應(yīng)用PCS進(jìn)行嵌入式Linux的研究 - 全文

　???1.引言

　　嵌入式Linux是一種開放源碼的真正32位的操作系統(tǒng)，并且可以進(jìn)行裁減和優(yōu)化，性能穩(wěn)定，并且支持多任務(wù)和軟實(shí)時(shí)，所以深受開發(fā)者的信賴。它支持從Intel X86到Motorola Power PC，ARM,Compaq Alpha等多種硬件平臺(tái)，并且提供了豐富的軟件資源，具有強(qiáng)大的網(wǎng)絡(luò)支持功能，支持GUI開發(fā)，并且嵌入式Linux的開發(fā)技術(shù)資源豐富。如何管理各個(gè)應(yīng)用在系統(tǒng)中無沖突安全地工作?如何把開發(fā)的系統(tǒng)快速的轉(zhuǎn)化為可發(fā)布的產(chǎn)品?如何優(yōu)化和管理嵌入式系統(tǒng)的開發(fā)過程，保證在有限的工期之內(nèi)完成高質(zhì)量的產(chǎn)品?使用平臺(tái)創(chuàng)建套件(PCS)來開發(fā)嵌入式Linux應(yīng)用可以很好地解決這些問題。

　　2.平臺(tái)創(chuàng)建套件介紹

　　平臺(tái)創(chuàng)建套件(Platform Creation Suit)是由Metrowerks公司開發(fā)的一套專門用于進(jìn)行嵌入式Linux應(yīng)用的一套系統(tǒng)，它提供的主要功能有:配置操作系統(tǒng)，開發(fā)自己的應(yīng)用，自動(dòng)編譯(Build) ，部署(Deploy),調(diào)試(Debug), 檢查許可文件，集成新的軟件等等。

　　平臺(tái)創(chuàng)建套件包含三個(gè)主要的組成部分：

　　目標(biāo)向?qū)Чぞ?Target Wizard Tools),用來管理，配置，擴(kuò)展，生成和部署傳統(tǒng)的開放源碼的Linux軟件元素，來全面的支持目標(biāo)產(chǎn)品的需要。如圖一。目標(biāo)向?qū)Чぞ咛峁┝藬U(kuò)展基本的Linux環(huán)境的功能，它允許集成千萬種可下載的開放源代碼和二進(jìn)制應(yīng)用，GNU工具集， 新的Linux內(nèi)核，或者用來提高內(nèi)核功能的改進(jìn)的設(shè)備支持，安全，實(shí)時(shí)性能，服務(wù)質(zhì)量(QOS)和網(wǎng)絡(luò)等部件。

　　CodeWarrior可視化開發(fā)環(huán)境，用來進(jìn)行項(xiàng)目管理，創(chuàng)建和生成嵌入式Linux應(yīng)用軟件。CodeWarrior可視化開發(fā)環(huán)境是一個(gè)非常優(yōu)秀的可視化開發(fā)工具，包括編輯環(huán)境，調(diào)試環(huán)境和項(xiàng)目管理功能，快速開發(fā)工具，等等。因?yàn)镃odeWarrior可視化開發(fā)環(huán)境已被眾多的嵌入式應(yīng)用開發(fā)人員所熟悉，這里不再詳細(xì)介紹。

　　板極支持包工具(Board Support Package),包括用來創(chuàng)建，部署和調(diào)試操作系統(tǒng)，驅(qū)動(dòng)程序，和針對(duì)目標(biāo)硬件平臺(tái)的應(yīng)用所需要的所有元素，通常一個(gè)BSP中包括Linux內(nèi)核，設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序，應(yīng)用和服務(wù)，各種類庫，GNU工具集(編譯器，連接器，等等)，部署向?qū)У鹊取?/p>

　　圖一: 平臺(tái)創(chuàng)建套件

　　這張圖是PCS中最常用的模塊：Target Wizard的界面。在Target Wizard中所有的部件都以樹型結(jié)構(gòu)顯示，部件的圖標(biāo)表明它的狀態(tài)，這樣整個(gè)系統(tǒng)中各個(gè)部件及其狀態(tài)都一目了然。開發(fā)者可以很方便的對(duì)部件進(jìn)行裁減，只要通過簡單菜單操作來打開(Enable)和關(guān)閉(Disable)就可以對(duì)系統(tǒng)中的部件進(jìn)行配置。PCS會(huì)自動(dòng)管理各個(gè)部件之間的依賴和沖突關(guān)系,這就避免了開發(fā)者在研究部件依賴關(guān)系和解決部件沖突的時(shí)候花費(fèi)大量的時(shí)間。開發(fā)者在打開一個(gè)部件的時(shí)候，如果它所依賴的部件并沒有打開，那么在狀態(tài)窗口中會(huì)顯示出這個(gè)部件的依賴信息，開發(fā)者可以根據(jù)這些信息逐一地解決。當(dāng)有沖突的時(shí)候，在狀態(tài)窗口中會(huì)顯示出具體的沖突信息，開發(fā)者可以順利地解決問題。在沒有沖突檢測(cè)的情況下，開發(fā)者可能意識(shí)不到?jīng)_突的存在，而直到運(yùn)行的時(shí)候才發(fā)現(xiàn)沖突的存在,PCS在很大程度上避免了類似問題的發(fā)生。

