专题1-工欲善其事-必先利其器
第1课-裸机开发快速体验
早期的嵌入式系统是基于windows系统的，使用ADS和RVDS进行相关的操作，一些重要的操作都是完成的。在使用win7 64位系统的时候，又常常出现兼容性的问题。在本次课程当中，我们所有的开发都是基于linux平台来进行的。我们将自己完成makefile的编写，lds(连接器脚本)的编写，以及文件的调试eclipse的使用。
本课程的学习目的是学习裸机开发的流程和使用的工具。
流程：
- 编写裸机程序。
- 调试裸机程序。
- 生成2进制映像文件（编译、链接、格式转换）。
- 烧写运行2进制文件。
本次课程只进行第三步和第四部。
具体操作：
- 为了方便后面课程的学习，我们要在home目录下创建新的文件，以用于本次课程的学习和存储。这里要注意由于我们刚开始进入的是随便的一个用户的操作界面，并不具有完全的权限，我们要通过输入 su - root来进入管理员操作界面。rm 指令用来删除文件，rm -r用来删除文件夹。
- 当使用smb服务器是有的时候会有访问权限有限制的时候，这时我们需要改变文件的权限。原因是我们新建的文件夹只是具有读取的权限不具有访问的权限。我们只需要输入命令：chmod 777 -R ./即可。
在主界面输入：
ls / 显示在虚拟机我的电脑中的文件
cd / 进入我的电脑的文件夹
cd /home 进入home文件夹，创建我们需要的文件夹和文件
mkdir S3-ARM用来建立新的文档，储存本次用来操作的程序
mkdir part1建立新的文件夹
mkdir lesson1 pwd，之后进入我们指定的文件之中。
文件的建立结束，下面开始在该文件下运行/etc/init.d/smb restart ,刚开始运行这段程序的时候显示，无法找到该文件，这里的问题出现在前期嵌入式积累下来的问题。解决方法就是将转载光盘挂载，重新安装smb服务器。
操作步骤：
我们利用smb服务器导入ARM-tools.tar.gz文件。通过命令：tar xvzf ARM-tools.tar.gz解压文件。
进入解压后的文件夹，找到文件arm-linux-gcc-4.3.2.tgz.有些人若是安装了这一个文件，想要删除的话，需要命令: rm /usr/local/arm -rf
解压：tar xvzf arm-linux-gcc-.4.3.2.tgz -C /
这里进行相关的tar操作的说明。
-c创建.tar格式的文件
-x解开.tar格式的文件
-f使用归档文件
-v显示详细信息
-t查看包内文件
-j使用baip2程序
-z使用gzip程序
-p打包时保留文件及目录的权限
-P打包时暴力会文件及目录的绝对路径
-C释放的目的地，指定的解压位置。
这里注明，我们将文件解压后会放在usr/local/arm中，在bin文件夹中，有着我们要用的工具链（工具链就是很多的工具的文件的集合）
我们将文件放在了指定的文件夹中，按理说我们就只能在这个文件中使用这个文件。为了我们可以在其他文件夹中直接使用，不需指明路径，我们可以修改：vim /root/.bashrc
在这个文件里面加入修改：export PATH=$PATH:/usr/local/arm/4.3.2/bin/一个不能换。
通过输入source /root/.bashrc使文件生效
- 下面把提供到的裸机程序，变成二进制镜像。
先把裸机程序复制到linux系统中。有两个文件：led.lds和led.S，我们看到的文件led.S就是事先编写好的汇编程序，我们将它变成二进制印象文件。输入命令:arm-linux-gcc -g -c led.S 产生文件led.o。（编译）
输入命令arm-linux-ld -Tled.lds -o led.elf led.o (链接)生成led.elf文件，叫做链接器脚本。
下面将文件led.elf进行格式转换：arm-linux-objcopy -O binary led.elf led.bin
这时我们得到了我们要的led.bin文件，这就是我们要烧录的文件。
我们要生成我们要的二进制文件，进行了以上的三步。为了简洁我们可以用makefile来完成上述的操作 。
我们输入：make clean将上面操作的文件全部删除。在键入：make我们之前的操作就全有了。这里我们就用到了makefile这个文件。
- 烧写文件
开发板上类似于硬盘的部分是nand flash，我们写的程序以及最终安装的系统，最终都是希望在nand flash上运行的。2440的开发板有一个nor flash，6410和210没有nor flash，但是有SD卡。希望将程序安装在nand flash我，我们都是借助在SD卡或者nor flash里面安装的系统辅助程序来完成的。我们在nor flash或者SD上与电脑建立一个连接，将程序下载到这上面，在给nand flasf。
