簡(jiǎn)化SBC的嵌入式Linux軟件開(kāi)發(fā)

如今，大多數(shù)從大學(xué)畢業(yè)并獲得電氣工程或計(jì)算機(jī)科學(xué)學(xué)位的程序員都非常精通 Linux 桌面平臺(tái)上的編程。當(dāng)這些程序員需要跨越式地對(duì)嵌入式 Linux 系統(tǒng)進(jìn)行編程時(shí)，他們常常會(huì)感到驚訝和困惑，因?yàn)樗麄冊(cè)谧烂嫔暇帉?xiě)的程序無(wú)法運(yùn)行他們的 Linux 嵌入式系統(tǒng)。

如今，大多數(shù)從大學(xué)畢業(yè)并獲得電氣工程或計(jì)算機(jī)科學(xué)學(xué)位的程序員都非常精通 Linux 桌面平臺(tái)上的編程。當(dāng)這些程序員需要跨越式地對(duì)嵌入式 Linux 系統(tǒng)進(jìn)行編程時(shí)，他們常常會(huì)感到驚訝和困惑，因?yàn)樗麄冊(cè)谧烂嫔暇帉?xiě)的程序無(wú)法運(yùn)行他們的 Linux 嵌入式系統(tǒng)。

為了緩解這個(gè)問(wèn)題，一些程序員選擇在嵌入式應(yīng)用程序中使用桌面系統(tǒng)版本。這通常不太適合，因?yàn)榕_(tái)式機(jī)系統(tǒng)通常具有風(fēng)扇和硬盤(pán)驅(qū)動(dòng)器，它們是故障點(diǎn)。更大的障礙是快速變化；擁有最快、最新技術(shù)的需求在短短六個(gè)月內(nèi)就淘汰了桌面系統(tǒng)。圍繞一個(gè)沒(méi)有壽命的平臺(tái)設(shè)計(jì)一個(gè)壽命長(zhǎng)的嵌入式產(chǎn)品是災(zāi)難的根源。

即使桌面平臺(tái)可以保證從現(xiàn)在起大約五年后，Linux 內(nèi)核和相關(guān)的發(fā)行版也是移動(dòng)的目標(biāo)。內(nèi)核和標(biāo)準(zhǔn)庫(kù)在不斷發(fā)展，發(fā)行版也在努力跟上步伐。內(nèi)核補(bǔ)丁和庫(kù)更新可能會(huì)使用戶(hù)的程序無(wú)法運(yùn)行。當(dāng)工程師由于安全漏洞或其他問(wèn)題而需要更新開(kāi)發(fā)機(jī)器時(shí)，這種情況會(huì)更加嚴(yán)重。需要一種從標(biāo)準(zhǔn)桌面環(huán)境中抽象出嵌入式開(kāi)發(fā)環(huán)境的方法。

關(guān)鍵不僅是要找到一個(gè)長(zhǎng)壽命的嵌入式Linux硬件平臺(tái)，還要找到一個(gè)長(zhǎng)壽命的嵌入式Linux軟件平臺(tái)。熟練的嵌入式 Linux 程序員通常可以通過(guò)收集正確的庫(kù)和工具版本，并適當(dāng)?shù)匦薷?Makefile 來(lái)創(chuàng)建嵌入式開(kāi)發(fā)平臺(tái)。即使成功，它也是一個(gè)次優(yōu)的開(kāi)發(fā)環(huán)境。

理想情況下，編譯器不應(yīng)該依賴(lài)于其主機(jī)的庫(kù)和內(nèi)核，而是依賴(lài)于更靜態(tài)目標(biāo)的工具鏈。軟件平臺(tái)應(yīng)與其他平臺(tái)、其他操作系統(tǒng)（OS）和其他語(yǔ)言兼容。軟件開(kāi)發(fā)工具包 （SDK） 應(yīng)該基于具有廣泛社區(qū)支持的工具鏈，以便即使驅(qū)動(dòng) SDK 的組織之一停止支持它，它也可以在其他組織的肩膀上生存。

進(jìn)入日食

Eclipse 是一個(gè)開(kāi)源的、可再發(fā)行的、跨平臺(tái)的代碼開(kāi)發(fā)框架。它本身就支持 Java 和 C/C++ 及其 CDT 插件。它提供了許多由商業(yè)集成開(kāi)發(fā)環(huán)境 （IDE） 反復(fù)改造的相同功能（語(yǔ)法突出顯示、語(yǔ)言感知搜索、代碼完成等），但不依賴(lài)于任何特定的工具集來(lái)完成它（見(jiàn)圖1）。

圖 1：商業(yè)集成開(kāi)發(fā)環(huán)境 （IDE） 反復(fù)改造的許多相同功能（語(yǔ)法突出顯示、語(yǔ)言感知搜索、代碼完成等）但不依賴(lài)于任何特定的一組完成它的工具

