工作正常。 </P><P> （5）編譯GDB <BR> 下載gdb文件gdb-5.0.tar.gz，用下述命令解壓： <BR> tar xzf gdb-5.0.tar.gz <BR> 到生成的目錄gdb-5.0下面運行： <BR> patch -p1 < /where/gdb-bdm-20010901/gdbPatches/gdb-5.0-patch <BR> where就是/gdb-bdm-20010901的目錄。 <BR> 然后運行 <BR> ./configure --target=m68k-bdm-elf --prefix=/usr/local/ <BR> 再運行 <BR> make <BR> 然后是 <BR> make install </P><P> 這樣，整個ColdFire的交叉編譯平臺和Debug平臺就建立完成了。接下來就可以編譯運行在ColdFire系列CPU上的匯編C程序了。 </P><P> 我們希望，今后會有更多的朋友加入到用自由軟件開發嵌入式應用的行列，有更多的人把他們的經驗拿出來共享。<BR>
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