这里注意，我们用的裸机开发usb驱动，即dnw_usb.ko这个文件有我们之前烧录系统时用的驱动是不一样的。我们要把之前的驱动卸载了rmmod dnw_usb.ko。然后导入新的文件重新安装（在哪个文件夹下面运行就执行哪个文件夹下面的命令）：insmod dnw_usb.ko。
连接TQ210的串口线与USB下载线，设置开发板从SD卡启动，启动SecureCRT。我们先将输入9，格式化nand flash，在输入1。
安装好了驱动之后我们先导入210的头文件，为以前编辑好的文件加头， 将led.bin这个文件重新产生其他的文件。
./mkv210 led.bin led-210.bin
生成的led-210.bin就是我们要倒入TQ210中的文件。
在linux系统中输入./dnw led-210.bin 0x20000000 这样我们就已经把文件烧录到了开发版之中。
断电，从nand flash重新启动，我们就能看见拨钮旁边的两个led灯亮了，说明我们上面的操作是正确的。
第2课-交叉工具链
本课所介绍的文件，具体是什么功能的，主要看工具的末尾是什么；看在什么平台上使用，主要看工具的开头是什么。
- 什么是交叉工具链
链，表示集合的意思，交叉工具链是一个集合，不是一个工具，是多个交叉工具。
嵌入式开发模型—交叉开发
在嵌入式开发的过程中有宿主机和目标机的角色之分：宿主机是执行编译、链接嵌入式软件的计算机；目标机是运行嵌入式软件的硬件平台。这种模式叫做交叉开发模式。
- 常用的交叉工具
交叉编译器，交叉链接器，交叉转换器，交叉ELF文件工具，交叉反汇编器
（1）交叉编译器arm-linux-gcc 例如：arm-linux-gcc hello.c [option] hello
arm-linux-gcc hello.c -o hello arm-linux-gcc -static hello.c –o hello
他和gcc之间有一定的差别，主要是头文件的位置不同。
我们在pc机上编写一个文件hello，使用静态的方式gcc -static hello.c –o hello，将文件导入优盘，将优盘插入我们烧写好的开发板中，开发板会自动识别优盘，使用命令cd /udisk 运行./hello，发现运行不了。但是使用交叉编译链编译的文件是可以运行的。
使用file -hello，查看文件的属性，可以看到使用gcc编译的属性是Intel 80386，使用arm-linux-gcc编译的属性是ARM。
gcc自动从/usr/include/下寻找标准头文件，使用命令arm-linux-gcc --help，显示arm-linux-gcc的信息，找到-print-search-dirs参数，输入arm-linux-gcc -print-search-dirs，显示了arm-linux-gcc从哪里寻找的头文件。
（2）交叉链接器arm-linux-ld 例如：arm-linux-ld -Tled.lds -o led.elf led.o
使用命令arm-linux-gcc –g –c les.S 其中-c表示只编译不链接
使用命令arm-linux-ld -Tled.lds -o led.elf led.o其中-T表示使用连接器脚本led.lds，生成文件led.elf，是将中间文件led.o进行的链接。运行完这段程序后生成文件led.elf，elf格式的文件。
（3）elf文件工具arm-linux-readelf
例如:arm-linux-readelf -a led.elf -a表示全部的意思，即显示文件头，得到有用的信息，例如可以看到文件的大小端。我们编译的程序在小端的模式运行。
我们编辑的应用文件，如果没有办法在arm平台运行，可以使用file命令，查看文件运行平台是否正确，也可以利用上面的办法查看大小端是否正确，以及下面的命令查看是否库文件具备。
arm-linux-readelf -d led.elf -d表示显示我们需要的文件库。若是开发板上没有我们需要的文件库，将无法运行该文件。
（4）交叉反汇编器arm-linux-objdump例如：arm-linux-objdump -D -S hello >dump
使用命令arm-linux-gcc hello.c -o hello，生成hello文件，使用命令file hello查看该文件的格式，发现是elf格式得到，在ARM平台下运行。现在对于他反汇编。
使用：arm-linux-objdump -D -S hello >dump
>dump表示输出到dump这个文件里面。
为了使我们得到的汇编程序有更好的可读性，我们可以执行下面的操作：
arm-linux-gcc -g hello.c -o hello再进行反汇编arm-linux-objdump -D -S hello >dump
其中-g的作用是，附加调试信息。这样我们在main函数中我们就能看见c语句和汇编语句的对应关系。
（5）文件格式转换器arm-linux-objcopy。
我们之前所有的操作的文件都是elf格式的文件，但是这个文件是没有办法在开发板中运行的，所以我们需要这个程序将它的格式转换。我们要将elf格式的文件转换成bin格式的文件。
