Embedded Linux应用开发

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1 Embedded Linux 应用开发 PART2:TB500A 开发平台的使用

2 TB500A 的使用 TB500A 开发平台介绍 上电 TinyBOOT 的使用 根文件系统 Linux 的启动过程 在 Linux 环境下使用板上的设备

3 TB500A 开发平台介绍 基于 EP9302 ARM9 PROCESSOR 32M 内存 64K BOOTROM, 64M NAND FLASH 10/100M 以太网接口 两个 12M 的 USB HOST 一个 12M 的 USB DEVICE 调试串口 实时时钟 ( 电池 ) 输入电源 :5V@1A 板上工作电压 :3.3V, 核电压 1.8V 16 位 STATIC MEMORY 控制信号扩展,GPIO 扩展等

4 POWER UP TB500A HOST LINUX: MINICOM 串口设置 : N-1 以太网接口 上电 自动装载 Linux 操作系统

5 TinyBOOT 的使用 - 特性 使用 RS232 串口作为控制台 (CONSOLE) NAND FLASH 的直接读 写和擦除的命令 直接将 YAFFS/YAFFS2 的文件印象 (IMAGE) 写入 NAND FLASH 网路协议的支持 :TFTP,BOOTP,ICMP,UDP,ARP 等 TFTP 命令支持远程网路下载 BOOTP 命令支持 IP 地址的动态分配 PING 命令支持网路连接的测试 启动 Linux 内核 MD5 摘要命令, 用于检查下载的印象文件的正确性 打印 修改内存或寄存器的值 命令缓存, 保存旧的命令并使用 和 健回调 网路参数 (MAC 地址 IP 地址 TFTP 服务器地址 ) 的配置和保存 系统上电自启动脚本 (AUTO BOOT) 的设置的保存

6 TinyBOOT 的使用 - 启动过程 CPU 的初始化 (SDRAM,MMU 等 ) 串口的初始化, 设置为 N 网路的初始化, 检查是否有可用的网路连接 打印信息, 执行 AUTO BOOT 命令 如果启动内核,TinyBOOT 将内核印象从 NAND FLASH 中读入的内存中, 并将控制权交给内核

7 TinyBOOT 的使用 - 命令 md5 bps help dump poke dram reset tftpboot nandboot nandload nandoob nandread nanderase dumpset boardset d12 ping arp

8 TinyBOOT 的使用 -boardset 用于开发平台的基本配置 网路配置 :IP 地址 (BOOTP 或者静态设定 ) MAC 地址 NFS/TFTP 服务器地址 Liux 启动配置 : 自启动 内核命令行 NAND FLASH 的分区 1 分区需要与 Linux 内核中对 NAND FLASH 的分区一致 2 分区是以 NAND FLASH 的一个 BLOCK 为单位的 3 对于 TB500A 的板上 FLASH, 一个 BLOCK 是 16KB 4 内核 :2M 空间,RAMDISK:4M 空间,YAFFSG 根文件系统 :58M 空间 参考 :LINUX 内核对 NAND FLASH 的分区

9 TinyBOOT 的使用 -NAND FLASH 相关 nanderase: 擦除 NANDFLASH 上的内容, 同样是以 BLOCK 为单位的, 例如 : 1 擦除内核分区 : nanderase 0x0 0x80 2 擦除 RAMDISK 分区 : nanderase 0x80 0x100 3 擦除 YAFFS 分区 : nanderase 0x180 0xE80 4 擦除整块芯片 : nanderase 0x0 0x1000 nandoob: 调试 NAND flash 的命令 nandload: 通过 TFTP 服务下载 IMAGE 文件到 NAND FLASH 中 1 下载 zimage: nandload z zimage 2 下载 RAMDISK: nandload r ramdisk.gz 3 下载 YAFFS IMAGE: nandload y root.yaffs.img 4 使用该命令时请确保 HOST 机器上 TFTP 服务正常工作, 并且将上述的 3 个 IAMGE 文件放在 TFTP 服务的下载目录下, 如 /tftpboot, 并且具有可读属性

10 TinyBOOT 的使用 -LINUX 启动相关 (1) nandboot: 从 NAND FLASH 中装载 IMAGE 文件并启动 LINUX, 从 NAND FLASH 启动之前, 用户需要确保 NAND FLASH 中已经保存了正确的 IMAGE 文件 启动方式 1: 使用 RAMDISK 作为根文件系统 nandboot -r -s 0x c "root=/dev/ram console=ttyam" 启动方式 2: 使用 YAFFS 分区作为根文件系统 nandboot -c "root=/dev/mtdblock2 console=ttyam 启动方式 3: 使用远端的 NFS 服务器作为根文件系统 nandboot -c "root=/dev/nfs ip= : ::::eth0 nfsroot=/tftpboot/root console=ttyam"

