ARM+Linux學習總結（1）——入門知識

1.入門知識

1.1硬件構成

嵌入式系統硬件主控板主要由這些硬件構成：

①ARM架構爲硬核的處理器，如TI/FreeScale等芯片廠商製造的處理器。

②存儲芯片：包括內存RAM和閃存FLASH。內存RAM中是在上電時存儲程序運行的指令和數據的，掉電後數據消失，經常使用的是DDR2或DDR3芯片，低級一點的能夠用SRAM芯片；閃存FLASH存儲的是燒錄或拷貝的各類文件（包括指令和數據），上電後FLASH的文件會拷貝至RAM運行，掉電後FLASH中的數據不會消失，經常使用的是NOR FLASH和NAND FLASH。

③外設：主要是電源模塊、GPIO擴展口、ADC、RTC、TFT屏接口、JTAG燒錄口、通訊接口（UART/USB/I2C/CAN/網口等）。這些外設須要專門的驅動程序支持才能使用。

1.2 Bootloader

bootloader是一個引導程序，它最主要的功能是加載內核，所謂加載內核就是讓內核代碼常駐內存，而且獲得執行。

每一種CPU都有本身的啓動方式，具體以下（網上看到的）：

①CPU上電後從某個肯定的內存地址開始取指令運行，這樣的指令每每是已經固化的，由於RAM剛上電時，裏面的內容是沒有意義的，不少單片機是這樣方式。這種BOOT方式能夠認爲是固化模式，其實就是沒有所謂的BOOT過程。

②CPU上電後從ROM讀代碼到RAM，而後跳到RAM裏開始執行。這種方式的CPU通常會拷貝固定長度的二進制代碼到RAM，由於它不知道有效代碼有多長，只有一個固定的長度拷貝完成後，CPU才知道拷貝工做完成，以便從RAM執行。這就是拷貝固定長度二進制代碼的BOOT過程。

③對方式②進行了改進，方式②只能拷貝固定長度的代碼到RAM運行，爲了拷貝更多的代碼到RAM運行，首先進入RAM的代碼不是一個功能固件，而是另外一個功能代碼的加載器(loader)，這就是Bootloader。

1.2.1 ARM的Bootloader

ARM會拷貝4K長度的代碼運行。顯然arm不是爲4K的固件設計的。拷貝代碼到RAM並不須要不少指令，由於ARM對RAM的管理須要一個MMU控制器（可讓CPU訪問更多的RAM或許）而這個控制器須要配置相關寄存器，因此代碼可能要多一點，另外可能還有許多別的功能，因此代碼可能會更多。固然都不超過4K時都沒問題，但每每仍是要過4K的。因此真正arm-linux的bootloader通常有兩步驟：

①拷貝4K代碼到RAM，開始執行。 ② 拷貝另外一段代碼到RAM並初始化一些必須的硬件設置，開始執行 。

1.2.2 U-Boot

u-boot是一種很流行的bootloader，除了加載內核，它還提供了許多其餘功能。基本上u-boot是一個精簡的linux，源代碼佈局和Linux類似，它提供人機交換接口，通常如今linux開發都採用串口方式使用u-boot。

關於u-boot的說明有不少，我簡單說明一下：

①u-boot能夠被打斷，經過串口向u-boot輸入命令後，u-boot中斷，能夠執行各類命令，這些命令有專門的手冊能夠查詢。串口其實就是u-boot的一個遠程終端。

②u-boot能夠設置網絡，經過TFTP服務，u-boot能夠下載代碼到RAM而後執行，也能夠燒寫到flash。

③u-boot之因此有這麼多功能是由於裏面集成了許多驅動，若是要讓u-boot有更多的功能能夠在u-boot源代碼裏添加，若是要用硬件就須要添加驅動。

④ 嵌入式系統硬件千差萬別，使用U-Boot時須要修改（也就是移植），修改後須要從新編譯。

1.3 Linux內核

內核就是Linux操做系統的核心，也就是一組程序，負責驅動硬件、分配管理硬件資源和管理活動（進程、中斷）。內核直接做用於硬件，控制硬件的數字邏輯運算。若是讓用戶直接訪問操做硬件的話，對於複雜電路來講，這是很是困難甚至是不可能的；而內核經過硬件抽象（HAL/BSP）的方法屏蔽了用戶直接操做硬件的複雜性和多樣性。內核嚮應用程序（用戶程序）提供了統一和簡潔的接口，應用程序只需調用這個接口就能夠完成相應操做。用下圖形象表示：

1.3.1內核組成

Linux 內核由進程管理、內存管理、文件系統、網絡協議、進程間通訊、 設備驅動等模塊組成。以下圖所示：

各個組成部分的詳細講解能夠去搜索相關資料。

1.3.2 內核的交叉編譯

所謂的交叉編譯，就是在宿主機（PC機，Windows/Linux系統）平臺上使用某種特定的交叉編譯器，爲某種與宿主機不一樣平臺的目標系統編譯程序，獲得的程序在目標系統（ARM開發板，Linux系統）上運行而非在宿主機本地運行。這裏的平臺包含兩層含義：一是核心處理器的架構，二是所運行的系統。這樣，交叉編譯有 3 種情形：
①目標系統與宿主機處理器相同，運行不一樣的系統；
②目標系統與宿主機處理器不一樣，運行相同的系統；
③目標系統與宿主機處理器不一樣，運行不一樣的系統。

交叉編譯器命名方式通常遵循「處理器-系統-gcc」這樣的規則，通常經過名稱即可以知道交叉編譯器的功能。交叉編譯器在Linux操做系統中的下載及安裝過程：

①網站上下載編譯器，好比arm-linux-gcc 3.4.1；

②解壓安裝：sudo tar vxjf arm-linux-gcc 3.4.1.bz2；

③命令行編譯須要設置環境變量：sudo gedit /etc/bash.bashrc； 在文件最後添加：export PATH=$PATH:/usr/local/arm/3.4.1/bin 從新登陸。

④arm-linux-gcc –v 查看版本便知道交叉編譯器是否安裝成功 。

1.3.3內核裁剪（內核移植）

內核移植涉及到硬件驅動修改裁剪和內核配置Kconfig。這是一個很複雜的過程，須要專門的文章詳細介紹。

1.4 燒寫

燒寫內核有多種方式：USB燒寫、TF卡燒寫、鏡像文件燒寫等。

這些燒寫都要藉助必定的軟硬件工具來進行。以鏡像文件燒寫爲例：

①內核鏡像是被bootloader加載的，好比u-boot能夠把內核鏡像加載到RAM並執行。製做u-boot可加載的鏡像須要使用mkimage工具。 安裝：sudo cp ~/tools/mkimage /usr/bin；編譯：make uImage；

注意：若是mkimage權限不對make uImage是會出錯的，能夠設置一下權限 sudo chmod 777 /usr/bin/mkimage 若是一切成功那麼在linux-xxxx/arch/arm/boot下就有uImage文件了。

②U-Boot燒寫過程： a) 中斷u-boot ；b) 須要一個tftp服務器，好比Windows XP下能夠安裝tftpwin ；c) 調用u-boot命令啓動下載燒寫。（網上看到的，不必定準確）