我们之前操作的hello就是elf文件，之所以能在开发板生运行，是因为开发板是linux系统，自带elf解析器，可以将elf文件当做二进制文件进行运行。
例如：arm-linux-objcopy -O binary led.elf led.bin
-O表示输出文件的格式，binary表示文件的格式是二进制；led.elf是输入文件led.bin是输出文件。
第3课-Makefile工程管理
一．为什么用Makefile
使gun make工具来管理程序是每一个linux工程师都必须掌握的技能。Make能够使整个程序进行编译、链接只需要一个make命令就可以了。
Make的工作主要依赖于一个叫做makefile的文件。该文件放在操作目标的文件夹里。Makefile文件描述了整个程序的编译、链接等规则。其中包括：工程中的那些文件需要编译以及如何编译，如何最后产生我们要的可执行文件。我们对使用的Makefile进行截图操作：
二．Makefile的构成
- 构成
Makefile中最重要的组成部分就是“规则”
规则：用于说明如何产生目标文件，规则的格式如下：
target: prerequisites
command
目标：依赖
命令
这里强调，command（命令）前面要用【TAB】键空格。
例如：
led.elf: led.o
arm-linux-ld - Tled.lds -o led.elf led.o
该命令的作用是生成目标文件led.elf，它的依赖文件是led.o，具体的一系列操作是arm-linux-ld - Tled.lds -o led.elf led.o
- 伪目标
这里首先举例我们Makefile文件中的内容：
all：led.o
arm-linux-ld -Tled.lds -o led.elf led.o
arm-linux-objcopy –O binary led.elf led.bin
led.o : led.S
arm-linux-gcc -g -o led.o -c led.S
.PHONY: clean
clean:
rm *.o led.elf led.bin
一条规则的依赖和命令可以有多个，但是目标就只能有一个。
在上述的规则中，clean中只有命令，没有依赖，这称为伪目标。伪目标前面有关键字.PHONY: 提醒读者这就是伪目标。
- 最终目标
当一个Makefile中有多条规则时，如何单独的执行某一条规则。如果用户没有指定执行某一条规则，make会默认执行makefile中的第一条规则，而这条规则就称为：最终目标。
例如，上述Makefile中有三个目标，我们如果要生成led.o，直接输入make led.o就可以。如果只是输入make，就会默认生成第一条指令，由于本指令的特殊结构，会依次运行
arm-linux-gcc -g -o led.o -c led.S
arm-linux-ld -Tled.lds -o led.elf led.o
arm-linux-objcopy -O- binary led.elf led.bin
这三条指令。具体内容自行分析。
- makefile的规则-变量
使用变量前：
app1:aap1.o func1.o func2.o
gcc app1.o func1.o func2.o -o app1
app2:aap2.o func1.o func2.o
gcc app2.o func1.o func2.o -o app2
使用变量后：
obj=func1.o func2.o # 变量的赋值，在Makefile中变量是没有种类区分的，而且在“=”两边是没有空格的
app1:aap1.o $(obj)
gcc app1.o $(obj) -o app1
app2:aap2.o $(obj)
gcc app2.o $(obj) -o app2
通过变量的赋值达到了程序简化的作用。在makefile中“#”字符后面的内容视为注释
在Makefile中，用户除了可以自己定义变量外，还可以使用存在系统已经定义好的默认变量。
$^：代表所依赖的文件
$@：代表目标
$<：代表第一个依赖的文件
使用前：
led.o: led.S
arm-linux-gcc -g -o led.o -c led.S
使用后：
led.o: led.S
arm-linux-gcc -g -o $@ -c $^
现在我们用该方式，将我们例程makefile中的文件更如下：
all：led.o
arm-linux-ld -Tled.lds -o led.elf $^
arm-linux-objcopy -O- binary led.elf led.bin
led.o : led.S
arm-linux-gcc -g -o $@ -c $^
.PHONY: clean
clean:
rm *.o led.elf led.bin
经过如此变动，Makefile功能不变。
- Makefile构成-通用规则
