正文

基本概念

定义及组成

  • 嵌入式系统是以应用为中心,以计算机技术为基础,软硬件可裁剪,适应应用系统对功能、可靠性、成本、体积、功耗有严格要求的专用型计算机系统
  • 组成:嵌入式微处理器、外围硬件设备、嵌入式操作系统、特定的应用程序
  • 三要素:嵌入性专用性计算机系统
  • 嵌入式系统的开发模式分为:本地开发和交叉开发
  • 构建交叉编译环境的主要内容:构建交叉编译器、串口、网络的通信方式
  • 构建交叉编译环境的硬件设备:JTAG 线、串口、网络线
  • 串口的作用:实现双向通信
  • 网络的作用:实验资源共享和数据通信
  • 系统设备驱动的分类:

    • 字符类设备:例如键盘、LED 等,目的是为了操作方便
    • 块设备:FLASH、DOC 等,经过缓存,给系统的存储提供优化
    • 网络设备:实现多个系统通信
    • 其他设备
  • 设备驱动的基本结构:

    • 驱动程序的注册和注销
    • 设备的打开与释放
    • 设备的读写操作
    • 设备的控制操作
    • 设备的中断和轮询处理

ARM 的硬件结构

  • ARM 是 32 位 RISC 处理器
  • 类型:ARM 710 系列、ARM 940T、920T 系列、StrongARM
  • S3C6410 有 10 组外部中断,有 17 组外部 I/O 引脚,GPA ~ GPQ
  • S3C6410 寄存器:

    • GPxCON:端口配置寄存器
    • GPxDAT:端口数据寄存器
    • GPxPUD:上/下拉寄存器
    • GPxCONSLP:睡眠模式配置寄存器
    • GPxPUDSLP:睡眠模式上/下拉寄存器
  • S3C6410 的中断控制寄存器类型:EINT 控制寄存器;其工作模式是:高/低电平
  • BootLoader 的两种模式:启动加载模式和下载模式

    • 作用:在操作系统内核运行之前,初始硬件设备,建立内存的寻址空间映射,划出操作系统的内存地址范围,加载操作系统到 RAM 中让系统自举启动
    • Stage 1:

    1、 硬件设备的初始化:屏蔽所有中断、设置 CPU 速度和时钟频率、RAM 地址的初始化

    2、 初始化 Stage 2 的内存地址范围

    3、 加载 Stage 2 到 RAM 中

    4、 设置堆栈

    5、 跳转到 Stage 2 的 c 入口

    • Stage 2:

    1、 初始化需要用到的硬件设备

    2、 检测系统的内存映射

    3、 将 kernel 映像和根文件系统映像加载到 RAM

    4、 设置启动参数

    5、 调用内核

  • 移植:将源代码编译到不同的硬件设备平台运行

    • 内核移植:根据硬件平台对内核进行增加模块、裁剪、配置并重新编译以实现对硬件平台的支持

    1、 修改 Kconfig 文件

    2、 修改 makefile 文件

    3、 make menuconfig 配置

    4、 make zimage 生成映像

    5、 烧写映像文件到开发板

Linux 文件系统结构

  • /bin 存放二进制文件和普通用户常用的命令
  • /boot 存放内核和引导文件(例如 GRUB)
  • /dev 存放设备文件
  • /etc 存放系统配置文件,该目录有重要文件,例如init.d
  • /home 普通用户的默认目录
  • /lib 存放库文件
  • /lost+found 存放系统奔溃或者意外关机产生的碎片文件
  • /mnt 存储设备的挂载目录
  • /opt 可选目录,即用户可以自定义的安装目录
  • /proc 系统运行时的内核和进程信息
  • /root 超级权限 root 用户的目录
  • /sbin 存放仅超级权限用户可以执行的管理系统的命令
  • /tmp 存放程序运行时的临时文件
  • /usr 系统存放与程序相关的文件
  • /sys 存放系统核心文件
  • /media 用于挂载
  • /cdrom 光驱目录
  • /var 大文件的溢出区
  • /usr/local 默认的编译安装目录

