嵌入式 Linux 系统与单片机比较及快速搭建系统嵌入式 Linux 系统与单片机比较及快速搭建系统作为入门, 首选 JZ2440 开发板, 资料丰富, 视频齐全原理是相同的, 使用 JZ2440 所学知识完全适用于其他板子本文使用 nanopi 作为例子, 所涉及主要知识都来自 JZ244

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耶宥翠
5 years ago
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1 作为入门, 首选 JZ2440 开发板, 资料丰富, 视频齐全原理是相同的, 使用 JZ2440 所学知识完全适用于其他板子本文使用 nanopi 作为例子, 所涉及主要知识都来自 JZ2440 的资料及视频网站 / 论坛 : 淘宝 :100ask.taobao.com 邮箱 :weidongshan@qq.com 微信公众号 :baiwenkeji 公司微博 : 百问科技个人微博 : 韦东山本文档及视频涉及的所有资料, 请根据下载页面的说明, 从网盘上下载类别关键词摘要当前版本编辑审核内容单片机嵌入式 linux 1) 单片机与 linux 系统的对比 2) 嵌入式 Linux 系统组成 3) 怎么快速构建自己的根文件系统, 以 nanopi 为例 V1 韦东山, 王辉, 黄成韦东山修订历史版本更改日期更改说明 v 初建, 腾讯直播前夜发布电话 (Tel): 答疑邮箱 :weidongshan@qq.com 第 -1- 页

2 嵌入式 Linux 与单片机的比较以全志 H3 STM32F407 为例进行比较实际产品对比嵌入式 Linux 单片机嵌入式 Linux 系统上的第 1 个程序编写编译 HelloWorld 怎么执行 : 放到板子上, 然后运行想自动运行, 怎么办? 嵌入式 Linux 系统组成系统组成分析 nanopi 的刷机包构造最小根文件系统自己制作最小根文件系统修改配置文件自动启动 APP 自制刷机包准备工作制作映象文件, 并分区烧写 bootloader 烧写内核烧写文件系统卸载回环设备, 烧写 SD 卡辅助命令电话 (Tel): 答疑邮箱 :weidongshan@qq.com 第 -2- 页

3 1. 嵌入式 Linux 与单片机的比较现在的电子专业, 仍以单片机 C51 为基础教程, 条件好点的使用 STM32 单片机单片机还有用吗? 有用! 看看现在热卖的小米智能插座, 它就是使用 Cortex-M4 核的 MW300 做的单片机容易学吗? 相对来说, 单片机挺容易学的问题来了, 容易学的东西, 会的人就多 ; 会的人多了, 工资就低为了前途, 为了钱途, 我们必须升级! 从知识的角度来说, 会 Linux 操作系统的人, 肯定会单片机 ; 反过来, 会单片机的人, 不一定会 Linux 所以, 如果你对电子专业有兴趣, 开始学习嵌入式 Linux 吧那还要不要学习单片机? 对于这个问题, 我有专门的论述 : 请看要不要专门学习 Windows 下的单片机开发电话 (Tel): 答疑邮箱 :weidongshan@qq.com 第 -3- 页

4 1.1 以全志 H3 STM32F407 为例进行比较以下是芯片资源的比较 : 最直观的区别 : 主频内存 GPU 显示系统电话 (Tel): 答疑邮箱 :weidongshan@qq.com 第 -4- 页

以下是开发板价格的比较 : STM32: nanopi: 可以得出这样的结论 : 1 在硬件性能方面,H3 秒杀 STM32F407 2 在硬件价格方面, 以核心板为例, 它们差不多 3 在对外接口方面, 各有千秋 4 在软件可扩展方面,H3 超越 STM32F407 太多看了这些比较, 你还会因为精通 STM32 而自得吗?

I2C 等外设, 很可能下一个转型的就是你! 但是, 请你千万不要误会, 我没有看不起单片机设计产品时, 我会选择最优方案 : 1 如果使用 1 2 元钱的 C51 可以实现同样的功能, 我干嘛选用 30 元的 STM32, 干嘛选用更贵的嵌入式 Linux?