当makefile文件中有许多类似的规则的时候，将这些规则合并成为一条通用的规则。
例如在一个大的工程文件中，有如下的Makefile文件：
led.o : led.S
arm-linux-gcc -g -o $@ -c $^
main.o:mian.S
arm-linux-gcc -g -o $@ -c $^
run.o:run.S
arm-linux-gcc -g -o $@ -c $^
lee.o:lee.S
arm-linux-gcc -g -o $@ -c $^
文件中有好多类似的规则，我们可以将这些规则合并到一起，该为下列的程序：
%.o : %.S
arm-linux-gcc -g -o $@ -c $^
完成了多条语句的合并。
三．Makefile使用技巧
- 去回显
回显：在执行一步Makefile时往往会显示出来执行该命令的命令语句，这便是回显。
当我们执行make clean的时候，会显示rm *.o led.elf led.bin，同样我们执行make led.o会显示arm-linux-gcc -g -o led.o -c led.S，这就是回显。
由于回显也是占用一定是时间的，所以在执行大的命令的时候我们是要把回显消除的，以求得节省时间。
具体的做法事，只要在Makefile文件要消除回显的部分加上@就好。例如：
hello: hello.c
@gcc hello.c -o hello
- 修改makefile文件名
make命令默认在当前目录下寻找名字为makefile后者Makefile的工程文件，当名字不为这二者之一的时候，可以使用如下方法指定：
make -f 文件名
例如：先执行mv makefile file
我们现将makefile命名为file，我们在执行make时便不能运行，这时候我们只要运行 make -f file就可以了。
第4课-链接器脚本
连接器脚本不仅在裸机课程中有作用，更在后面内核学习中也有很大的作用。
一．连接器脚本的神奇作用
例如在上文点亮led灯的实验中，我们中有main.c函数和start.s文件，其中main.c函数包含在start.S文件中，通过bl mian.c进行调用。
这里我们可以将./dnw ./led.bin 30000000运行，将文件烧写到板子中。分别使用led1.lds和led2.lds两个链接器脚本，并不对程序进行任何修改，会发现在板子上观察的效果不同。
二．脚本的构成
- 基本构成-段
一个可执行的程序包括：代码段（放代码），数据段（放初始化的全局变量），bss段构成（放没初始化的全局变量）。同样，在用于链接这个程序的连接器脚本中，就会反应出这几个段的信息。连接器脚本的后缀是.lds
这里我们创建一个连接器脚本。
vim led.lds开创文件
SECTION{
.text : 代码段（注意空格 ）
{
*（.text） 表示所有文件的代码
}
.data : 数据段
{
*(.data) 表示所有文件的数据
}
.bss :
{
*(.bss) 所有文件的bss段
}
}
通过 vim makefile更改makefile中的文件，将led2改为led。
2. 设置起始链接地址
vi led.lds
更改
SECTION{
. = 0x30000000; //起始的地址，可根据反汇编来查看，以后会讲解
. = ALIGN(4); 当前地址, ‘.’表示当前地址
.text : 代码段
{
start.o（.text） 首先运行start.o
*（.text） 表示所有文件的代码
}
. = ALIGN(4);
.data: 数据段
{
*(.data) 表示所有文件的数据
}
. = ALIGN(4);
bss_start = .; //将bss_start = 赋当前地址
.bss:
{
*(.bss) 所有文件的bss段
}
. = ALIGN(4);
bss_end =.;
}
- 对齐设置
能整除4的地址叫做四字节对齐地址，在存储数据是我们一般希望能够将他们放在能整除4的对齐地址上，这使得在访问时能有更好的效率。
. = ALIGN(4);表示在当前初始地址的基础上，将地址进行四字节对齐，在哪个段加入这条指令表示对于哪个数据或者代码进行四字节对齐。如上面的更改。
- 变量
为了方便应用我们在链接器脚本中同样引入变量。
bss_start = .;和bss_end =.;分别记录bss段的开始和结束的地后面的地址，在后面的操作中可以应用得到。
- 设置代码段首文件
在运行连接器脚本中，首先执行的文件是十分重要的，后面的2、3、4号文件就显得一般了。因为首先运行的文件中往往要包含一些初始化的文件。例子中先运行start.o文件。
这里我们明白我们当时对比的led1.lds（先运行start.o，完成CPU的初始化）和led2.lds（先运行main.c，没有完成CPU的初始化）的区别，因为后者并没有先运行初始化文件，所以是点亮不了灯的。
第5课-Eclipse集成开发环境
