組み込み Linux プロジェクト開発のいくつかの手順

WBOY

リリース： 2024-02-05 12:51:22

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マイクロコントローラーメーカーが提供する開発ボードと関連ソフトウェアプロジェクトのサンプルは、多くの場合、エンジニアが新しい設計を開始するときに非常に役立ちます。ただし、設計プロジェクトの初期段階が完了した後、メーカーが提供するソフトウェアでは、さらに設計を進めるときに問題が発生する可能性があります。

リアルタイムオペレーティングシステムをアプリケーションコードのプラットフォームとして使用する設計には、多くの課題もあります。たとえば、さまざまな並列タスクに機能を効果的に割り当てる方法、信頼性の高いプロセス間通信を設計する方法、ハードウェア上でソフトウェアパッケージ全体をテストする方法などの問題があります。

ますます多くの OEM メーカーが、上記の問題を回避する最善の方法は、実証済みで拡張性があり、さまざまなハードウェアプラットフォームで実行できるオープンソースベースの Linux オペレーティングシステムを使用して新しい設計を開始することであると認識しています。さまざまなコンピューターハードウェアプラットフォームへの Linux オペレーティングシステムの移植数も他に類を見ません。

Linux 派生製品は、ネットワークルーター、携帯電話、ビルディングオートメーション制御、テレビ、ビデオゲームコンソールなど、さまざまな組み込みシステムですでに使用されています。

Linux は広く使用され、成功を収めていますが、それが使いやすいという意味ではありません。 Linux には 100 万行を超えるコードが含まれており、初心者にとっては慣れるまでに時間がかかるかもしれない、独特の「Linux 方式」で動作します。

したがって、この記事の目的は、Linux 組み込みオペレーティングシステムのバージョンであるμClinux を使用した新しい設計プロジェクトの開始を支援することです。このガイドは 5 つのステップに分かれています。このガイドを説明するために、μClinux プロジェクトは STMicroelectronics の STM32F429 マイクロコントローラに実装されています。このマイクロコントローラは、最大周波数 180MHz の ARM Cortex-M4 コアを使用し、Emcraft の STM32F429 Discovery Linux Board Support Package (BSP) を使用します。

ステップ 1: Linux ツールとプロジェクトのレイアウト

すべての組み込みソフトウェアの設計は、適切なツールを選択することから始まります。

ツールチェーンは、相互に接続 (またはリンク) された一連のソフトウェア開発ツールです。これには、GNU Compiler Collection (GCC)、binutils (リンカー、アセンブラ、およびオブジェクトファイル用のその他のツールのセット) などのツールが含まれます。開発ツール) および glibc (システムコールと基本関数を提供する C 関数ライブラリ)、場合によっては、コンパイラやデバッガなどの他のツールも含まれる場合があります。

組み込み開発に使用されるツールチェーンはクロスツールチェーンであり、一般的にはクロスコンパイラとして知られています。

GNUBinutils は、組み込み Linux ツールチェーンの最初のコンポーネントです。 GNUbinutils には 2 つの重要なツールが含まれています:

●「as」アセンブラーは、アセンブリコード (GCC によって生成された) をバイナリコードに変換します

●「ld」、コネクタ、個別のターゲットコードセグメントをライブラリまたはフォーム実行可能ファイルに接続します

コンパイラは、ツールチェーンの 2 番目に重要なコンポーネントです。 Embedded Linux では GCC と呼ばれ、さまざまな種類のマイクロコントローラーとプロセッサーアーキテクチャをサポートします。

次はC関数ライブラリです。 Linux の従来の POSIX アプリケーションプログラミングインターフェイス (API) を実装しており、ユーザー空間アプリケーションの開発に使用できます。システムコールを通じてカーネルと連携し、高レベルのサービスを提供します。

エンジニアには、いくつかの C 関数ライブラリのオプションがあります:

●glibc は、オープンソースの GNU プロジェクトによって提供される、利用可能な C 関数ライブラリです。このライブラリはフル機能を備え、移植性があり、Linux 標準に準拠しています。

#●Embedded GLIBC (EGLIBC) は、組み込みシステム向けに最適化された派生バージョンです。コードは合理化されており、クロスコンパイルとクロステストをサポートしており、ソースコードとバイナリコードは GLIBC と互換性があります。

●uClibc は、フラッシュスペースが限られている場合やメモリフットプリントを最小限に抑える必要がある場合に使用できるもう 1 つの C 関数ライブラリです。

ターゲットマシン上で実行されているアプリケーションをデバッグする場合、クロスデバッガーが必要となるため、通常、デバッガーもツールチェーンの一部です。組み込み Linux の分野では、GDB が一般的に使用されるデバッガです。

上記のツールは非常に不可欠ですが、これらが単独で動作すると、Linux ソースコードをコンパイルして最終イメージ (イメージ) に統合するのに時間がかかりすぎます。幸いなことに、Buildroot は完全な組み込みシステムを構築するプロセスを自動化し、次のタスクの一部またはすべてを生成することでクロスコンパイルを簡素化します。

#クロスコンパイルツールチェーン

●ルートファイルシステム

●カーネルイメージ

#ブートイメージ

對嵌入式系統設計師來說，還可以方便地使用一種工具(utility)聚合工具，如BusyBox，這種工具將通常最需要的工具整合在一起。根據BusyBox的資訊頁面介紹，「它將許多常用UNIX工具的微型版本整合成一個小的可執行檔。它提供了對大多數你通常會在GNUfileutils和shellutils等工具中看到的工具的替代。BusyBox裡的工具通常比其全功能GNU對應版本的選擇少;但所包含選項所提供的預期功能和行為則與對應的GNU所提供的幾無差別。對任何小或嵌入式系統來說，BusyBox提供的環境都是相當完整的。」

最後一個重要工具是一款BSP，是為搭載了專案目標MCU或處理器的主機板專門做的。

BSP包含預先配置的工具，以及將作業系統載入到主機板的引導程式。它也為核心和裝置驅動器提供原始碼(見圖1)。