5 以下是开发板价格的比较 : STM32: nanopi: 可以得出这样的结论 : 1 在硬件性能方面,H3 秒杀 STM32F407 2 在硬件价格方面, 以核心板为例, 它们差不多 3 在对外接口方面, 各有千秋 4 在软件可扩展方面,H3 超越 STM32F407 太多看了这些比较, 你还会因为精通 STM32 而自得吗? 我见过很多工作多年的单片机工程师,30 多岁 40 多岁发邮件给我们团队电话联系我们团队, 希望从单片机转型到 linux 提供一些学习的建议和帮助如果你不具备特殊行业 ( 如 : 医疗工业 ) 的相关算法 ( 如 : 传感器电机控制 ), 你只会使用 STM32 点亮一个 LED 灯, 会操作 UART SPI I2C 等外设, 很可能下一个转型的就是你! 但是, 请你千万不要误会, 我没有看不起单片机设计产品时, 我会选择最优方案 : 1 如果使用 1 2 元钱的 C51 可以实现同样的功能, 我干嘛选用 30 元的 STM32, 干嘛选用更贵的嵌入式 Linux? 2 性价比相同之下, 我当然选择开发难度更小的单片机 3 并且对于功耗要求更低的系统, 经常是单片机 + 嵌入式 Linux 组合我只是从学习的角度说, 你掌握了嵌入式 Linux, 再回头很容易掌握单片机 ; 而掌握了单片机, 需要再升级一下进入 Linux 的世界电话 (Tel): 答疑邮箱 :weidongshan@qq.com 第 -5- 页

1.2 实际产品对比嵌入式 Linux 单片机单片机如 51 STM32 AVR MSP430 等主频 51 :12Mhz STM32F1:72Mhz STM32F4:128Mhz 嵌入式 linux SOC 芯片如 s3c2440 全志 H3 s3c4412 S3c2440: 单核 400Mhz 全志 H3: 4 核 1.2G s3c4412: 4 核 1.

6 1.2 实际产品对比嵌入式 Linux 单片机单片机如 51 STM32 AVR MSP430 等主频 51 :12Mhz STM32F1:72Mhz STM32F4:128Mhz 嵌入式 linux SOC 芯片如 s3c2440 全志 H3 s3c4412 S3c2440: 单核 400Mhz 全志 H3: 4 核 1.2G s3c4412: 4 核 1.4G 内存内部自带 RAM, 一般 32KB 128KB SDRAM DDR2 DDR3 常见 :64MB 256MB 512MB 存储设备 Flash, 一般为 64KB KB Nand flash emmc 显示设备摄像头网络一般为 TFT 显示屏缺点 : 由于主频限制, 在切换图片显示时, 卡顿不流畅有些高端一点的单片机可外接 cmos 摄像头缺点 : 由于主频限制, 对摄像头的数据处理仍然卡顿使用简单的网络协议栈如 lwip 缺点 : 网络应用程序太少, 没有实现完整的网络协议栈常见 256MB 512MB 1GB 可外接 VGA 显示器 HDMI 显示器消费类电子产品, 越来越趋向于分辨率大, 多屏显示 Usb 接口的摄像头 mipi 接口的摄像头完整的网络协议栈应用程序 :socket 编程,HTTP 服务器 PHP 服务器所以 : 单片机只能适合于简单的命令控制数据采集数据处理数据传输等场合嵌入式 Linux 适用于人机交互的场合, 适用于多任务的场合以下是一些产品电话 (Tel): 答疑邮箱 :weidongshan@qq.com 第 -6- 页

7 电话 (Tel): 答疑邮箱第 -7- 页

8 电话 (Tel): 答疑邮箱第 -8- 页

9 2. 嵌入式 Linux 系统上的第 1 个程序 2.1 编写编译 HelloWorld hello.c: #include <stdio.h> int main(int argc, char **argv) { printf("hello, world!\n"); return 0; } 编译 : $ gcc -o hello hello.c // 为 PC 编译 $./hello // 测试一下 $ arm-linux-gcc -o hello hello.c // 为 ARM 编译, 这个程序需要放到开发板上注意 : 要使用 arm-linux-gcc 编译, 需要先安装交叉编译工具链, 请参考后面的 4.1 节 2.2 怎么执行 : 放到板子上, 然后运行可以通过 U 盘, 也可以通过 NFS 开发过程中, 多用 NFS, 调试很方便 2.3 想自动运行, 怎么办? 你要先看完第 4 课, 制作好自己的根文件系统后, 再修改 /etc/inittab 或 /etc/init.d/rcs 比如对于 hello 程序, 可以这样修改 : (1) hello 程序只执行一次, 修改 /etc/inittab, 添加这行 : ::once:/bin/hello > /tmp/hello.log 2>&1 它的含义是只执行 hello 程序一次, 里面的 printf 信息写到 /tmp/hello.log( 文件句柄为 1); 2>&1 表示如果有错误信息 ( 文件句柄 2), 也打印到文件句柄 1 对应的文件 /tmp/hello.log 去 (2) hello 程序退出后又重新执行, 修改 /etc/inittab, 添加这行 : ::respawn:/bin/hello > /tmp/hello.log 2>&1 (3) hello 程序只执行一次, 修改 /etc/init.d/rcs, 添加这行 : /bin/hello > /tmp/hello2.log 2>&1 & 最后的 & 表示让 hello 程序在后台运行电话 (Tel): 答疑邮箱 :weidongshan@qq.com 第 -9- 页

