ARM-Linux開(kāi)發(fā)與MCU開(kāi)發(fā)的各自優(yōu)勢(shì)？

技術(shù)小白

針對(duì)ARM-Linux程序的開(kāi)發(fā)，主要分為三類：應(yīng)用程序開(kāi)發(fā)、驅(qū)動(dòng)程序開(kāi)發(fā)、系統(tǒng)內(nèi)核開(kāi)發(fā)，針對(duì)不同種類的軟件開(kāi)發(fā)，有其不同的特點(diǎn)。今天我們來(lái)看看ARM-Linux開(kāi)發(fā)和MCU開(kāi)發(fā)的不同點(diǎn)，以及ARM-Linux的基本開(kāi)發(fā)環(huán)境。  

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ARM-Linux應(yīng)用開(kāi)發(fā)和單片機(jī)開(kāi)發(fā)的不同

這里先要做一個(gè)說(shuō)明，對(duì)于ARM的應(yīng)用開(kāi)發(fā)主要有兩種方式：一種是直接在ARM芯片上進(jìn)行應(yīng)用開(kāi)發(fā)，不采用操作系統(tǒng)，也稱為裸機(jī)編程，這種開(kāi)發(fā)方式主要應(yīng)用于一些低端的ARM芯片上，其開(kāi)發(fā)過(guò)程非常類似單片機(jī)，這里不多敘述。還有一種是在ARM芯片上運(yùn)行操作系統(tǒng)，對(duì)于硬件的操作需要編寫相應(yīng)的驅(qū)動(dòng)程序，應(yīng)用開(kāi)發(fā)則是基于操作系統(tǒng)的，這種方式的嵌入式應(yīng)用開(kāi)發(fā)與單片機(jī)開(kāi)發(fā)差異較大。ARM-Linux應(yīng)用開(kāi)發(fā)和單片機(jī)的開(kāi)發(fā)主要有以下幾點(diǎn)不同：

應(yīng)用開(kāi)發(fā)環(huán)境的硬件設(shè)備不同

單片機(jī)：開(kāi)發(fā)板、仿真器（調(diào)試器）、USB線；

ARM-Linux：開(kāi)發(fā)板、網(wǎng)線、串口線、SD卡；

對(duì)于ARM-Linux開(kāi)發(fā)，通常是沒(méi)有硬件的調(diào)試器的，尤其是在應(yīng)用開(kāi)發(fā)的過(guò)程中，很少使用硬件的調(diào)試器，程序的調(diào)試主要是通過(guò)串口進(jìn)行調(diào)試的；但是需要說(shuō)明的是，對(duì)于ARM芯片也是有硬件仿真器的，但通常用于裸機(jī)開(kāi)發(fā)。

程序下載方式不同

單片機(jī)：仿真器（調(diào)試器）下載，或者是串口下載；

ARM-Linux:串口下載、tftp網(wǎng)絡(luò)下載、或者直接讀寫SD、MMC卡等存儲(chǔ)設(shè)備，實(shí)現(xiàn)程序下載；

這個(gè)與開(kāi)發(fā)環(huán)境的硬件設(shè)備是有直接關(guān)系的，由于沒(méi)有硬件仿真器，故ARM-Linux開(kāi)發(fā)時(shí)通常不采用仿真器下載；這樣看似不方便，其實(shí)給ARM-Linux的應(yīng)用開(kāi)發(fā)提供了更多的下載方式。

芯片的硬件資源不同

單片機(jī)：通常是一個(gè)完整的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，包含片內(nèi)RAM，片內(nèi)FLASH，以及UART、I2C、AD、DA等各種外設(shè)；

ARM：通常只有CPU，需要外部電路提供RAM以供ARM正常運(yùn)行，外部電路提供FLASH、SD卡等存儲(chǔ)系統(tǒng)映像，并通過(guò)外部電路實(shí)現(xiàn)各種外設(shè)功能。由于ARM芯片的處理能力很強(qiáng)，通過(guò)外部電路可以實(shí)現(xiàn)各種復(fù)雜的功能，其功能遠(yuǎn)遠(yuǎn)強(qiáng)于單片機(jī)。