　　Target Wizard同時(shí)與其它的功能模塊緊密相連，Package Editor 是一個(gè)可視化的環(huán)境來導(dǎo)入新的驅(qū)動(dòng)程序、應(yīng)用和庫文件,PCS同時(shí)也提供了手動(dòng)方式來完成這些功能的方法;Linux Kernel Import Tool可以用來導(dǎo)入新的Kernel ;GNU Toolchain Import Tool可以用來導(dǎo)入新的toolchain; Debian Binary Import Tool 允許開發(fā)者下載并導(dǎo)入多種公開發(fā)布的Debian GNU/Linux 二進(jìn)制應(yīng)用程序;Export BSP tool可以用來導(dǎo)出BSP,是生成BSP的工具;Skeleton Deployment Wizard 是可以設(shè)置一些通用屬性的部署工具;GDB(GNU Debugger)和DDD(Data Display Debugger)是目標(biāo)鏡像文件已經(jīng)部署到目標(biāo)板上的調(diào)試工具。

　　3.基于平臺(tái)創(chuàng)建套件的嵌入式Linux應(yīng)用的開發(fā)過程

　　進(jìn)行嵌入式Linux的開發(fā)大致都采用以下的開發(fā)過程：

　　1. 基于功能需求選擇一個(gè)目標(biāo)板(MCG, Force, PC104, PPC ,等等)或者根據(jù)需求選擇一個(gè)處理器(購買一個(gè)評(píng)估開發(fā)板)和外圍芯片，定制目標(biāo)板。

　　2. 定制和配置操作系統(tǒng)。

　　3. 開發(fā)定制的應(yīng)用。

　　4. 重新配置軟件，進(jìn)行部署。

　　5. 維護(hù)軟件。

　　使用平臺(tái)創(chuàng)建套件(PCS)可以加速整個(gè)嵌入式系統(tǒng)的開發(fā)過程。下面介紹使用平臺(tái)創(chuàng)建套件(PCS)進(jìn)行嵌入式系統(tǒng)開發(fā)可以采用的詳細(xì)的開發(fā)過程。

　　? 評(píng)估硬件和軟件

　　根據(jù)功能需求購買評(píng)估目標(biāo)板或定制目標(biāo)板，并準(zhǔn)備開始進(jìn)行自己的設(shè)計(jì)。

　　? 安裝PCS和BSP

　　現(xiàn)在最新的PCS版本是3.0,它可以運(yùn)行在很多主流X86 Linux平臺(tái)上，其中包括RedHat 9.0,RedHat 8.0,SuSe 8.2,SuSe 8.1,Debian 3.0。Metrowerks提供了很多種平臺(tái)的參考BSP(Board Support Package,板極支持包) ,包括X86, Motorola PowerPC , MIPS,Toshiba Tx,ARM,ColdFire,Hitachi SH等多個(gè)系統(tǒng)的BSP。

　　? 為目標(biāo)板創(chuàng)建一個(gè)項(xiàng)目

　　基于BSP創(chuàng)建一個(gè)新的項(xiàng)目。PCS有一套非常優(yōu)秀的BSP管理系統(tǒng)，幫助開發(fā)者在同一個(gè)開發(fā)環(huán)境里同時(shí)存在互相不干擾的不同的目標(biāo)板項(xiàng)目，每個(gè)不同的BSP中包含不同的Linux 內(nèi)核和工具鏈，為項(xiàng)目提供交叉編譯環(huán)境。PCS提供了一套界面非常友好的項(xiàng)目創(chuàng)建項(xiàng)目向?qū)?，幫助開發(fā)者選定BSP和進(jìn)行項(xiàng)目設(shè)置。選擇已經(jīng)存在的配置狀態(tài)文件，或者使用默認(rèn)的配置狀態(tài)文件。不同的配置狀態(tài)文件可以保證開發(fā)者在同一個(gè)項(xiàng)目中有不同的配置，這樣用戶可以很方便的不同的配置中切換，而不用重新進(jìn)行配置。下一步是進(jìn)行內(nèi)核裁減配置。大多數(shù)BSP已經(jīng)提供了一個(gè)默認(rèn)的內(nèi)核配置，可是根據(jù)功能需求的不同開發(fā)者經(jīng)常需要自己進(jìn)行內(nèi)核的裁減工作。在PCS中進(jìn)行內(nèi)核的裁減是相對(duì)簡單的多的事情，開發(fā)者不需要使用繁瑣的文本菜單進(jìn)行配置和手動(dòng)編譯內(nèi)核。