11 TinyBOOT 的使用 -LINUX 启动相关 (2) tftpboot: 从远端的 TFTP 服务器读取内核印象, 并启动之 该命令通常用于调试内核或者用户的应用程序 配合以适当的参数, 该命令可以使 Linux 内核启动后文件系统指向远端的 NFS 服务器 tftpboot -c "root=/dev/nfs ip= : ::::eth0 nfsroot=/tftpboot/root console=ttyam 远端 NFS 服务器的配置,/etc/exports 文件包含 : /tftpboot/root *(rw,no_root_squash) 怎么样将 RAMDISK.GZ 转换成 HOST 机器上可见的 root 目录 1 gunzip ramdisk.gz 2 mount o loop ramdisk /mnt 3 ls /mnt 4 mkdir p /tftpboot/root 5 cp r /mnt/* /tftpboot/root 6 umount /mnt

12 TinyBOOT 的使用 - 其他的命令 网路测试 :ping 打印内存 / 寄存器 :dump 修改内存 / 寄存器 :poke 计算内存数据的 MD5: md5 打印板上的内存信息 :dram 查看配置信息 :dumpset 测试板上的 PDIUSBD12:d12

13 TinyBOOT 的更新 - 使用 download 工具 download 工具 : 使用板上的串口将 bootloader 二进制文件写到板上 FLASH 中 方便 速度快 不需要 JTAG 参与 将板上跳线 J15 的位置改为 :1-2 在 HOST 机器上执行如下的操作 : download b tinyboot POWER UP 下载进行中 下载完毕, 将 J15 的位置恢复为 :2-3 板子将正常启动 对于生产时的意义 : 烧写 MAC 地址等配置信息

14 TinyBOOT 对批量生产的意义 使用 TinyBOOT 自动烧写 NAND FLASH 使用 TinyBOOT 这个平台进行批量生产时的硬件测试 1 TinyBOOT 也可以作为一个裸机开发平台, 对于一些不许 OS 的系统, 可以在 TinyBOOT 上二次开发 2 可以在这个平台时进行必要的修改和二次开发, 3 获得硬件的测试程序 自动化的硬件测试, 不需要人工干预, 测试结果可以通过 LED 显示或者将每块板的测试结果 ( 如测试失败的模块 ) 自动纪录到远端的服务器上

15 根文件系统 (ROOT FILE SYSTEM)

16 根文件系统 :LINUX 内核启动后装载的第一文件系统 根文件系统 : 逻辑上是一系列二进制工具 配置脚本 SHELL 运行库 设备文件的集合 EMBEDDED LINUX 系统常用的是 BUSYBOX 系统, 轻量级, 占用空间小, 一些命令和桌面系统用法上有所差别 根文件系统 : 物理上可以使用任何文件系统, 如 RAMFS, EXT2, JFFS2, YAFFS, FAT, NFS 嵌入式文件系统, 需要适应非正常系统掉电, EXT2/FAT 都不适合, 非常的掉电会导致文件系统的崩溃 FLASH 文件系统 :JFFS/JFFS2 YAFFS/YAFFS2

17 两种 FLASH 文件系统的比较 : JFFS vs YAFFS JFFS 的文件系统开发要比 YAFFS 要早得多, 现在应用范围也比 YAFFS 广 JFFS 启动速度过慢和损耗不平衡 JFFS 支持你 NOR/NAND FLASH YAFFS 仅仅支持 NAND FLASH YAFFS 支持磨损平衡 (wear-leveling): 避免 FLASH 中的莫个 BLOCK 被过度擦写, 以至于大大缩短了使用寿命 磨损平衡可以使得 FLASH 的擦写均匀的分布到每个 BLOCK 上, 从而使得 FLASH 的使用寿命大大延伸 一般来说 NOR flash 擦写块的最大可擦写次数在十万次左右,NAND flash 擦写块的最大可擦写次数在百万次左右 YAFFS 的性能 :

