ARM-Linux对比单片机以及学习路线介绍

  ARM-Linux在基本架构上可以看作一台可以任意裁剪功能的笔记本,由于学习ARM-Linux一般都是先学习单片机,再进阶到ARM上来,分析ARM-Linux与单片机的差异,可以让我们更深刻了解ARM-linux;
  针对ARM-Linux程序的开发,一般公司都会分为三类:应用程序开发、驱动程序开发、系统内核开发,针对不同种类的软件开发,有其不同的特点。当然这针对大型项目而言(上百人或上千人团队,代码里也是百万级以上),一些小型项目也可以全栈开发,包括linux裁剪移植->bootloader定制->驱动实现->上层应用逻辑开发;其中应用程序开发视乎产品种类而不同(比如如果项目中涉及GUI界面,则会采用C++/python/java等高级语言),也有是纯C语言项目;

纲要

一、ARM-Linux应用开发和单片机开发的不同

二、Arm-Linux 基本开发环境

三、开发流程差异

四、ARM-Linux学习路线

一. ARM-Linux应用开发和单片机开发的不同
  这里先要做一个说明,对于ARM的应用开发主要有两种方式:一种是直接在ARM芯片上进行应用开发,不采用操作系统,也称为裸机编程,这种开发方式主要应用于一些低端的ARM芯片上,其开发过程非常类似单片机,这里不多叙述。
  还有一种是在ARM芯片上运行操作系统,对于硬件的操作需要编写相应的驱动程序,应用开发则是基于操作系统的,这种方式的嵌入式应用开发与单片机开发差异较大。ARM-Linux应用开发和单片机的开发主要有以下几点不同:

(1)应用开发环境的硬件设备不同
  a、单片机:开发板,仿真器,USB线,比如ST系列采用ST-link、飞思卡尔/恩智浦采用J-link;
  b、ARM-Linux:开发板,网线,串口线,SD卡;ARM系统级开发反而可以不使用昂贵的仿真器下载程序,因为ARM程序都是存储在外部内存,启动时才通过bootloader加载进来;
  对于ARM-Linux开发,通常是没有硬件的调试器的,尤其是在应用开发的过程中,很少使用硬件的调试器,程序的调试主要是通过串口进行调试的;但是需要说明的是,对于ARM芯片也是有硬件仿真器的,但通常用于裸机开发。

(2)程序下载方式不同
  a、单片机:仿真器(调试器)下载,或者是串口下载;
  b、ARM-Linux:串口下载、tftp网络下载、或者直接读写SD、MMC卡等存储设备,实现程序下载;
  这个与开发环境的硬件设备是有直接关系的,由于没有硬件仿真器,故ARM-Linux开发时通常不采用仿真器下载;这样看似不方便,其实给ARM-Linux的应用开发提供了更多的下载方式。
(3)芯片的硬件资源不同
  a、单片机(摩托车):通常是一个完整的计算机系统,包含片内RAM,片内FLASH,以及UART、I2C、AD、DA等各种外设,一般程序都是储存在内部Flash内存;
  b、ARM(汽车):通常有个强大CPU,以及基本外设,需要外部电路提供RAM以供ARM正常运行(比如S3C2440内部RAM只有4k大小),外部电路提供FLASH、SD卡等存储系统映像(用于存储操作系统程序,以及各种文件),并通过外部电路实现各种外设功能。由于ARM芯片的处理能力很强,通过外部电路可以实现各种复杂的功能,其功能远远强于单片机。
(4)固件的存储位置不同
  a、单片机:通常具备片内flash存储器,固件程序通常存储在该区域,若固件较大则需要通过外部电路设计外部flash用于存储固件。(内部Flash有4K/8K/32K/64K/128K等不同规格)
  b、ARM-Linux: 由于其没有片内的flash, 并且需要运行操作系统,整个系统映像通常较大,故ARM-Linux开发的操作系统映像和应用通常存储在外部的MMC、SD卡上,或者采用SATA设备等。
(5)启动方式不同
  a、单片机:其结构简单,内部集成flash, 通常是芯片厂商在程序上电时加入固定的跳转指令,直接跳转到程序入口(通常在flash上);开发的应用程序通过编译器编译,采用专用下载工具直接下载到相应的地址空间(如keil/IAR等软件配合仿真器,一般建立工程的时候需要选择芯片型号,实质上是为了选择该芯片的工程配置,其中包括启动汇编文件,指定内存布局以及中断向量表等等);所以系统上电后直接运行到相应的程序入口,实现系统的启动。
  b、ARM-Linux:由于采用ARM芯片,执行效率高,功能强大,外设相对丰富,是功能强大的计算机系统,并且需要运行操作系统,所以其启动方式和单片机有较大的差别,但是和家用计算机的启动方式基本相同。其启动一般包括BIOS,bootloader,内核启动,应用启动等阶段;
     (1)启动BIOS: BIOS是设备厂家(芯片或者是电路板厂家)设置的相应启动信息,在设备上电后,其将读取相应硬件设备信息,进行硬件设备的初始化工作,然后跳转到bootloader所在位置(该位置是一个固定的位置,由BIOS设置)。(根据个人理解,BIOS的启动和单片机启动类似,需要采用相应的硬件调试器进行固件的写入,存储在一定的flash 空间,设备上电启动后读取flash空间的指令,从而启动BIOS程序。)
     (2)启动bootloader: 该部分已经属于嵌入式Linux软件开发的部分,可以通过代码修改定制相应的bootloader程序,bootloader的下载通常是采用直接读写SD卡等方式。即编写定制相应的bootloader,编译生成bootloader映象文件后,利用工具(专用或通用)下载到SD卡的MBR区域(通常是存储区的第一个扇区)。此时需要在BIOS中设置,或者通过电路板的硬件电路设置,选择bootloader的加载位置;若BIOS中设置从SD卡启动,则BIOS初始化结束后,将跳转到SD卡的位置去执行bootloader,从而实现bootloader的启动。
Bootloader主要作用是初始化必要的硬件设备,创建内核需要的一些信息并将这些信息通过相关机制传递给内核,从而将系统的软硬件环境带到一个合适的状态,最终调用操作系统内核,真正起到引导和加载内核的作用。
     (3)启动内核 :bootloader启动完成初始化等相关工作之后,将调用内核启动程序。这就进入了实际的操作系统相关内容的启动了,包括相应的硬件配置,任务管理,资源管理等内核程序的启动。
     (4)启动应用:在操作系统内核启动之后,就可以开始启动需要的应用,去完成真正的业务操作了。