該解決方案的靈活性促使 EMAC 和其他嵌入式軟件公司在 Eclipse 環(huán)境中構(gòu)建開(kāi)發(fā)平臺(tái)。這種商業(yè)采用為嵌入式代碼開(kāi)發(fā)人員創(chuàng)造了事實(shí)上的標(biāo)準(zhǔn)化。OEM 可以編寫(xiě)與 GNU 工具鏈一起使用的 Eclipse 插件和項(xiàng)目，同時(shí)提供與運(yùn)行 Windows 和 Linux 的眾多商業(yè)平臺(tái)的兼容性。

嵌入式 Java

EMAC 的原始 Eclipse 環(huán)境是為 SoM-400M 模塊開(kāi)發(fā)的，使用 Dallas/Maxim 的 DS400 TINI 處理器。該處理器的固件包含專(zhuān)有的嵌入式 JRE。通過(guò)為普通 JRE 環(huán)境編譯類(lèi)，用 TINI 特定 jar 替換核心 jar，然后將生成的類(lèi)轉(zhuǎn)換為 TINI 可執(zhí)行文件來(lái)完成為系統(tǒng)構(gòu)建 Java 代碼。

為此，開(kāi)發(fā)人員利用了 Eclipse 的原生 Ant 支持，它可以用來(lái)創(chuàng)建一種 XML 格式的高級(jí) Java Makefile。Ant 然后使用 Eclipse 的 JDTcompileradaptor 類(lèi)構(gòu)建目標(biāo)，這使得內(nèi)部編譯器可用于 Ant 的任務(wù)。Sourceforge TiniAnt 擴(kuò)展然后執(zhí)行從 Java 類(lèi)到 TINI 可執(zhí)行文件的最終轉(zhuǎn)換。執(zhí)行此操作所需的所有復(fù)雜聲明都隱藏在頂級(jí) build.properties 文件中，從而極大地降低了將 SoM-400M 編譯為簡(jiǎn)單的標(biāo)準(zhǔn) Ant 任務(wù)的復(fù)雜性。

交叉編譯的 C

Eclipse 工具項(xiàng)目提供了一個(gè)開(kāi)放的、可再發(fā)行的 C 開(kāi)發(fā)插件，稱(chēng)為 CDT。除其他外，它還提供：

語(yǔ)法高亮

代碼完成

即時(shí)構(gòu)建

調(diào)試器集成（使用 GDB 的 MI 接口）

它不提供實(shí)際的編譯器、鏈接器和調(diào)試器二進(jìn)制文件。這些特定于正在構(gòu)建的目標(biāo)，并且必須從外部源提供。然后可以通過(guò)編寫(xiě) Eclipse 插件將它們集成到 Eclipse 中，或者更簡(jiǎn)單地說(shuō)，通過(guò)使用“標(biāo)準(zhǔn)”make 項(xiàng)目并在 Makefile 中指定編譯器。

清單 1 中的 Makefile 將在 EMAC Eclipse 環(huán)境中編譯一個(gè)簡(jiǎn)單的 Hello World 示例項(xiàng)目。

SDKBASE=。./。./

CROSS=$（SDKBASE）gcc-4.0.0-i486-D/bin/i486-linux-

CC=$（CROSS）gcc

LIBFLAGS =-lc

#VERBOSE=-v

CFLAGS= -g

OFLAGS=-Wl

TARGET=hello

CFILES=hello.c

all： $（TARGET）

$（TARGET）： objects

$（CC） $（VERBOSE） *.o $（OFLAGS） $（SLIBS）-o $（TARGET） $（LIBFLAGS）

objects： $（CFILES）

$（CC） $（VERBOSE） $（CFLAGS） -c $（CFILES）

clean：

$（RM） *.o *.gdb $（TARGET）

TARGET_IP=192.168.0.1

LOGIN=someuser

PASSWORD=somepassword

upload：

wput $（TARGET） ftp://$（LOGIN）：$（PASSWORD）@$（TARGET_IP）/。./。./tmp/$（TARGET）

與嵌入式 Java 環(huán)境一樣，所有項(xiàng)目共有的復(fù)雜編譯器/鏈接器標(biāo)志隱藏在更高級(jí)別的文件中，然后包含在 SDK 中的所有 Makefile 中。

EMAC 通過(guò)針對(duì)目標(biāo)開(kāi)發(fā)操作系統(tǒng)的庫(kù)構(gòu)建免費(fèi)可用的 GNU 交叉編譯器，為其所有板提供交叉編譯器。在 Linux 上，這些庫(kù)是原生的；在 Windows 上使用 Cygwin 庫(kù)。然后，我們“隱藏”實(shí)際的 Eclipse 可執(zhí)行文件，并用一個(gè)批處理文件替換它，該批處理文件在 Eclipse 啟動(dòng)時(shí)臨時(shí)添加所需的路徑以支持 GNU 工具鏈。

調(diào)試

使用 GDB 和 GDBServer 進(jìn)行調(diào)試以促進(jìn)遠(yuǎn)程調(diào)試環(huán)境。為此，將編譯后的可執(zhí)行文件上傳到 SBC 并啟動(dòng) GDBServer 會(huì)話(huà)，偵聽(tīng)特定端口或串行終端。Eclipse 調(diào)試透視圖允許用戶(hù)通過(guò)指定要使用的連接參數(shù)以及為目標(biāo)體系結(jié)構(gòu)構(gòu)建的 GDB 版本來(lái)調(diào)試應(yīng)用程序。