常用命令

cp bg.png img
# 复制 bg.png 到 img 目录下

mv costom.css css/index.css
# 移动 custom.css 文件到 css 目录下 并重命名为 index.css

cd ../
# 放回上一级目录

ls
# 列出所有目录和文件

mkdir xxx
# 新建 xxx 目录

rmdir xxx
# 删除 xxx 目录

man rm
# 查看 rm 命令的帮助文档

pwd
# 列出工作路径

find xxx
# 查找 xxx 文件

rm -rf xxx
# 强制删除 xxx 目录所有内容

ifconfig
# 列出网卡配置(同时也可以配置)

ping xxx
# 网络链路测试

lsmod
# 列出模块

insmod xxx
# 安装模块

rmmod xxx
# 移除模块

tar -zxvf xxx.tar.gz
# 解压 xxx.tar.gz

tar -jxvf xxx.tar.bz2
# 解压 xxx.tar.bz2

开发环境

GCC 的使用

gcc -E main.c -o main.i
# 预处理时停止

gcc -S main.i -o main.s
# 编译到汇编阶段停止

gcc -c main.s -o main.o
# 汇编成目标文件

gcc main.o -o main
# 链接成为可执行的二进制文件

GDB 的使用

gcc -Wall -g main.c -o main

gdb -q main
(gdb) l
# 列出源程序
(gdb) b 行号
# 在某行断点
(gdb) n
# 执行下一单步
(gdb) r
# 继续执行
(gdb) p xxx
# 打印 xxx 的值
(gdb) q
# 推出

QT 的简单程序设计

QT 是一个跨平台的 C++ 的图形用户界面库

vi xxx.c
# 创建 QT 程序

qmake -project
# 生成 .pro 的专案文件

qmake
# 生成 makefile 文件

make
# 执行编译

SQL 结构化查询语言的安装

安装 SQLite

示范包: sqlite.tar.gz

tar -zvxf sqlite.tar.gz

cd sqlite

./configure --host=arm-linux --prefix=/opt/sqlite --disable-tcl

make && make install

cp -f /opt/sqlite/bin /mnt/s3c6410/bin

cp -f /opt/sqlite/lib /mnt/s3c6410/lib

# 切换到开发板的终端

sqlite3

minicom 的配置

目标板与宿主机相连:PC COM ——》 ARM UART0

运行终端

minicom

按下 o 键,进行串口的配置。其中波特率为 115200,8bit,无流控制

保存,退出

BusyBox 安装

1、 获取源码包,示范 busybox.tar.bz2

2、 解压源码包 tar -jxvf busybox.tar.bz2

3、 cd busybox && make menuconfig 配置

4、 make CORSS_COMPILE = arm-none-linux-gnueabi- 配置编译

5、 make install 安装

QT 的安装

1、 获取源码包,示范 qt.tar.gz

2、 解压源码包到当前目录 tar -zxvf qt.tar.gz

3、 cd qt && ./configure -embedded [architechture] --prefix=/opt/qt

4、 make && make install

5、 设置环境变量 export PATH=$PATH:/opt/qt/bin && source .bash_profile

6、 which qmake

NFS

1、 setup system service 选 nfs

2、 退出 setup vi /etc/exports

3、 service nfs restart

4、 ifconfig 查看网卡获得 ip

5、 mount ip:

TFTP

1、 setup system service 选 tftp

2、 去掉 ipchains 和 iptables

3、 Firewall configuration 选 Nofirewall

4、 退出 setup service xinetd restart

字符设备的代码

static struct file_operations keybd_fops = {
    open : keybd_open,
    read : keybd_read,
    release : keybd_release,
};
int keybd_open(struct inode *inode, struct file *filp)
{
    printk("open ok\n");
    return 0;
}
ssize_t keybd_read(struct file *fp, char *buf,
                   size_t size)
{
    ……
}
int keybd_release(struct inode *inode, struct file *filp)
{
    printk("release ok\n");
    return 0;
}
ssize_t led_write(struct file *fp, char *buf,
                  size_t size)
{
    ……
}
int __init keybd_init(void)
{
    ……
}
static void __exit keybd_exit(void)
{
    devfs_unregister(devfs_keybd);
}
module_init(keybd_init);
module_exit(keybd_exit);

