Linux嵌入式开发入门（一）——初探嵌入式开发板的基本使用

嵌入式？！ 从哪里开始讨论？

开发板其实和一台电脑是同样的道理，他同样有计算、存储的功能。同样，对Linux的开发板来说，也会像PC一样装有一套系统，只是这套系统不是PC上最常用的Windows，而是Linux系统而已。

嵌入式的硬件结构和PC其实没有什么不同，都是由运算器、控制器、存储器、输入设备和输出设备五大部分组成。

而嵌入式设备来说，总体看来，嵌入式系统具有便利灵活、性能价格比高、嵌入性强等特点，可以嵌入到现有 任何信息 家电和工业控制系统中。从软件角度来看，嵌入式系统具有可修改性、系统所需配置要求较低、系统专业性和实时性较强等特点。

在这也不想说什么嵌入式的特点、分类等等的话题，这些内容直接google即可，但是不得不简单提出几句，来过渡一下。

对于嵌入式硬件来说，是非常广泛的，ARM、DSP、FPGA、STM32等等一大堆的嵌入式硬件平台。从软件角度来看，嵌入式的设备也是五花八门，uC/OS II、Arm-Linux、VxWorks、Windows CE等等，而我列举的也才是其中对我来说出镜率比较高的几种，那么我在接下来的文章里面想要讨论的主要还是 ARM架构下的Linux系统的嵌入式开发 。

至于为什么？原因很简单，就是ARM+Linux使用的范围实在很广。
那么其实还是从拿到的一块开发板开始。

开发板的基本操作

Google一下开发板

我随便google了一下，出现了一堆的开发板，对于这些开发板来说，长得都差不多，平时我们也都能看到类似的各类电路板。如果我们拆开过电脑，那么我们也会看到一堆的电路板，只是我们在使用电脑的时候，大部分这些板子都被包装在了那些美丽的外壳底下而已。

当你拿到一台PC的时候，无论他是笔记本还是台式机，那么第一件事是干什么呢？

我想，第一件事，不要讨论系统、配置什么的，那些都是次要的，我们肯定需要接线，如果不接线我们都没办法把他们打开，更别说使用了。（虽然笔记本有电池，我发现还是插电的比较多）

那么，我们给开发板接通了电源，上电后，如果开发板在出厂的时候就已经烧好了“系统”（暂且这么说），那么我们可以开机使用了。以上对于PC来说，以上的步骤基本就是完成了的，除非这台PC没有系统，没办法正常启动。

但是，我不得不说但是，对于很多的开发板来说其实都不一定有显示屏，比喻上面的图片，有屏幕的都是少数。
那么我们即使上电，开机了，也就只能看到几盏小灯，无助的亮着，不时还冲你眨眨眼睛。

同样，对于我们来说，用开发板是为了写出自己的程序，来让别人使用，而不是我们自己直接来用开发板。那么我们就需要考虑开发板是如何和电脑连接在一起，才能让我们进行开发的。

• Linux开发板的接线工具

开发板与PC的连接方案

上面这幅图是一个ARM开发板的抽象图，上面分布着各类元器件，但是，一般开发板都会提供两个接口方便PC机使用，一个就是串口，另外一个就是JTag口。

JTag口就是类似下面的板子上面的黑色的插座，而串口就是底下那幅图上的样子，而上方的图中也是具备一个串口的。其实还有网口，这个回头再说。

JTag 串口

上面提到了关于开发板的接口问题，那么我们再来看看PC上面如果有对应的接口不就可以直接连接了吗？

想法很好，但是对于PC来说，现在很少有电脑上直接有JTag的接口来直接和开发板连接了。那么我们如果考虑使用串口，但是也很可惜，在现在的电脑上，也很少有串口。但是如果有串口，也是可以直接使用串口线，把开发板和PC直接连在一起的。

那么，如果PC上没有串口，就不能和PC连接了吗？显然不是。

由第一幅图可以看出，开发板与PC机相连的方案还是很多种选择的（图上每一种颜色都是一种方案）。总结如下：

1. 如果计算机有串口，那么直接通过串口线连接就完成了开发板与PC机的连接。
2. 如果计算机有并口，那么可以使用并口JTag转接板与PC机连接在一起。

但是由于现在的计算机很多都没有串口和并口，所以一般现在都会采用USB来连接开发板，所以需要有开发板的转接板。使用USB连接的方案，也有两种选择：

3. 使用USB串口卡连接开发板的串口和PC的USB口连接
4. 另外一种方案是通过USB转JTag板连接JTag和PC的USB口连接，来完成开发板和PC的连接。