　　? 軟件包配置

　　PCS中包含了幾十個(gè)通用的常用軟件包，避免了開發(fā)者到處尋找的煩惱。用戶可以通過PCS自帶的Package Editor工具導(dǎo)入自己需要的軟件包。開發(fā)者可以在PCS中進(jìn)行軟件包的配置，例如打開gui library, 關(guān)閉web server 等工作都可以輕松完成。

　　在PCS中進(jìn)行軟件包的配置是非常簡單的，只需要在軟件包的上下文菜單中選擇即可。

　　圖二: 軟件包配置

　　? 編譯這個(gè)項(xiàng)目

　　PCS允許開發(fā)者按照自己的期望來對(duì)Linux部件進(jìn)行編譯。開發(fā)者可以只編譯那些上次編譯之后重新配置的部件，也可以強(qiáng)制編譯項(xiàng)目所包含的全部的部件，不管是否已經(jīng)編譯過。

　　? 部署Linux loader和開發(fā)包到板上

　　對(duì)于已經(jīng)存在的SBC,應(yīng)該已經(jīng)提供了這些軟件包。對(duì)于定制的目標(biāo)板還需要做下面的工作：用于目標(biāo)板的bootload固件，板上bring-up,遠(yuǎn)程bootload等。這樣就完成了開發(fā)模式下最小板上環(huán)境。

　　? 完成新的驅(qū)動(dòng)程序

　　如果功能需求需要的話，開發(fā)者要完成為目標(biāo)板的特定硬件驅(qū)動(dòng)程序。

　　? 開發(fā)應(yīng)用

　　開發(fā)者開發(fā)運(yùn)行在目標(biāo)板上的應(yīng)用，開發(fā)者可以使用隨同PCS一同發(fā)布的Codewarrior IDE進(jìn)行應(yīng)用的開發(fā)和調(diào)試。

　　? 重新配置：由開發(fā)模式轉(zhuǎn)換到產(chǎn)品模式

　　修改目標(biāo)板固件：

　　支持本地bootload。

　　支持本地根文件系統(tǒng)，通常將根文件設(shè)置為只讀模式。

　　去除開發(fā)用的遺留部件：

　　去除調(diào)試工具。

　　去除用于方便開發(fā)而導(dǎo)入的無用部件。

　　去除無用的類庫，只保留需要的那部分。

　　為啟動(dòng)特殊的應(yīng)用而改變啟動(dòng)過程。

　　最終產(chǎn)品測(cè)試。

　　? 部署最終產(chǎn)品，發(fā)布產(chǎn)品。

　　軟件的部署是一個(gè)比較復(fù)雜的過程，但是PCS提供了一個(gè)非常方便的部署向?qū)В梢栽诤艽蟮某潭壬蠝p少部署的工作量。部署的過程包括為目標(biāo)板生成嵌入式鏡像文件，然后部署到目標(biāo)板上。在部署之前需要使用PCS提供的交叉編譯環(huán)境對(duì)所有的軟件包進(jìn)行編譯。PCS會(huì)幫助開發(fā)者生成系統(tǒng)的鏡像文件，包括生成文件系統(tǒng)，轉(zhuǎn)換格式使得鏡像文件可以下載到目標(biāo)板上。PCS提供了一個(gè)擴(kuò)展性很好的策略，就是開發(fā)者可以開發(fā)自己的部署向?qū)硗瓿梢恍┨厥獾牟渴鸩僮?，在PCS文檔中有非常詳細(xì)的關(guān)于這部分功能的介紹。

　　? 在PCS中導(dǎo)出新的BSP，可以在以后的開發(fā)中應(yīng)用。

　　PCS提供了一套圖形化的導(dǎo)出BSP的工具，用戶在圖形界面上進(jìn)行簡單的設(shè)置之后就可以導(dǎo)出的BSP以便在以后的開發(fā)中使用。大多數(shù)的項(xiàng)目是在一個(gè)已經(jīng)存在的BSP的基礎(chǔ)上創(chuàng)建的，導(dǎo)出的BSP可以讓很多成果和解決方案在以后的項(xiàng)目中得到應(yīng)用,這是非常必要的。

　　4.結(jié)束語

　　通過對(duì)使用平臺(tái)創(chuàng)建套件工具進(jìn)行嵌入式Linux應(yīng)用開發(fā)過程的研究我們可以看出平臺(tái)創(chuàng)建套件工具在Linux內(nèi)核配置，部件之間的依賴關(guān)系的管理和沖突的避免，生成在目標(biāo)板上可運(yùn)行的目標(biāo)文件，調(diào)試目標(biāo)板和導(dǎo)出BSP方面都有非常新穎且可行的處理方式。