按键驱动

// 初始化设备,将引脚设置为中断模式
void init_dev(void)
{
    s3c_gpio_cfgpin(key_table[0], S3C_GPIO_SFN(2));
    s3c_gpio_cfgpin(key_table[1], S3C_GPIO_SFN(2));
    s3c_gpio_cfgpin(key_table[2], S3C_GPIO_SFN(2));
    s3c_gpio_cfgpin(key_table[3], S3C_GPIO_SFN(2));
    s3c_gpio_cfgpin(key_table[4], S3C_GPIO_SFN(2));
    s3c_gpio_cfgpin(key_table[5], S3C_GPIO_SFN(2));

    unsigned int tmp;
    tmp = readl(S3C64XX_GPNCON);
    printk("%x\n", tmp);
}

// 请求中断
ret = request_irq(key_irqs[num].irq, keys_interrupt, key_irqs[num].flags, key_irqs[num].name, (void *)&key_irqs[num]);

// 等待中断触发事件
wait_event_interruptible(key_waitq, ev_press);

//当中断发生时,调用中断处理函数。当外部中断发生时,request_irq()当中最后一个参数将提供给中断处理函数
static irqreturn_t keys_interrupt(int irq, void *dev_id)
{
    struct key_irq *key_irqs = (struct key_irq *)dev_id;
    int down;
    int number;
    unsigned tmp;

    number = key_irqs->number;
    printk("number = %d\n", number);
    switch (number)
    {
    case 0:
    case 1:
    case 2:
    case 3:
    case 4:
    case 5:
        tmp = readl(S3C64XX_GPNDAT);
        down = !(tmp & (1 << number));
        break;

    default:
        down = 0;
    }

    if (down != (key_values[number] & 1))
    {
        key_values[number] = '0' + down;
        ev_press = 1;

        wake_up_interruptible(&key_waitq);
    }

    printk("interrupt\n");
    return IRQ_RETVAL(IRQ_HANDLED);
}

// 释放中断
free_irq(key_irqs[i].irq, (void *)&key_irqs[i]);

LED 驱动程序的动态加载

1、 开发板上电,进入 NFS

2、 将 led_app 和 led.ko 拷贝到挂载的 NFS 文件系统中

3、 切换到串口终端 ls 查看是否拷贝成功

4、 动态加载驱动代码 insmod led.ko

5、 查看驱动设备号 cat /proc/devices

6、 根据驱动设备号创建设备文件 mknod /dev/myled c 253 0

7、 ./led_app 1 来测试灯是否亮;./led_app 0 测试关闭灯

makefile 注释样例

样例 1

edit: main.o kbd.o command.o
# 定义目标文件 edit 和源文件 main.o 等
    gcc -o edit main.o kbd.o command.o
    #定义 edit 的编译方法
main.o: main.c defs.h
# 定义目标文件 main.o 和源文件 main.c defs.h
    gcc -c main.c
    # 定义 main.o 的编译方法
kbd.o: kbd.c defs.h command.h
# 定义目标文件kbd.o和源文件
    gcc -c kbd.c
    # 定义 kbd.o 的编译方法
command.o: command.c defs.h command.h
# 定义目标文件command.o和源文件
    gcc -c command.c
    # 定义 command.p 的编译方法
clean:
# 定义伪目标
    rm edit main.o kbd.o command.o display.o insert.o
    # 删除目标文件

样例 2

CC = /opt/host/armv4l/bin/armv4l-unknown-linux-gcc
# 定义 gcc
LD = /opt/host/armv4l/bin/armv4l-unknown-linux-ld
# 定义 ld
CFLAGS = -I/HHARM9-EDU/kernel/include/linux -Wall
# 定义编译选项
led.o: led.c
# 定义目标和源文件
    $(CC) $(CFLAGS) -g led.c -o led
    # 编译方法
    cp led.o / -f
    # 复制 led.o 到 /
.PHONY: clean
# 定义伪目标
clean:
# 定义clean
    -rm -f *.o
    # 删除中间文件

(完)

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