18 根文件系统的文件层次 (1) 桌面系统的根文件系统的组织 嵌入式系统基本相同

19 根文件系统的文件层次 (2) /bin, /sbin: 常用的二进制可执行文件, 也可以在 /usr/bin, /usr/sbin 等目录下 /etc: 系统启动设置已经一些应用程序配置文件 /dev : 设备文件 /mnt : 传统的 mount point /lib : 运行库和一些内核动态模块 /proc : 虚拟文件系统, 通过它可以在 Linux 内核空间和用户空间之间进行通信 /proc 文件系统包含了一些目录 ( 用作组织信息的方式 ) 和虚拟文件 虚拟文件可以向用户呈现内核中的一些信息, 也可以用作一种从用户空间向内核发送信息的手段 例如 : cat /proc/meminfo cat /proc/cpuinfo cat /proc/yaffs /var: 一些日志文件

20 Linux 内核启动后发生了什么? 内核启动完成后, 会启动一个用户进程 一般会在 /bin 目录或者 /sbin 目录下寻找 init 可执行文件, 并执行它 Busybox 生成的 /sbin/init 实际是指向 /bin/busybox 的一个连接 ( 实际上比如 cp, ls,mv 都是指向 /bin/busybox) Busybox 会根据 /etc/inittab 配置文件启动整个系统

21 /etc/inittab 的格式 /etc/inittab 的一个例子 : # Startup the system null::sysinit:/etc/rc.sysinit # Put a shell on the serial port ttyam0::askfirst:-/bin/sh ttyam1::askfirst:-/bin/sh 格式 :id:runlevel:action:process id 通常是用来指定控制启动进程运行的 tty 如果 id 域为空则代表这个进程的运行不需要与 shell 交互 在 busybox 中,runlevel 域可以完全忽略 process 指明执行程序以及所带参数选项 action 域可以选择一下八个类型 : 1. sysinit 提供给 init 初始化脚本所在的路径 ; 2. respawn 当进程终止后将其重新启动 ; 3. askfirst 与 respawn 类似, 不同之处是在终端提示 Please press Enter to activate this console. ; 4. wait 代表 init 等待这个程序执行完后才继续执行 ; 5. once 表示执行一次而且不需要等待完成 ; 6. ctrlaltdel 表示当按下 Ctrl-Alt-Delete 时执行 ; 7. shutdown 表示程序在关机时执行 ; 8. restart 表示程序在重启时执行, 通常是 init 本身

22 /etc/rc.sysinit 文件 该文件会在 /etc/inittab 中被指定在系统启动时执行一次 设置环境变量 启动一些服务 配置 IP 地址 设置串口 CONSOLE 的速度 添加自己的程序到 /etc/rc.sysinit 里面

23 TB500A 板上设备的使用

24 TB500A-ETHERNET IP 地址的配置, 静态指定 ifconfig 或者使用 udhcpc 进行动态分配 udhcpc: udhcpc -i eth0 -b -p /var/run/udhcpc.eth0 >/dev/null 2>&1 1 -b 后台运行 2 -p 指定将后台运行的 PID 保存到 /var/run/udhcpc.eth0 文件中 Tftp utility - 下载 TFTP 服务器上的文件或者上传文件 1 下载文件 :tftp g l <FILE_NAME> <HOST_IP> 2 上传文件 : tftp p r <FILE_NAME> <HOST_IP> 其他的一些工具 wget, telnet 1 Wget:retrieves files via HTTP or FTP 2 telnet: tcp connect

25 TB500A- 实时时钟 (1) 电池断电保护的时钟 hwclock - Query and set the hardware clock (RTC) r 读取实时时钟 -s 将系统时钟设置为 HW 时钟 -w 将系统时钟写入 HW 时钟 date 显示系统时钟 例子 : 1 hwclock r 2 hwclock s 3 date hwclock -w

26 TB500A- 实时时钟 (2) CROND LINUX 下的 定时器, 定时执行一些操作 编辑 crontab -e 配置文件的格式 * * * * * action 分钟 (0-59) 小時 (0-23) 日期 (1-31) 月份 (1-12) 星期 (0-6)//0 代表星期天除了数字还有几个个特殊的符号就是 * / 和 -,,* 代表所有的取值范围内的数字, / 代表每的意思, */5 表示每 5 个单位, - 代表从某个数字到某个数字,, 分开几个离散的数字 举例 : 每天中午 12 点 0 12 * * * echo Lunch break." 每两分钟 */2 * * * * echo Two minutes up 每个星期六 天晚上 8 点 30 分 * * 0-1 echo Outing

27 TB500A-USB HOST USB HOST 对 U 盘的支持 将 U 盘插入 使用命令 : mount t msdos /dev/sda1 /mnt umount /mnt

28 TB500A-USB DEVICE(PDIUSBD12) 模拟成一个串口 步骤 : 1 modprobe tb500a_d12 2 mknod /dev/ttygserial c modprobe g_serial use_acm=1 4 在 WINDOWSXP 系统中安装驱动程序 : gserial.inf usbser.sys 5 stty -F /dev/ttygserial ospeed cat /dev/ttygserial 在 WINDOWSXP 中使用超级终端打开 Gadget Serial(COM4), 输入字符, 在 TB500A 一端观察输出卸载 :rmmod g_serial