其中OpenJTag的接口如图所示，OpenJTag的接口比较丰富，可以直接使用OpenJTag上面的JTag口通过排线连接，也可以使用引线通过串口来实现PC和开发板的连接。
同样也有的开发板直接是吧USB串口卡集成在了开发板上的情况，那么相对来说就简单多了，直接使用一条USB连接线就可以完成PC和开发板的连接了。

那么只需要任意选择其中一种方式，把开发板和PC连在了一起了。

完成了开发板和PC的连接，但是是否上电以后就可以直接的开发了呢？
显然还是不行，这些硬件连接在一起还需要为这些硬件安装对应的驱动程序，才能保证，这些设备能够正行的运行。

驱动装完后设备管理器里面会有设备（不需要同时都有，有一个就行了）

烧写系统，需要使用JTag口实现，所以必须要在JTag的所提供的方案里面选择，连接PC的并口或者PC的USB来连接。
如果使用并口来操作开发板，那么对于PC来说需要安装并口的驱动程序，具体的并口驱动程序的安装，需要参考对应的开发板的开发手册，上面会有具体的介绍。

那么开发板上的程序运行的时候，会产生一些运算后的数据，这些数据应该从哪里输出呢？
一般用串口比较多，应为串口的操作相对比较简单。
如果没有串口，那么需要使用USB串口卡来连接，同样也是需要在PC安装对应的USB串口的驱动。

** 以下部分采用的是三星的2440开发板，对于不同的开发板的具体操作可能存在差异，但操作的概念大体相同。**

• 安装对应的烧写软件
  我的开发板对应的烧写oflash，只需要把软件的目录写到对应的环境变量里面即可，方便在cmd下能够在任意目录执行到oflash即可。

• 安装串口工具
  常用的串口工具比如SecureCRT，可以通过串口来管理开发板。我更喜欢使用的是XShell，里面也会带有串口工具。并且XShell是一个免费软件，我也不想去使用盗版或者破解版的软件。

  • 具体设置如下：

    
    添加新的会话
    

    需要设置开发板的对应的串口号，波特率一般为115200，数据位一般为8位，停止位为1位，流控选为None。

用串口工具来操作已经通过串口连接的开发板，并返回了数据

使用串口操作开发板的前提是开发板烧好了程序。

那么如果没烧写程序的裸板我们就需要给他烧写裸板程序了，那么烧写一般有四种方法：

1. 使用并口工具烧写
   • 接线
   • 使用oflash烧写
   • 上电（并口里面没有复位引脚，需要手动上电）
2. OpenJTag
   • 接线
   • 使用oflash烧写，烧写完成后，有复位引脚，可以自动复位，不需要手动上电
3. JLink：只能烧写Nor flash，烧好u-boot.bin后，使用Nor启动
4. 通过nor上的uboot
   • 使用菜单通过usb烧写
     • 连线
     • 进入u-boot的选项Download u-boot to xxx

     • 使用程序DNW把需要安装的文件发送给开发板（需要连接usb host线，并安装驱动）

       
       
     • 自动完成安装过程
   • 使用tftp下载
     • 启动tftp程序，指定文件目录和Server的ip地址
     • 开发板nor启动，进入U-boot
     • 设置set ipaddr 到同一网段
     • 设置set serverip 为pc的ip
     • 接入网线
     • 测试是否可以ping通pc（pc不能ping通开发板）

     • 命令tftp 30000000 文件名，来将文件文件下载到开发板

       
       uboot的分区情况
   • 烧写前，先擦除nand erase 分区名（从多少地址到多少地址）
   • 使用 nand write 30000000 分区名，进行烧写
   • 断电，切换nand启动，上电

• 重烧系统：uboot、内核、文件系统

  • uboot的烧写和烧写裸板程序的方法一样（uboot本身就是一个裸板程序）

  • 烧写内核

    • uboot + usb Host + DNW（发送文件）来烧写内核

      
      