二. Arm-Linux 基本开发环境
  前面介绍了ARM-Linux应用开发和单片机开发的不同之处,相信你已经对ARM-Linux应用开发有了一个基本的认识了,下面将介绍一下ARM-Linux的基本开发环境。其主要包括硬件环境和软件环境两个部分,这里以iMX53和Ubuntu为例进行说明。

(1)硬件环境
开发板:ARM运行的硬件环境,或者是相应项目的ARM电路板;
计算机:作为开发主机使用,安装Linux(如Ubuntu)),或者采用虚拟机安装Ubuntu;
串口线:用于开发过程中采用终端进行串口调试或下载程序;
网线:用于连接arm-board和开发主机,实现tftp下载内核(程序等),通过网络nfs运行程序等。
SD卡(及读卡器)或者其他存储设备:用于存储bootloader、内核映像等,以及最终的软件系统的存储;开发过程中,通常用于保存bootloader,引导系统启动。
(2)软件环境
Ubuntu: 作为操作系统,是整个软件开发环境的载体,相应的开发工具都布置在此系统中(如内核源码、gcc)。
LTIB: 这是freescale的提供的一个编译工具链,能够很方便的将源代码文件编译为适合的程序代码,并对程序进行调试;用户也可以通过下载源码构建自己的编译工具链。
tftp: 用于从开发主机Ubuntu上向arm-board 下载内核文件、应用文件等。
nfs网络文件系统:用于在开发主机上建立网络nfs文件根系统,arm-board通过nfs网络文件系统读取开发主机上的虚拟根文件系统,完成系统的启动;方便系统的开发与调试。
minicom:串口调试工具,用于在开发主机上与arm-board通信,实现对arm-board上应用程序的操作与调试;
Eclipse:集成开发环境,主要方便代码的编辑、编译等,也可采用DS5,RealView等;或者采用gedit进行编辑,通过LTIB进行编译和管理。

三、开发流程差异
单片机与ARM的基本开发粗略流程大体相同:选择芯片平台开发板->利用SDK搭建程序大体框架->同时硬件原理图设计和画制->不断调试改良->最终在设计板上实现需求功能;
主要差异:
a、单片机项目一般可以由一个人可以独立完成,而一个ARM项目视乎项目规模,几人到上千人不等;
b、ARM软硬件设计在规模上都较大,需要详细的分工配合来完成;

开发环境搭建以及ARM-linux开发环境搭建教程:https://download.csdn.net/download/STCNXPARM/12263464

四、ARM-Linux学历路线
  市面上ARM-linux教程不是很多,其中有一直在更新的的韦东山老师,还有一些培训机构,如华清/飞凌等等,其中正点原子、野火也开始做Linux开发板,这里介绍韦东山的,这里做一个简单引导,开发技术学习入门很重要的第一步就是找对方向;
  初学linux是十分痛苦的,很多苦涩难懂并且篇幅长,涉及的技术知识也十分多,是一门综合的技术,一般需要有基本的电子和计算机知识再来进阶Linux会更好,良好的英文阅读能力和持续的学历能力是基本素质,但是有难度才能产生价值,精通ARM-linux后,所有的繁杂的互联网技术都将变得容易;