10 3. 嵌入式 Linux 系统组成 3.1 系统组成嵌入式 Linux 系统包含哪些东西? 不要急, 举一个例子你就知道了 Windows 电脑嵌入式 Linux BIOS bootloader 启动内核启动内核 Windows 内核 ( 自带一些驱动 ) Linux 内核 ( 自带一些驱动 ) 挂载各个盘 C 盘 D 盘 : 更多驱动程序 APP: 游戏 QQ 根文件系统 : 更多驱动程序 APP: 游戏 QQ 挂载根文件系统 1 PC 里,BIOS 首先运行, 做一些自检, 然后启动 Windows; 嵌入式 Linux 里, 对应的程序被称为 bootloader, 它的目的也是启动 Linux 内核 2 操作系统内核 :Windows Linux 提供文件管理内存管理进程调度驱动程序等功能 ; 工作中, 我们一般会编写驱动程序, 通过驱动程序访问硬件 3 我们买电脑手机平板, 目的是为了使用各种 APP: 游戏 QQ 微信这些程序在哪里? 对于 PC, 它位于 C 盘 D 盘上 ;C 盘是系统盘, 存放各种系统文件 ;D 盘给我们自己用对于嵌入式 Linux, 这些系统文件位于根文件系统里, 挂载了根文件系统后, 可以再挂载位于其他分区上的其他文件系统所以, 嵌入式 Linux+Android 系统包含以下 3 部分内容 : (1) bootloader (2) Linux 内核 (3) 根文件系统 : 里面含有系统文件驱动程序应用程序电话 (Tel): 答疑邮箱 :weidongshan@qq.com 第 -10- 页

11 3.2 分析 nanopi 的刷机包分析依据 : 友善之臂官方 WIKI (1) 更新 u-boot: WIKI 中说更新 TF 卡上的 U-boot 的方法为 : $./fuse_uboot.sh /dev/sdx 分析 fuse_uboot.sh, 可知它实际上做如下事情 : boot0_fex=boot0_sdcard.fex uboot_fex=u-boot.fex cd tools/pack/out/ > /dev/null [ -e ${boot0_fex} ] && dd if=${boot0_fex} of=${sdcard} bs=1k seek=8 [ -e ${uboot_fex} ] && dd if=${uboot_fex} of=${sdcard} bs=1k seek=16400 sync 结论 : A. bootloader 分为两部分 :boot0_sdcard.fex u-boot.fex B. 分别位于 SD 卡上偏移地址 8K 16400K 处, 大小分别有 32K 900K 左右 (2) 更新内核 : WIKI 中说更新 TF 卡上的内核的方法为, 先编译 : $./build.sh -p sun8iw7p1 -b nanopi-h3 -m kernel 编译完成后内核 boot.img 和驱动模块均位于 linux-3.4/output 目录下, 将 boot.img 拷贝到 TF 卡的 boot 分区的根目录即可分析整个过程, 发现它编译内核的方法为 : $ cd linux-3.4 $ cp arch/arm/configs/sun8iw7p1smp_defconfig.config $ make ARCH=arm CROSS_COMPILE=arm-linux-gnueabi- -j4 uimage modules 上述命编译出了内核映象 uimage bimage, 也编译出了各个模块 (.ko) 文件 ; 最后, 把 bimage 一个 RAMFS 根文件系统 rootfs.cpio.gz 一起打包为 boot.img 更新内核时, 把 boot.img 放入 SD 卡的第 1 个分区电话 (Tel): 答疑邮箱 :weidongshan@qq.com 第 -11- 页

