应用PCS进行嵌入式Linux的研究

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 1.引言

  嵌入式Linux是一种开放源码的真正32位的操作系统,并且可以进行裁减和优化,性能稳定,并且支持多任务和软实时,所以深受开发者的信赖。它支持从IntelX86到MotorolaPowerPC,ARM,CompaqAlpha等多种硬件平台,并且提供了丰富的软件资源,具有强大的网络支持功能,支持GUI开发,并且嵌入式Linux的开发技术资源丰富。如何管理各个应用在系统中无冲突安全地工作?如何把开发的系统快速的转化为可发布的产品?如何优化和管理嵌入式系统的开发过程,保证在有限的工期之内完成高质量的产品?使用平台创建套件(PCS)来开发嵌入式Linux应用可以很好地解决这些问题。

  2.平台创建套件介绍

  平台创建套件(PlatformCreationSuit)是由Metrowerks公司开发的一套专门用于进行嵌入式Linux应用的一套系统,它提供的主要功能有:配置操作系统,开发自己的应用,自动编译(Build),部署(Deploy),调试(Debug),检查许可文件,集成新的软件等等。

  平台创建套件包含三个主要的组成部分:

  目标向导工具(TargetWizardTools),用来管理,配置,扩展,生成和部署传统的开放源码的Linux软件元素,来全面的支持目标产品的需要。如图一。目标向导工具提供了扩展基本的Linux环境的功能,它允许集成千万种可下载的开放源代码和二进制应用,GNU工具集,新的Linux内核,或者用来提高内核功能的改进的设备支持,安全,实时性能,服务质量(QOS)和网络等部件。

  CodeWarrior可视化开发环境,用来进行项目管理,创建和生成嵌入式Linux应用软件。CodeWarrior可视化开发环境是一个非常优秀的可视化开发工具,包括编辑环境,调试环境和项目管理功能,快速开发工具,等等。因为CodeWarrior可视化开发环境已被众多的嵌入式应用开发人员所熟悉,这里不再详细介绍。

  板极支持包工具(BoardSupportPackage),包括用来创建,部署和调试操作系统,驱动程序,和针对目标硬件平台的应用所需要的所有元素,通常一个BSP中包括Linux内核,设备驱动程序,应用和服务,各种类库,GNU工具集(编译器,连接器,等等),部署向导等等。

图一:平台创建套件

  这张图是PCS中最常用的模块:TargetWizard的界面。在TargetWizard中所有的部件都以树型结构显示,部件的图标表明它的状态,这样整个系统中各个部件及其状态都一目了然。开发者可以很方便的对部件进行裁减,只要通过简单菜单操作来打开(Enable)和关闭(Disable)就可以对系统中的部件进行配置。PCS会自动管理各个部件之间的依赖和冲突关系,这就避免了开发者在研究部件依赖关系和解决部件冲突的时候花费大量的时间。开发者在打开一个部件的时候,如果它所依赖的部件并没有打开,那么在状态窗口中会显示出这个部件的依赖信息,开发者可以根据这些信息逐一地解决。当有冲突的时候,在状态窗口中会显示出具体的冲突信息,开发者可以顺利地解决问题。在没有冲突检测的情况下,开发者可能意识不到冲突的存在,而直到运行的时候才发现冲突的存在,PCS在很大程度上避免了类似问题的发生。

  TargetWizard同时与其它的功能模块紧密相连,PackageEditor是一个可视化的环境来导入新的驱动程序、应用和库文件,PCS同时也提供了手动方式来完成这些功能的方法;LinuxKernelImportTool可以用来导入新的Kernel;GNUToolchainImportTool可以用来导入新的toolchain;DebianBinaryImportTool允许开发者下载并导入多种公开发布的DebianGNU/Linux二进制应用程序;ExportBSPtool可以用来导出BSP,是生成BSP的工具;SkeletonDeploymentWizard是可以设置一些通用属性的部署工具;GDB(GNUDebugger)和DDD(DataDisplayDebugger)是目标镜像文件已经部署到目标板上的调试工具。

  3.基于平台创建套件的嵌入式Linux应用的开发过程

  进行嵌入式Linux的开发大致都采用以下的开发过程:

  1.基于功能需求选择一个目标板(MCG,Force,PC104,PPC,等等)或者根据需求选择一个处理器(购买一个评估开发板)和外围芯片,定制目标板。

  2.定制和配置操作系统。

  3.开发定制的应用。

  4.重新配置软件,进行部署。

  5.维护软件。

  使用平台创建套件(PCS)可以加速整个嵌入式系统的开发过程。下面介绍使用平台创建套件(PCS)进行嵌入式系统开发可以采用的详细的开发过程。

  •评估硬件和软件

  根据功能需求购买评估目标板或定制目标板,并准备开始进行自己的设计。

  •安装PCS和BSP

  现在最新的PCS版本是3.0,它可以运行在很多主流X86Linux平台上,其中包括RedHat9.0,RedHat8.0,SuSe8.2,SuSe8.1,Debian3.0。Metrowerks提供了很多种平台的参考BSP(BoardSupportPackage,板极支持包),包括X86,MotorolaPowerPC,MIPS,ToshibaTx,ARM,ColdFire,HitachiSH等多个系统的BSP。

  •为目标板创建一个项目

  基于BSP创建一个新的项目。PCS有一套非常优秀的BSP管理系统,帮助开发者在同一个开发环境里同时存在互相不干扰的不同的目标板项目,每个不同的BSP中包含不同的Linux内核和工具链,为项目提供交叉编译环境。PCS提供了一套界面非常友好的项目创建项目向导,帮助开发者选定BSP和进行项目设置。选择已经存在的配置状态文件,或者使用默认的配置状态文件。不同的配置状态文件可以保证开发者在同一个项目中有不同的配置,这样用户可以很方便的不同的配置中切换,而不用重新进行配置。下一步是进行内核裁减配置。大多数BSP已经提供了一个默认的内核配置,可是根据功能需求的不同开发者经常需要自己进行内核的裁减工作。在PCS中进行内核的裁减是相对简单的多的事情,开发者不需要使用繁琐的文本菜单进行配置和手动编译内核。

  •软件包配置

  PCS中包含了几十个通用的常用软件包,避免了开发者到处寻找的烦恼。用户可以通过PCS自带的PackageEditor工具导入自己需要的软件包。开发者可以在PCS中进行软件包的配置,例如打开guilibrary,关闭webserver等工作都可以轻松完成。

  在PCS中进行软件包的配置是非常简单的,只需要在软件包的上下文菜单中选择即可。

图二:软件包配置

  编译这个项目

  PCS允许开发者按照自己的期望来对Linux部件进行编译。开发者可以只编译那些上次编译之后重新配置的部件,也可以强制编译项目所包含的全部的部件,不管是否已经编译过。

  •部署Linuxloader和开发包到板上

  对于已经存在的SBC,应该已经提供了这些软件包。对于定制的目标板还需要做下面的工作:用于目标板的bootload固件,板上bring-up,远程bootload等。这样就完成了开发模式下最小板上环境。

  •完成新的驱动程序

  如果功能需求需要的话,开发者要完成为目标板的特定硬件驱动程序。

  •开发应用

  开发者开发运行在目标板上的应用,开发者可以使用随同PCS一同发布的CodewarriorIDE进行应用的开发和调试。

  •重新配置:由开发模式转换到产品模式

  修改目标板固件:

  支持本地bootload。

  支持本地根文件系统,通常将根文件设置为只读模式。

  去除开发用的遗留部件:

  去除调试工具。

  去除用于方便开发而导入的无用部件。

  去除无用的类库,只保留需要的那部分。

  为启动特殊的应用而改变启动过程。

  最终产品测试。

  •部署最终产品,发布产品。

  软件的部署是一个比较复杂的过程,但是PCS提供了一个非常方便的部署向导,可以在很大的程度上减少部署的工作量。部署的过程包括为目标板生成嵌入式镜像文件,然后部署到目标板上。在部署之前需要使用PCS提供的交叉编译环境对所有的软件包进行编译。PCS会帮助开发者生成系统的镜像文件,包括生成文件系统,转换格式使得镜像文件可以下载到目标板上。PCS提供了一个扩展性很好的策略,就是开发者可以开发自己的部署向导来完成一些特殊的部署操作,在PCS文档中有非常详细的关于这部分功能的介绍。

  •在PCS中导出新的BSP,可以在以后的开发中应用。

  PCS提供了一套图形化的导出BSP的工具,用户在图形界面上进行简单的设置之后就可以导出的BSP以便在以后的开发中使用。大多数的项目是在一个已经存在的BSP的基础上创建的,导出的BSP可以让很多成果和解决方案在以后的项目中得到应用,这是非常必要的。

  4.结束语

  通过对使用平台创建套件工具进行嵌入式Linux应用开发过程的研究我们可以看出平台创建套件工具在Linux内核配置,部件之间的依赖关系的管理和冲突的避免,生成在目标板上可运行的目标文件,调试目标板和导出BSP方面都有非常新颖且可行的处理方式。

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