在逻辑程序开发的过程中，我们编写的程序并不一定就是完全正确的，还需要我们对它进行改进，Eclipse集成开发环境可以支持在线的更改，同时它也支持程序编译的功能
首先，我们先了解以下Eclipse的示意图，如下：
需要的硬件主要有开发板和Jlink线，elipse和GDB Server通信完成对开发板的间接控制，需要安装的软件主要有：sdb server、jlink和eclipse这三个软件。
准备工作：
- 从SD/nor flash启动，格式化nand flash
- Jlink连接、串口连接、nand flash（1000）启动
安装工作：
- 安装gdb server
找到给定的压缩包ARM-Tools.tar，使用smb服务器将它放到我们的linux操作目录下。
使用命令tar xvzf ARM-Tools.tar.gz解压压缩包，进入子目录如下：
使用命令tar xvzf arm-linux-gdb-7.5.tar.gz解压gdb包，子目录如下：
使用命令./build-all，对该文件进行编译与安装，整个过程大概持续5分钟。
我们需要添加路径，实际上build-all就是安装的脚本文件，里面记录了安装的位置，具体在/opt/arm-linux-gdb/bin目录下。
使用命令vim /root/.bashrc，在里面添加命令export PATH=$PATH：/opt/arm-linux-gdb/bin/
这条指令要加载在我们之前设置的交叉编译链之前，因为以前安装的交叉编译链之中也是有gdb的。
当我们使用命令arm-linux-gdb时，会发现还是以前的版本，不是我们安装的版本，重新注销系统在登录就可以了。
- 安装Jlink文件
解压tar xvzf Jlink_Linux_V434a.tgz，进入子目录，如下：
复制库文件
在开发板连接正确而定情况下，运行./JlinkGDServer，就会显示连接的开发板的内核版本。
- 安装eclipse
（1）安装
正常的系统中是自带eclipse的，但是由于版本过低不能使用。
使用命令which eclipse，显示eclipse的安装位置
进入这个位置，将使用命令mv eclipse eclipse-back，将eclipse隐藏。
在安装包软件中输入tar xvzf eclipse-cpp-helios-SR2-linux-gtk-.tar.gz
进入子目录启动./eclipse，可以将文件的放在./root/home/work/s2/p1/Jlink目录下，第一次启动该程序会出错，不用在意，在启动一次就好。到这里，我们完成了eclipse的安装。
（2）设置
在开始调试之前确保虚拟机是可以正常上网的。
运行./eclipse启动软件，在help选项上选择install New Software安装必要的插件如下：
在出现的菜单里面输入网址，进行文件添加，如下：
选择next-accept-finish完成插件安装，重现启动使配置生效。长时间卡在calculating requirements and dependencies ，把“Contact all update sites during install to find required software”（寻找指定的软件前先访问所有更新站点）前面的勾去掉，然后f返回重新安装，这样之后问题迎刃而解。
（3）使用
在file选项中选择new，接着选择Makefile Project with Exiting Code，找到我们之前使用额文件，创建项目名字为led：
点击finish完成创建，如下：
在project选项中，把Build Automatically去掉，先将所有的编译生产项去掉，点击右键选择Clean Project。在选择Project选项，选择build all。实际这一个操作就是运行文件中带的Makefile文件，得到我们的led.bin文件。
选择led.bin文件，找到像个小虫子的debug的选项，选择Debug Configurations，双击最下面的选项，出现led Default，输入调试文件的位置，我们调试的是led.elf文件，如下：
设置Debugger栏如下：
在Commands栏目，导入初始化的文件，将初始化文件，导入linux系统，利用命令
gedit init-210打开文件，复制其中的内容，粘贴到命令栏。init-210的内容如下：
# connect to the J-Link gdb server
target remote localhost:2331
# Set JTAG speed to 30 kHz
monitor endian little
monitor speed 30
# Reset the target
monitor reset
monitor sleep 10
# Setup GDB for faster downloads
#set remote memory-write-packet-size 1024
monitor speed auto
break main
load
（4）调试