12 如果我们要重新配置内核, 可以这样做 : $ export PATH=/your_lichee_dir/brandy/toolchain/gcc-arm/bin:$PATH $ cd linux-3.4 $ make ARCH=arm CROSS_COMPILE=arm-linux-gnueabi- menuconfig $ cd.. $./build.sh -p sun8iw7p1 -b nanopi-h3 -m kernel 然后把 linux-3.4/output 目录下的 boot.img 复制到 SD 卡的第 1 个分区里 (3) 更新文件系统 WIKI 上没有说明, 但是可以从启动信息看出, 它位于 SD 卡第 2 个分区, 启动信息如下 : Kernel command line: console=ttys0, console=tty0 root=/dev/mmcblk0p2 rootfstype=ext4 rootwait init=/sbin/init 总结,nanoPI 的 SD 卡里, 有如下内容 : 分区表 boot0_sdcard.fex (32K) u-boot.fex (1000K) 第 1 个分区 :boot.img( 内核 ) 第 2 个分区 : 根文件系统 k 16400k 电话 (Tel): 答疑邮箱 :weidongshan@qq.com 第 -12- 页

13 4. 构造最小根文件系统 4.1 自己制作最小根文件系统参考嵌入式 Linux 应用开发完全手册第 17 章构建 Linux 根文件系统, 韦东山 Linux 视频第 1 期的第 11 课看完这一章书, 一课视频, 相信你就可以完全掌握根文件系统了下面只是罗列出制作根文件系统所用的命令 (1) 准备材料 : 交叉编译工具链 busybox 全志提供的编译器只能编译内核, 无法编译应用程序, 我们从友善之臂官网下载新的编译器它的 WIKI 上是这样说明的 : $ git clone $ sudo mkdir -p /opt/friendlyarm/toolchain $ sudo tar xf prebuilts/gcc-x64/arm-cortexa9-linux-gnueabihf tar.xz -C /opt/friendlyarm/toolchain/ 但是在国内访问 github 实在太慢, 我把它上传到 git.coding.net 去了, 可以用以下命令下载安装 : $ git clone $ sudo mkdir -p /opt/friendlyarm/toolchain $ sudo tar xf \ nanopi_app_toolchain/gcc-x64/arm-cortexa9-linux-gnueabihf tar.xz \ -C /opt/friendlyarm/toolchain/ 以后使用这个编译前, 需要先设置 PATH 环境变量 : $ export PATH=/opt/FriendlyARM/toolchain/4.9.3/bin/:$PATH busybox: 从官网下载 busybox tar.bz2 (2) 编译安装 busybox 看直播视频, 下面是简单的笔记 $ tar xjf busybox tar.bz2 $ cd busybox / $ make menuconfig // 设置交叉编译工具链前缀为 arm-linux-, 并选择支持 mount NFS $ make $ make install 电话 (Tel): 答疑邮箱 :weidongshan@qq.com 第 -13- 页

14 (3) 从交叉编译工具链中复制 lib 库 $ cp -rf _install/ /work/nfs_root/fs_mini_nanopi $ mkdir /work/nfs_root/fs_mini_nanopi/lib $ cd /opt/friendlyarm/toolchain/4.9.3/arm-cortexa9-linux-gnueabihf/lib $ cp *so* -d /work/nfs_root/fs_mini_nanopi/lib (4) 构建 etc 目录 : 只需要创建 3 个文件 :etc/inittab etc/init.d/rcs etc/fstab 内容如下 etc/inittab: # /etc/inittab ::sysinit:/etc/init.d/rcs ttys0::askfirst:-/bin/sh ::ctrlaltdel:/sbin/reboot ::shutdown:/bin/umount -a -r etc/init.d/rcs: #!/bin/sh mount -a mkdir /dev/pts mount -t devpts devpts /dev/pts echo /sbin/mdev > /proc/sys/kernel/hotplug mdev -s 还要改变它的属性, 使它能够执行 : $ chmod +x etc/init.d/rcs etc/fstab: # device mount-point type options dump fsck order proc /proc proc defaults 0 0 tmpfs /tmp tmpfs defaults 0 0 sysfs /sys sysfs defaults 0 0 tmpfs /dev tmpfs defaults 0 0 (5) 构建 dev 目录 : $ cd /work/nfs_root/fs_mini_nanopi $ mkdir dev $ cd dev $ sudo mknod console c 5 1 $ sudo mknod null c 1 3 电话 (Tel): 答疑邮箱 :weidongshan@qq.com 第 -14- 页