“通過(guò)一點(diǎn)點(diǎn)集成，OEM 可以為其開(kāi)發(fā)板創(chuàng)建一個(gè)強(qiáng)大的跨平臺(tái)開(kāi)發(fā)平臺(tái)，該平臺(tái)將在許多商業(yè)軟件供應(yīng)商采用的同一平臺(tái)上運(yùn)行?！?/p>

Debugging 透視圖顯示要調(diào)試的程序的源代碼和生成的匯編代碼。易于管理和監(jiān)視斷點(diǎn)和變量，以及逐行單步執(zhí)行程序。源代碼中的當(dāng)前位置會(huì)自動(dòng)突出顯示。Eclipse 提供了一個(gè)圖形化的調(diào)試環(huán)境，極大地簡(jiǎn)化了遠(yuǎn)程目標(biāo)調(diào)試的過(guò)程。

目標(biāo)溝通

在為嵌入式環(huán)境進(jìn)行開(kāi)發(fā)時(shí)，需要通過(guò)串行終端程序或使用 Telnet、SSH 或其他類(lèi)似連接通過(guò) TCP 與目標(biāo)板建立連接。當(dāng)這是通過(guò)命令行界面或圖形前端完成時(shí)，程序員被迫不斷地在窗口之間切換以同時(shí)監(jiān)視連接和 IDE。

EMAC 通過(guò)集成 Eclipse 插件消除了這個(gè)問(wèn)題，這些插件允許 SSH、Telnet 和終端連接都在 Eclipse 中。這允許程序員監(jiān)控嵌入式目標(biāo)板，就像它是本地文件系統(tǒng)一樣，并直接發(fā)出命令，而無(wú)需離開(kāi) Eclipse 環(huán)境。

CVS

Eclipse 原生提供了強(qiáng)大的 CVS。通過(guò)設(shè)置 CVS 登錄并向客戶(hù)提供密碼，開(kāi)發(fā)人員可以確保他們始終可以訪(fǎng)問(wèn)最新版本的代碼和產(chǎn)品的錯(cuò)誤修復(fù)。

將 SDK 的軟件補(bǔ)丁和全新組件上傳到 CVS 服務(wù)器可為客戶(hù)提供最新的軟件支持，客戶(hù)可以以圖形方式查看文件中的差異，并使用已上傳的部分、全部或不修補(bǔ)自己的 SDK 。

文檔

Eclipse 提供了自己的本機(jī)瀏覽器，這有利于在工作區(qū)中創(chuàng)建 HTML 鏈接文檔。通過(guò)這種方式，客戶(hù)可以瀏覽 HTML 文檔（類(lèi)似于 Doxygen 和 Javadoc 生成的文檔）。上下文相關(guān)的幫助也集成在 Eclipse 中（參見(jiàn)圖 2），使新用戶(hù)的工作效率更高。

圖 2：上下文相關(guān)的幫助也集成在 Eclipse 中

該文檔也可以直接鏈接回軟件開(kāi)發(fā)人員的網(wǎng)站，從而允許動(dòng)態(tài)添加用戶(hù)文檔。用戶(hù)可以使用選項(xiàng)卡從代碼直接切換到文檔，而不是一次瀏覽多個(gè)窗口。

集成工具，更好的開(kāi)發(fā)

Eclipse 提供了一個(gè)環(huán)境，讓 GNU 工具和商業(yè)工具可以一起發(fā)揮作用。只需稍加集成，OEM 就可以為其電路板創(chuàng)建一個(gè)強(qiáng)大的跨平臺(tái)開(kāi)發(fā)平臺(tái)，該平臺(tái)將在許多商業(yè)軟件供應(yīng)商采用的同一平臺(tái)上運(yùn)行。

在 Eclipse 框架內(nèi)，EMAC 使用交叉編譯來(lái)緩解將嵌入式開(kāi)發(fā)環(huán)境從標(biāo)準(zhǔn)桌面環(huán)境中抽象出來(lái)的問(wèn)題。調(diào)試是使用帶有 Eclipse 窗口的 GDB 來(lái)完成的，用于調(diào)試器的輸入和輸出。與目標(biāo)的通信也通過(guò) Telnet、FTP、終端和 SSH 插件集成到 Eclipse 中。CVS 版本控制和 HTML 文檔也是在 Eclipse 環(huán)境中完成的。

將上述所有開(kāi)發(fā)功能整合到一個(gè)標(biāo)準(zhǔn) IDE 中，形成了一個(gè)強(qiáng)大、高效的開(kāi)發(fā)平臺(tái)，可以與基于 Java 的小型 8 位控制器和用 C 編程的 32 位 Linux 服務(wù)器一起使用。

作者：Nathan Z. Gustavson，Eric Rossi

審核編輯：郭婷