29 TB500A-USB DEVICE(PDIUSBD12)

30 TB500A-USB DEVICE(PDIUSBD12) 模拟成以太网口 步骤 : 1 modprobe g_ether host_addr=00:80:e1:11:91:c6 dev_addr=00:80:e1:11:91:c7 2 在 WINDOWSXP 系统中安装驱动程序 : linux.inf 3 在 WINDOWSXP 中将其配置其 IP 地址 ( 静态指定 ) 4 在 TB500A 端, 配置 IP 地址 : ifconfig usb 使用 PING 测试该网口 6 卸载 : ifconfig usb0 down rmmod g_ether

31 TB500A-USB DEVICE(PDIUSBD12)

32 TB500A-USB DEVICE(PDIUSBD12) 模拟成一个 U 盘 举例, 步骤 : 将 NAND FLASH 的 4M RAMDISK 分区模拟成一个 U 盘 1 2 modprobe g_file_storage file=/dev/mtdblock1 stall=0 removable=1 在 WINDOWSXP 平台上就会多出一个 REMOVABLE DISK 的盘符, 该盘第一次插入时没有被格式化, 按照 WINDOWS 提示对其进行格式化, 格式化完成后, 该盘显示容量为 4M, 拷贝文件到该盘上进行测试 3 在 TB500A 一端, 可以使用如下命令查看 RAMDISK 的分区 : mount t msdos /dev/mtdblock1 /mnt ls /mnt 卸载 :rmmod g_file_storage 第二次插入该模块时, 在 WINDOWS 端不需要在格式化卸载 :umount /mnt COOOOOL!

33 LINUX KERNEL 的配置和编译

34 LINUX 应用程序的开发

35 开发流程 写代码 交叉编译 将生成的代码上传到目标板上 调试

36 举例 :HELLO WORLD!

37 源程序和 MAKEFILE

38 调试过程 (1) 编译 :make 生成 Hello 可执行程序, 使用 file 命令查看 : file Hello Hello: ELF 32-bit LSB executable, ARM, version 1 (ARM), dynamically linked (uses shared libs), not stripped 将 Hello 拷贝到 /tftpboot 目录 在 TB500A 平台上使用 TFTP 命令将 Hello 下载到目标板上 tftp g l Hello chmod x Hello 使用 gdbserver 启动 Hello 程序并等待调试命令 gdbserver :2222 Hello 其中 是开发板的 IP 地址 2222 是指定的调试端口, 可以任意指定 Unfamous 端口

39 调试过程 (2) 回到在 HOST 机器上, 使用 arm-linux-gdb 调试 Hello 程序, 步骤如下 : arm-linux-gdb Hello

40 调试过程 (3) 在 GDB 的提示符下, 输入以下命令 : set solib-absolute-prefix /usr/local/arm/3.4/lib set solib-search-path /usr/local/arm/3.4/lib set auto-solib-add off target remote :2222 在 TB500A 上可以发现 GDB 和 GDBSERVER 已经连接上 Remote debugging from host 使用 GDB 的命令进行调试, 如 :LIST, NEXT, CONT, BREAK, FINISH 等

41 调试过程 (4) 创建一个命令文件.gdbinit, 将常用的不经常修改的命令放在该文件中如 : set solib-absolute-prefix /usr/local/arm/3.4/lib set solib-search-path /usr/local/arm/3.4/lib set auto-solib-add off file Hello target remote :2222 break main cont 启动 arm-linux-gdb 时就不需要在敲入繁琐的命令,arm-linux-gdb 会在当前目录下寻找.gdbinit ( 试验 ) 在实际的调试过程中, 可以将不会经常改变的断点信息都放在.gdbinit 命令文件也可以使用其他任意的文件名, 在启动 arm-linux-gdb 时可以通过 -x 选项进行指定, 如 : arm-linux-gdb x dbg_hello 或者在启动 arm-linux-gdb 后使用 source 指令指定命令文件 : (gdb) source dbg_hello

42 调试过程 (5) DDD(DATA DISPLAY DEBUGGER)- GUI BASED 的调试, 包装 GDB 的一个图形前段软件 命令 : ddd --debugger arm-linux-gdb --command=dbg_hello

43 调试过程 (5)