15 (6) 其他空目录, 比如 proc mnt tmp sys 等, 如下创建 : $ cd /work/nfs_root/fs_mini_nanopi $ mkdir proc mnt tmp sys var 4.2 修改配置文件自动启动 APP 修改文件系统中 etc/inittab 或 etc/init.d/rcs 即可, 参考第 2 课电话 (Tel): 答疑邮箱 :weidongshan@qq.com 第 -15- 页

16 5. 自制刷机包 5.1 准备工作按照友善之臂官方 WIKI: 先下载源码包得到 lichee 目录, 再下载交叉编译工具链并放入 lichee/brandy/toochain/ 目录下你得到的可能是文件 h3-lichee z, 在 ubuntu 下需要先安装 7zip 工具才能解压, 可以用以下命令 : $ sudo apt-get install p7zip $ 7zr x -r h3-lichee z 然后执行如下命令编译 : $ cd lichee $./build.sh -p sun8iw7p1 -b nanopi-h3 接着, 对于 nanopi NEO, 执行以下命令打包系统组件 : $./gen_script.sh -b nanopi-neo 对于 nanopi M1, 执行以下命令打包系统组件 : $./gen_script.sh -b nanopi-m1 本文适用于 nanopi NEO 和 nanopi M1, 它们的操作命令只有上述这一处差别电话 (Tel): 答疑邮箱 :weidongshan@qq.com 第 -16- 页

17 5.2 制作映象文件, 并分区制作一个 256M 的空白映象文件, 你可以制作得更小或更大 : dd if=/dev/zero of=fs_nanopi_256m.img bs=1m count=256 把映象文件设置为回环设备 : sudo losetup /dev/loop0 fs_nanopi_256m.img 划出 2 个分区, 注意第 1 个分区起始地址要大于 (16400K+1000K), 我们取它的偏移地址为 20M, 大小为 32M; 第 2 个分区只要大过 fs_mini_nanopi 即可, 我们取为 128M $ sudo fdisk /dev/loop0 分区信息如下 : Device Boot Start End Blocks Id System /dev/loop0p Linux /dev/loop0p Linux 识别分区, 并格式化 : $ sudo partprobe /dev/loop0 $ sudo mkfs.vfat -I /dev/loop0p1 $ sudo mkfs.ext4 /dev/loop0p2 5.3 烧写 bootloader $ cd tools/pack/out/ $ sudo dd if=boot0_sdcard.fex of=/dev/loop0 bs=1k seek=8 $ sudo dd if=u-boot.fex of=/dev/loop0 bs=1k seek= 烧写内核 $ cd linux-3.4/output/ $ sudo mount -t vfat /dev/loop0p1 /mnt $ sudo cp boot.img /mnt $ sudo umount /mnt 5.5 烧写文件系统 $ cd cd /work/nfs_root/fs_mini_nanopi/ $ sudo mount /dev/loop0p2 /mnt $ sudo cp * -rfd /mnt $ sudo umount /mnt 电话 (Tel): 答疑邮箱 :weidongshan@qq.com 第 -17- 页

18 5.6 卸载回环设备, 烧写 SD 卡 $ sudo losetup -d /dev/loop0 至此, 得到映象文件 fs_nanopi_256m.img, 可以使用工具 win32diskimager 把它烧到 SD 卡中, 此 SD 卡即可用来启动 nanopi 5.7 辅助命令本节的命令是在开发板上运行的 (1) 挂载 NFS: # ifconfig eth # mount -t nfs -o nolock,vers= :/work/nfs_root/fs_mini_nanoPI /mnt 电话 (Tel): 答疑邮箱 :weidongshan@qq.com 第 -18- 页

<4D6963726F736F667420576F7264202D20C7B6C8EBCABD6C696E7578BBF9B4A1CAB5D1E92E646F63>

<4D6963726F736F667420576F7264202D20C7B6C8EBCABD6C696E7578BBF9B4A1CAB5D1E92E646F63> 嵌入式 linux 基础实验 1 内核配置及编译 1. 进入内核所在目录 /opt/ruiva/xscale/linux-2.6.26 #cd /opt/ruiva/xscale/linux-2.6.26 2. 键入 make menuconfig, 根据需要适当配置内核 #make menuconfig 这里先使用默认的配置,