ARM-Linux開發與MCU開發的各自優勢？

技術小白

針對ARM-Linux程序的開發，主要分為三類：應用程序開發、驅動程序開發、系統內核開發，針對不同種類的軟件開發，有其不同的特點。今天我們來看看ARM-Linux開發和MCU開發的不同點，以及ARM-Linux的基本開發環境。  

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ARM-Linux應用開發和單片機開發的不同

這里先要做一個說明，對于ARM的應用開發主要有兩種方式：一種是直接在ARM芯片上進行應用開發，不采用操作系統，也稱為裸機編程，這種開發方式主要應用于一些低端的ARM芯片上，其開發過程非常類似單片機，這里不多敘述。還有一種是在ARM芯片上運行操作系統，對于硬件的操作需要編寫相應的驅動程序，應用開發則是基于操作系統的，這種方式的嵌入式應用開發與單片機開發差異較大。ARM-Linux應用開發和單片機的開發主要有以下幾點不同：

應用開發環境的硬件設備不同

單片機：開發板、仿真器（調試器）、USB線；

ARM-Linux：開發板、網線、串口線、SD卡；

對于ARM-Linux開發，通常是沒有硬件的調試器的，尤其是在應用開發的過程中，很少使用硬件的調試器，程序的調試主要是通過串口進行調試的；但是需要說明的是，對于ARM芯片也是有硬件仿真器的，但通常用于裸機開發。

程序下載方式不同

單片機：仿真器（調試器）下載，或者是串口下載；

ARM-Linux:串口下載、tftp網絡下載、或者直接讀寫SD、MMC卡等存儲設備，實現程序下載；

這個與開發環境的硬件設備是有直接關系的，由于沒有硬件仿真器，故ARM-Linux開發時通常不采用仿真器下載；這樣看似不方便，其實給ARM-Linux的應用開發提供了更多的下載方式。

芯片的硬件資源不同

單片機：通常是一個完整的計算機系統，包含片內RAM，片內FLASH，以及UART、I2C、AD、DA等各種外設；

ARM：通常只有CPU，需要外部電路提供RAM以供ARM正常運行，外部電路提供FLASH、SD卡等存儲系統映像，并通過外部電路實現各種外設功能。由于ARM芯片的處理能力很強，通過外部電路可以實現各種復雜的功能，其功能遠遠強于單片機。

固件的存儲位置不同

單片機：通常具備片內flash存儲器，固件程序通常存儲在該區域，若固件較大則需要通過外部電路設計外部flash用于存儲固件。

ARM-Linux: 由于其沒有片內的flash, 并且需要運行操作系統，整個系統映像通常較大，故ARM-Linux開發的操作系統映像和應用通常存儲在外部的MMC、SD卡上，或者采用SATA設備等。

啟動方式不同

單片機：其結構簡單，內部集成flash, 通常是芯片廠商在程序上電時加入固定的跳轉指令，直接跳轉到程序入口（通常在flash上）；開發的應用程序通過編譯器編譯，采用專用下載工具直接下載到相應的地址空間；所以系統上電后直接運行到相應的程序入口，實現系統的啟動。

ARM-Linux：由于采用ARM芯片，執行效率高，功能強大，外設相對豐富，是功能強大的計算機系統，并且需要運行操作系統，所以其啟動方式和單片機有較大的差別，但是和家用計算機的啟動方式基本相同。其啟動一般包括BIOS，bootloader，內核啟動，應用啟動等階段。

(a)啟動BIOS

BIOS是設備廠家（芯片或者是電路板廠家）設置的相應啟動信息，在設備上電后，其將讀取相應硬件設備信息，進行硬件設備的初始化工作，然后跳轉到bootloader所在位置（該位置是一個固定的位置，由BIOS設置）。（根據個人理解，BIOS的啟動和單片機啟動類似，需要采用相應的硬件調試器進行固件的寫入，存儲在一定的flash 空間，設備上電啟動后讀取flash空間的指令，從而啟動BIOS程序。）

(b)啟動bootloader

該部分已經屬于嵌入式Linux軟件開發的部分，可以通過代碼修改定制相應的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區域（通常是存儲區的第一個扇區）。此時需要在BIOS中設置，或者通過電路板的硬件電路設置，選擇bootloader的加載位置；若BIOS中設置從SD卡啟動，則BIOS初始化結束后，將跳轉到SD卡的位置去執行bootloader,從而實現bootloader的啟動。

Bootloader主要作用是初始化必要的硬件設備，創建內核需要的一些信息并將這些信息通過相關機制傳遞給內核，從而將系統的軟硬件環境帶到一個合適的狀態，最終調用操作系統內核，真正起到引導和加載內核的作用。

(c)啟動內核

bootloader啟動完成初始化等相關工作之后，將調用內核啟動程序。這就進入了實際的操作系統相關內容的啟動了，包括相應的硬件配置，任務管理，資源管理等內核程序的啟動。

(d)啟動應用

在操作系統內核啟動之后，就可以開始啟動需要的應用，去完成真正的業務操作了。

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ARM-Linux 基本開發環境

前面介紹了ARM-Linux應用開發和單片機開發的不同之處，相信你已經對ARM-Linux應用開發有了一個基本的認識了，下面將介紹一下ARM-Linux的基本開發環境。其主要包括硬件環境和軟件環境兩個部分，這里以iMX53和Ubuntu為例進行說明。

硬件環境

開發板：ARM運行的硬件環境，或者是相應項目的ARM電路板。

計算機：作為開發主機使用，安裝Linux(如Ubuntu)），或者采用虛擬機安裝Ubuntu。

串口線：用于開發過程中采用終端進行串口調試或下載程序。

網線：用于連接arm-board和開發主機，實現tftp下載內核（程序等），通過網絡nfs運行程序等。

SD卡（及讀卡器）或者其他存儲設備：用于存儲bootloader、內核映像等，以及最終的軟件系統的存儲；開發過程中，通常用于保存bootloader,引導系統啟動。

軟件環境

Ubuntu： 作為操作系統，是整個軟件開發環境的載體，相應的開發工具都布置在此系統中。

LTIB： 這是freescale的提供的一個編譯工具鏈，能夠很方便的將源代碼文件編譯為適合的程序代碼，并對程序進行調試；用戶也可以通過下載源碼構建自己的編譯工具鏈。

tftp： 用于從開發主機Ubuntu上向arm-board 下載內核文件、應用文件等。

nfs網絡文件系統：用于在開發主機上建立網絡nfs文件根系統，arm-board通過nfs網絡文件系統讀取開發主機上的虛擬根文件系統，完成系統的啟動；方便系統的開發與調試。

minicom：串口調試工具，用于在開發主機上與arm-board通信，實現對arm-board上應用程序的操作與調試。

Eclipse：集成開發環境，主要方便代碼的編輯、編譯等，也可采用DS5，RealView等；或者采用gedit進行編輯，通過LTIB進行編譯和管理。

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