韦东山老师的教程路线:
在这里插入图片描述

ARM+LINUX路线,主攻嵌入式Linux操作系统及其上应用软件开发目标:
(1) 掌握主流嵌入式微处理器的结构与原理,学习开发板的处理器即可,芯片处理器是一通百通的;
(2) 必须掌握一个嵌入式操作系统 (初步定为uclinux或linux,版本待定)
(3) 必须熟悉嵌入式软件开发流程并至少做一个嵌入式软件项目。

方法步骤:
1、基础知识:
目的:能看懂硬件工作原理,但重点在嵌入式软件,特别是操作系统级软件。
科目:数字电路、计算机组成原理、嵌入式微处理器结构、编译原理。
编程语言:汇编语言、C/C++、以及shell、makefile脚本语言,有能力可以进阶python/java。
数据结构和算法、操作系统、软件工程、网络、数据库;
数学基础:高等数学、离散数学;
方法:虽科目众多,但都是较简单的基础,且大部分已掌握。不一定全学,可根据需要选修。

2、学习linux:
目的:深入掌握linux系统,源码就是一切,借助书籍坚持阅读linux源码。
方法:使用linux—〉linxu系统编程开发—〉驱动开发和分析linux内核。先看深,那主讲原理。看几遍后,看情景分析,对照深看,两本交叉,深是纲,情是目。剖析则是0.11版,适合学习。最后深入代码。
主攻书籍:linux内核完全剖析、unix环境高级编程、深入理解linux内核、情景分析和源代。

3、学习嵌入式linux:
目的:掌握嵌入式处理器其及系统。
方法:
(1)嵌入式微处理器结构与应用:直接arm原理及汇编即可,不要重复x86。
(2)嵌入式操作系统类:ucOS/II简单,开源,可供入门。而后深入研究uClinux。
(3)必须有块开发板(arm9以上),有条件可参加培训(进步快,能认识些朋友)。
主攻书籍:毛德操的《嵌入式系统》及其他arm9手册与arm汇编指令等。

4、深入学习:
A、数字图像压缩技术:主要是应掌握MPEG、mp3等编解码算法和技术。
B、通信协议及编程技术:TCP/IP协议、802.11,Bluetooth,GPRS、GSM、CDMA等。
C、网络与信息安全技术:如加密技术,数字证书CA等。
D、DSP技术:Digital Signal Process,DSP处理器通过硬件实现数字信号处理算法。
说明:太多细节未说明,可根据实际情况调整。重点在于1、3,不必完全按照顺序作。对于学习c++,理由是c++不只是一种语言,一种工具,她还是一 种艺术,一种文化,一种哲学理念、但不是拿来炫耀得东西。对于linux内核,学习编程,读一些优秀代码也是有必要的。
注意: 要学会举一反多,有强大的基础,很多东西简单看看就能会。想成为合格的程序员,前提是必须熟练至少一种编程语言,并具有良好的逻辑思维。一定要理论结合实践。
技术是通过编程编程在编程编出来的。永远不要梦想一步登天,不要做浮躁的人,不要觉得路途漫上。而是要编程编程在编程,完了在编程,在编程!等机会来了在创业(不要相信有奇迹发生,盲目创业很难成功,即便成功了发展空间也不一定很大)。

5、人工智能方向:
有了嵌入式基础,有能力可以过渡人工智能方向(主要图像、视频方向),储备良好的数学基础知识;

嵌入式书籍推荐
Linux基础
1、《Linux与Unix Shell 编程指南》
C语言基础
1、《C Primer Plus,5th Edition》【美】Stephen Prata着
2、《The C Programming Language, 2nd Edition》【美】Brian W. Kernighan David M. Rithie(K & R)着
3、《Advanced Programming in the UNIX Environment,2nd Edition》(APUE)
Linux内核
1、《深入理解Linux内核》(第三版)
2、《Linux内核源代码情景分析》毛德操 胡希明著
研发方向
0、《嵌入式Linux应用程序开发详解》-韦东山
1、《UNIX Network Programming》(UNP)
2、《TCP/IP详解》
3、《Linux内核编程》
4、《Linux设备驱动开发》(LDD)
5、《Linux高级程序设计》 杨宗德著
硬件基础
1、《ARM体系结构与编程》杜春雷着
2、S3C2410 Datasheet
英语基础
1、《计算机与通信专业英语》
系统教程
1、《嵌入式系统――体系结构、编程与设计》
2、《嵌入式系统――采用公开源代码和StrongARM/Xscale处理器》毛德操 胡希明着
3、《Building Embedded Linux Systems》
4、《嵌入式ARM系统原理与实例开发》 杨宗德著
理论基础
1、《算法导论》
2、《数据结构(C语言版)》
3、《计算机组织与体系结构?性能分析》
4、《深入理解计算机系统》【美】Randal E. Bryant David O’'Hallaron着
5、《操作系统:精髓与设计原理》
6、《编译原理》
7、《数据通信与计算机网络》
8、《数据压缩原理与应用》

发布了19 篇原创文章 · 获赞 7 · 访问量 4467

猜你喜欢

转载自blog.csdn.net/STCNXPARM/article/details/105034934