固件的存儲(chǔ)位置不同

單片機(jī)：通常具備片內(nèi)flash存儲(chǔ)器，固件程序通常存儲(chǔ)在該區(qū)域，若固件較大則需要通過(guò)外部電路設(shè)計(jì)外部flash用于存儲(chǔ)固件。

ARM-Linux: 由于其沒(méi)有片內(nèi)的flash, 并且需要運(yùn)行操作系統(tǒng)，整個(gè)系統(tǒng)映像通常較大，故ARM-Linux開(kāi)發(fā)的操作系統(tǒng)映像和應(yīng)用通常存儲(chǔ)在外部的MMC、SD卡上，或者采用SATA設(shè)備等。

啟動(dòng)方式不同

單片機(jī)：其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，內(nèi)部集成flash, 通常是芯片廠商在程序上電時(shí)加入固定的跳轉(zhuǎn)指令，直接跳轉(zhuǎn)到程序入口（通常在flash上）；開(kāi)發(fā)的應(yīng)用程序通過(guò)編譯器編譯，采用專用下載工具直接下載到相應(yīng)的地址空間；所以系統(tǒng)上電后直接運(yùn)行到相應(yīng)的程序入口，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的啟動(dòng)。

ARM-Linux：由于采用ARM芯片，執(zhí)行效率高，功能強(qiáng)大，外設(shè)相對(duì)豐富，是功能強(qiáng)大的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，并且需要運(yùn)行操作系統(tǒng)，所以其啟動(dòng)方式和單片機(jī)有較大的差別，但是和家用計(jì)算機(jī)的啟動(dòng)方式基本相同。其啟動(dòng)一般包括BIOS，bootloader，內(nèi)核啟動(dòng)，應(yīng)用啟動(dòng)等階段。

(a)啟動(dòng)BIOS

BIOS是設(shè)備廠家（芯片或者是電路板廠家）設(shè)置的相應(yīng)啟動(dòng)信息，在設(shè)備上電后，其將讀取相應(yīng)硬件設(shè)備信息，進(jìn)行硬件設(shè)備的初始化工作，然后跳轉(zhuǎn)到bootloader所在位置（該位置是一個(gè)固定的位置，由BIOS設(shè)置）。（根據(jù)個(gè)人理解，BIOS的啟動(dòng)和單片機(jī)啟動(dòng)類似，需要采用相應(yīng)的硬件調(diào)試器進(jìn)行固件的寫入，存儲(chǔ)在一定的flash 空間，設(shè)備上電啟動(dòng)后讀取flash空間的指令，從而啟動(dòng)BIOS程序。）

(b)啟動(dòng)bootloader

該部分已經(jīng)屬于嵌入式Linux軟件開(kāi)發(fā)的部分，可以通過(guò)代碼修改定制相應(yīng)的bootloader程序，bootloader的下載通常是采用直接讀寫SD卡等方式。即編寫定制相應(yīng)的bootloader,編譯生成bootloader映象文件后，利用工具（專用或通用）下載到SD卡的MBR區(qū)域（通常是存儲(chǔ)區(qū)的第一個(gè)扇區(qū)）。此時(shí)需要在BIOS中設(shè)置，或者通過(guò)電路板的硬件電路設(shè)置，選擇bootloader的加載位置；若BIOS中設(shè)置從SD卡啟動(dòng)，則BIOS初始化結(jié)束后，將跳轉(zhuǎn)到SD卡的位置去執(zhí)行bootloader,從而實(shí)現(xiàn)bootloader的啟動(dòng)。

Bootloader主要作用是初始化必要的硬件設(shè)備，創(chuàng)建內(nèi)核需要的一些信息并將這些信息通過(guò)相關(guān)機(jī)制傳遞給內(nèi)核，從而將系統(tǒng)的軟硬件環(huán)境帶到一個(gè)合適的狀態(tài)，最終調(diào)用操作系統(tǒng)內(nèi)核，真正起到引導(dǎo)和加載內(nèi)核的作用。