      • 使用dnw发送文件即可

  • uboot + tftp（下载文件） 烧写系统

    • tftp 30000000 uImage
    • nand erase kernel（使用分区名代替起止内存地址）
    • nand write.jffs2 3000000 kernel (使用jffs2进行校验，把30000000的内容烧写到kernel分区中去)

  • 烧写文件系统

    • uboot + DNW(使用jffs文件)

      
      

    • uboot + DNW(使用jffs2文件)

      
      
      • 使用dnw发送完毕后1，需要设置 bootargs

烧写 JFFS2文件系统，需要设置 bootargs的 rootfstype=jffs2，命令如下： setenv bootargs 'root=/dev/mtdblock3 noinitrd init=/linuxrc console=ttySAC0,115200 rootfstype=jffs2 ' save, 2，同样的，在 Linux下使用 dnw和 u-boot烧写系统同样需要设置 rootfstype，不再赘述。 烧写 JFFS2文件系统不需要设置 rootfstype，设置了反而会报错，导致系统无法启动。 3，系统启动后 nand flash 有坏块是它的天然缺点，无法避免。有的坏块多，有的少，纯属 几率，不影响使用

• uboot + tftp

  • 下载 tftp 3000000 fs_qtopia.faffs2
  • 擦除 nand erase root
  • 烧写 nand write.yaffs 30000000 0x00260000 $(filesize) (这里不能直接使用root的分区，需要指定从3000000里写到0x00260000的内存，并且指定文件的大小$(filesize))

• uboot打补丁、内核打补丁

  • 先将uboot、内核、补丁文件放入虚拟机中。
  • 解压uboot，tar xjf uboot.tar.bz2

  • 用UE打开补丁文件（+++）是修改后的文件、（---）是被修改的文件，（-）删除老文件的内容，（+）添加的内容

    
    
  • 进入要被修改的文件目录
  • 执行：patch -p1 < ../u-boot-1.1.6_jz2440.patch 其中p代表忽略补丁文件中，位置信息第几个/符号之前的信息，比如-p1代表忽略u-boot-1.1.6/这部分信息，直接使用/board/和他之后的内容来做定位文件。（根据执行命令的的目录和被打补丁的目录的相对位置来确定-p的选项）
  • 将目录创建压缩文件 tar cjf uboot-1.1.6_jz2440.tar.bz u-boot-1.1.6，放到Windows下，方便查看（此步骤并非必须）
  • 在Linux下make编译得到uboot.bin

• 制作、烧写根文件系统，以及初探驱动

  • 解压缩文件系统的压缩包到Linux服务器
  • 使用mkyaff2Image工具，在解压的路径中执行，mkyaffs2image dir image_file 就会生成yaffs2文件，例如mkyaffs2image fs_mini_mdev fs_image.yaffs2
  • 把yaffs2文件烧写到开发板上
  • 进入到uboot目录，进入Download root_yaffs image选项
  • 通过nfs网络系统把Linux服务器上之前生成的yaffs2文件发送到开发板上，nfs 下载的内存地址 服务器地址:yaffs2路径，例如nfs 192.168.1.19:work/nfs_root/tmp/fs.yaffs2（前提是虚拟机启动了NFS服务）
  • 擦除nand erase root
  • 烧写nand write.yaffs 259999 $(filesize)
  • 重启reset

• 设置NFS网络文件系统服务

  • 在开发板上进行挂载NFS：用flash上的根文件系统启动后，手工mount nfs mount -t nfs -o nolock,vers=2 192.168.1.19:work/nfs_root /mnt
  • 使用NFS作为根文件系统来启动
    • 进入uboot
    • 设置bootargs : set bootargs noinitrd root=/dev/nfs nfsroot=192.168.1.19:/work/nfs_root/tmp ip=192.168.1.17:192.168.1.19:192.168.1.1:255.255.255.0::eth0:off init=/linuxrc console=ttySAC0
服务器配置信息：nfsroot=[<server-ip>:]<root-dir>[,<nfs-option>]
ip信息配置：ip=<client-ip>:<server-ip>:<gw-ip>:<netmask>:<hostname>:<device>:<autoconf>
  • 保存并重启save、reset

• 在win7下不能使用dnw的解决方案
  DNW的作用只是使用USB Host下载文件到开发板。

  • 使用网络下载，手动擦除烧写
    • 使用tftp进行下载
    • 使用nfs进行下载
  • 使用Linux服务器的DNW下载文件