(c)啟動(dòng)內(nèi)核

bootloader啟動(dòng)完成初始化等相關(guān)工作之后，將調(diào)用內(nèi)核啟動(dòng)程序。這就進(jìn)入了實(shí)際的操作系統(tǒng)相關(guān)內(nèi)容的啟動(dòng)了，包括相應(yīng)的硬件配置，任務(wù)管理，資源管理等內(nèi)核程序的啟動(dòng)。

(d)啟動(dòng)應(yīng)用

在操作系統(tǒng)內(nèi)核啟動(dòng)之后，就可以開(kāi)始啟動(dòng)需要的應(yīng)用，去完成真正的業(yè)務(wù)操作了。

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ARM-Linux 基本開(kāi)發(fā)環(huán)境

前面介紹了ARM-Linux應(yīng)用開(kāi)發(fā)和單片機(jī)開(kāi)發(fā)的不同之處，相信你已經(jīng)對(duì)ARM-Linux應(yīng)用開(kāi)發(fā)有了一個(gè)基本的認(rèn)識(shí)了，下面將介紹一下ARM-Linux的基本開(kāi)發(fā)環(huán)境。其主要包括硬件環(huán)境和軟件環(huán)境兩個(gè)部分，這里以iMX53和Ubuntu為例進(jìn)行說(shuō)明。

硬件環(huán)境

開(kāi)發(fā)板：ARM運(yùn)行的硬件環(huán)境，或者是相應(yīng)項(xiàng)目的ARM電路板。

計(jì)算機(jī)：作為開(kāi)發(fā)主機(jī)使用，安裝Linux(如Ubuntu)），或者采用虛擬機(jī)安裝Ubuntu。

串口線：用于開(kāi)發(fā)過(guò)程中采用終端進(jìn)行串口調(diào)試或下載程序。

網(wǎng)線：用于連接arm-board和開(kāi)發(fā)主機(jī)，實(shí)現(xiàn)tftp下載內(nèi)核（程序等），通過(guò)網(wǎng)絡(luò)nfs運(yùn)行程序等。

SD卡（及讀卡器）或者其他存儲(chǔ)設(shè)備：用于存儲(chǔ)bootloader、內(nèi)核映像等，以及最終的軟件系統(tǒng)的存儲(chǔ)；開(kāi)發(fā)過(guò)程中，通常用于保存bootloader,引導(dǎo)系統(tǒng)啟動(dòng)。

軟件環(huán)境

Ubuntu： 作為操作系統(tǒng)，是整個(gè)軟件開(kāi)發(fā)環(huán)境的載體，相應(yīng)的開(kāi)發(fā)工具都布置在此系統(tǒng)中。

LTIB： 這是freescale的提供的一個(gè)編譯工具鏈，能夠很方便的將源代碼文件編譯為適合的程序代碼，并對(duì)程序進(jìn)行調(diào)試；用戶也可以通過(guò)下載源碼構(gòu)建自己的編譯工具鏈。

tftp： 用于從開(kāi)發(fā)主機(jī)Ubuntu上向arm-board 下載內(nèi)核文件、應(yīng)用文件等。

nfs網(wǎng)絡(luò)文件系統(tǒng)：用于在開(kāi)發(fā)主機(jī)上建立網(wǎng)絡(luò)nfs文件根系統(tǒng)，arm-board通過(guò)nfs網(wǎng)絡(luò)文件系統(tǒng)讀取開(kāi)發(fā)主機(jī)上的虛擬根文件系統(tǒng)，完成系統(tǒng)的啟動(dòng)；方便系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)與調(diào)試。

minicom：串口調(diào)試工具，用于在開(kāi)發(fā)主機(jī)上與arm-board通信，實(shí)現(xiàn)對(duì)arm-board上應(yīng)用程序的操作與調(diào)試。

Eclipse：集成開(kāi)發(fā)環(huán)境，主要方便代碼的編輯、編譯等，也可采用DS5，RealView等；或者采用gedit進(jìn)行編輯，通過(guò)LTIB進(jìn)行編譯和管理。

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